專(zhuān)利名稱(chēng)：采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，特別適用于做光通訊網(wǎng)絡(luò)器件。
背景技術(shù)：
陣列波導(dǎo)干涉器(Arrayed waveguide interferometer，AWI)是一種采用多光束干涉原理的新型干涉器，它的核心是一個(gè)由多根光波導(dǎo)組成的波導(dǎo)陣列，其中每一根光波導(dǎo)的作用是把一小部分光波從輸入光波導(dǎo)耦合出來(lái)，并經(jīng)過(guò)一定相移后送入輸出光波導(dǎo)，這樣許多路光程不同的光束在輸出光波導(dǎo)發(fā)生干涉，從而實(shí)現(xiàn)非常高的波長(zhǎng)分辨率。多個(gè)AWI可以按一定方式串接起來(lái)組成各種光無(wú)源器件，如基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)解復(fù)用/波長(zhǎng)復(fù)用器(WDMUX/WMUX，Wavelengthdemutipler/wavelength mutiplexer)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)(WSS，Wavelength-selective switches)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇路由(WSR，wavelength-selective routing)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇耦合器(WSC，Wavelength-selective coupler)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)分插復(fù)用器(WADM，Wavelength add/drop mutiplexer)等，在光通訊技術(shù)中有重要應(yīng)用。AWI一般采用光集成技術(shù)制作，為了制作大規(guī)模、多通道的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，需要把許多陣列波導(dǎo)干涉器集成在面積有限的一塊基片上，因此單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的尺寸必須很小，這樣不可避免地要大量使用曲線(xiàn)形光波導(dǎo)，如圓形、半圓形、S形光波導(dǎo)等。曲線(xiàn)光波導(dǎo)會(huì)引起模式損耗，這種損耗的大小與光波導(dǎo)曲率半徑及光波導(dǎo)的折射率分布有關(guān)。在同樣損耗程度下，增大光波導(dǎo)的芯層和包層的折射率差，容許的光波導(dǎo)曲率半徑可以減小。但當(dāng)增大光波導(dǎo)的芯層和包層的折射率差時(shí)，由材料吸收引起的損耗往往也跟著增大，如果器件內(nèi)部光波導(dǎo)的總長(zhǎng)度很長(zhǎng)，總的光損耗可能會(huì)增大。以石英系的平面波導(dǎo)技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)1.55um信號(hào)光，當(dāng)芯層和包層的折射率差為0.004～0.0045時(shí)，材料吸收損耗為0.017dB/cm，在模式損耗不大于0.1dB的條件下，容許最小90度轉(zhuǎn)彎半徑為15mm；當(dāng)芯層和包層的折射率差增為0.0075時(shí)，材料吸收損耗增大為0.035dB/cm，在模式損耗不大于0.1dB的條件下，容許最小90度轉(zhuǎn)彎半徑減小為5mm?？梢?jiàn)采用單層光波導(dǎo)制作基于陣列波導(dǎo)干涉器的無(wú)源器件時(shí)，如果光波導(dǎo)的芯層和包層的折射率相差很小，就不得不采用較大曲率半徑的光波導(dǎo)，這樣在一塊基片上所能集成的信道數(shù)目就受到很大限制。所有基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的光波導(dǎo)器件都存在同樣問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服上述采用單層光波導(dǎo)制作無(wú)源器件時(shí)的不足，提供一種采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多通道光無(wú)源器件的集成，解決了在平面光波導(dǎo)器件中采用較小曲率半徑的光波導(dǎo)的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它包括至少兩個(gè)光波導(dǎo)層，不同光波導(dǎo)層的光波導(dǎo)的內(nèi)芯與包層的折射率差可以不同，基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別制作在不同波導(dǎo)層中，兩個(gè)相鄰波導(dǎo)層內(nèi)的光波導(dǎo)通過(guò)方向耦合器相耦合。
所述的采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，至少兩個(gè)光波導(dǎo)層的內(nèi)芯與包層的折射率差不同，器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的彎曲光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差相對(duì)較大的波導(dǎo)層中。
所述的采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，至少兩個(gè)光波導(dǎo)層的內(nèi)芯與包層的折射率差不同，器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的耦合陣列波導(dǎo)中的光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差相對(duì)較大的波導(dǎo)層中。
本說(shuō)明書(shū)中所用術(shù)語(yǔ)說(shuō)明(1)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件指以陣列波導(dǎo)干涉器為基本單元，把多個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器通過(guò)一定方式串接或堆砌組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用、光開(kāi)關(guān)等功能的光無(wú)源器件。(2)、光波導(dǎo)指由折射率不同的兩種或更多種介質(zhì)按照一定空間分布構(gòu)成的光通道，如光纖，制作在平面基片上的條形、脊形光波導(dǎo)等。一般它由內(nèi)芯和包裹在其外的包層組成，內(nèi)芯的折射率高于包層，這樣光被限制沿內(nèi)芯傳播。
本實(shí)用新型的基本原理是當(dāng)光信號(hào)在曲線(xiàn)型光波導(dǎo)中傳播時(shí)會(huì)引起模式損耗，這種損耗的大小與光波導(dǎo)曲率半徑及光波導(dǎo)的折射率分布有關(guān)。在光波導(dǎo)的芯層和包層的折射率差一定的情況下，光波導(dǎo)的曲率半徑越小，模式損耗越大；在光波導(dǎo)的曲率半徑一定的情況下，光波導(dǎo)的芯層和包層的折射率差越大，模式損耗越小。因此如果采用多層光波導(dǎo)技術(shù)，把基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的彎曲光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差較大的波導(dǎo)層中，就可減小模式損耗，而其他部分制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差較小的波導(dǎo)層中，避免造成大的材料吸收損耗。同時(shí)分布在兩個(gè)相鄰波導(dǎo)層內(nèi)的光波導(dǎo)通過(guò)一定方式，例如通過(guò)方向耦合器方式相耦合，可保持基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的完整性，使其原有功能不變。由于單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器由輸入光波導(dǎo)、輸出光波導(dǎo)和耦合波導(dǎo)陣列組成，彎曲光波導(dǎo)主要出現(xiàn)在耦合波導(dǎo)陣列中，因此可以把單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的耦合波導(dǎo)陣列中的所有光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差較大的波導(dǎo)層中。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本實(shí)用新型所涉及的采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，由于在內(nèi)芯與包層的折射率相差較大的波導(dǎo)層中制作彎曲光波導(dǎo)，因此可以采用較小曲率半徑，使器件尺寸減小，便于在一塊基片上集成許多信道，提高器件的集成度。


圖1為本實(shí)用新型在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件為光開(kāi)關(guān)，且分布制作在兩層光波導(dǎo)上的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1中基于陣列波導(dǎo)干涉器的光開(kāi)關(guān)的輸入光波導(dǎo)5和輸出光波導(dǎo)4制作在具有電光效應(yīng)的基片6上，屬于下波導(dǎo)層，而光波導(dǎo)1、2，……，N組成的耦合波導(dǎo)陣列制作在平面介質(zhì)8中，屬于上波導(dǎo)層。上下兩層波導(dǎo)由平面介質(zhì)7隔開(kāi)，光波導(dǎo)1、2，……，N的兩端分別位于輸入光波導(dǎo)5和輸出光波導(dǎo)4的正上方，并與輸入光波導(dǎo)5和輸出光波導(dǎo)4以方向耦合器的方式相耦合。光波導(dǎo)1、2，……，N分別從輸入光波導(dǎo)5取出一部分光能，再耦合送到輸出光波導(dǎo)4，組成一個(gè)完整的陣列波導(dǎo)干涉器。當(dāng)輸入光波導(dǎo)5和/或輸出光波導(dǎo)4加上適當(dāng)電壓時(shí)，由于電光效應(yīng)，它們的折射率發(fā)生變化，從輸入光波導(dǎo)5經(jīng)相鄰兩根光波導(dǎo)耦合到輸出光波導(dǎo)4的光程差發(fā)生變化，引起陣列波導(dǎo)干涉器的工作波長(zhǎng)的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一波長(zhǎng)光波的開(kāi)與關(guān)。由于上波導(dǎo)層中光波導(dǎo)1、2，……，N的內(nèi)芯與外包層的折射率差做得較大，大于下波導(dǎo)層中內(nèi)芯與外包層的折射率差，因此半圓形光波導(dǎo)1、2，……，N的曲率半徑可以做得較小，這樣單個(gè)光開(kāi)關(guān)的整體尺寸較小，在一塊基片上就可以集成很大數(shù)目的光開(kāi)關(guān)。
權(quán)利要求1.一種采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，它包括至少兩個(gè)光波導(dǎo)層，不同光波導(dǎo)層的光波導(dǎo)的內(nèi)芯與包層的折射率差可以不同，基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別制作在不同波導(dǎo)層中，兩個(gè)相鄰波導(dǎo)層內(nèi)的光波導(dǎo)通過(guò)方向耦合器相耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，至少兩個(gè)光波導(dǎo)層的內(nèi)芯與包層的折射率差不同，器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的彎曲光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差相對(duì)較大的波導(dǎo)層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，至少兩個(gè)光波導(dǎo)層的內(nèi)芯與包層的折射率差不同，器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的耦合陣列波導(dǎo)中的光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差相對(duì)較大的波導(dǎo)層中。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用多層光波導(dǎo)的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它包括至少兩個(gè)光波導(dǎo)層，并把彎曲光波導(dǎo)制作在內(nèi)芯與包層的折射率相差較大的波導(dǎo)層中，使器件尺寸減小，便于在一塊基片上集成許多通道，特別適用于做多通道大規(guī)模光通訊無(wú)源器件。
文檔編號(hào)G02B6/12GK2608998SQ0323560
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請(qǐng)人:李志揚(yáng)