專利名稱：基于亞波長二元衍射光柵的波長分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光波導(dǎo)器件技術(shù)領(lǐng)域，可用于制造簡單高效的光分波/合波器以及光 濾波器。
背景技術(shù)：
分波器/合波器是波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件和當(dāng)前集成光學(xué)器件研究 的熱點之一。各種不同材料、不同原理的分波器/合波器被設(shè)計制造。隨著波分復(fù)用系統(tǒng)和 集成光學(xué)器件研究的深入與應(yīng)用的發(fā)展，分波器/合波器的成本和體積越來越受到關(guān)注。亞波長光柵元器件已經(jīng)得到廣泛的研究與應(yīng)用，制作成本低，結(jié)構(gòu)微小等特性使 各個實驗室和機構(gòu)對亞波長光柵的興趣并沒有減少。亞波長光柵元件結(jié)構(gòu)微小，非常適合 應(yīng)用于集成光學(xué)器件。隨著通信領(lǐng)域復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，許多光分波合波技術(shù)涌現(xiàn)出來。例如，參見[中國 專利200380102389光合分波器和光合分波器的制造方法]是利用平面鏡層與濾光層的多 次反射將多個波長區(qū)的光信號分波到各波長區(qū)中，此方法的不足在于，構(gòu)成器件眾多，互相 之間角度難于調(diào)節(jié)，且多次反射光損耗大。一般的光分路器能支持的光路有限，參見[光電 子 激光.第18卷第8期2007年8月新型低損耗1X3光分路器的優(yōu)化設(shè)計和電子科技 大學(xué)學(xué)報.第33卷第1期2004年2月一種新型低損耗1 X 4光分路器的設(shè)計]和[中國 專利200920136402全息光柵型1X2分波器]，對于現(xiàn)在高度復(fù)用系統(tǒng)，將眾多的不用波段 光分離出來需要支持寬波段的分波技術(shù)。將亞波長光柵結(jié)構(gòu)應(yīng)用于分波器/合波器，可以 降低制作成本，而且亞波長光柵的制作技術(shù)已經(jīng)很成熟，可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種基于亞波長二元衍射光柵的 波長分離器，包括結(jié)構(gòu)為凹字型、材料為SIyNx的亞波長二元透射光柵，結(jié)構(gòu)均為弓字型、 材料為金或銀的第一亞波長二元反射光柵和第二亞波長二元反射光柵以及純石英片；所述亞波長二元透射光柵通過折射率匹配液粘附在所述純石英片的下端面；所述第一亞波長二元反射光柵和第二亞波長二元反射光柵通過折射率匹配液粘 附在所述純石英片的上端面；并且等距離的分別位于亞波長二元透射光柵的左右兩側(cè)。所述亞波長二元透射光柵的折射率隨χ、y取值的不同在1. 8-2. 2之間變化。所述第一亞波長二元反射光柵和第二亞波長二元反射光柵，若其材料為金，則折 射率為0. 22-6. 12 ；若其材料為銀，則折射率為0. 2545-6. 57i。所述亞波長二元透射光柵、第一亞波長二元反射光柵和第二亞波長二元反射光柵 的周期均略小于或等于入射光波長，其長度應(yīng)大于或等于周期的1000倍；當(dāng)入射光波長為 光纖通信用的波長1. 55um時，光柵的周期取1. 5um，長度不小于1. 5mm。所述純石英片的長度大于或等于所述亞波長二元透射光柵、第一亞波長二元反射 光柵和第二亞波長二元反射光柵的長度之和，純石英片的厚度大于或等于lcm。三個亞波長衍射光柵通過折射率與石英的折射率相匹配的光學(xué)膠與石英片的上下端面粘接在一起。首先，根據(jù)光柵方程，不同波長的入射光經(jīng)過光柵衍射后的衍射角不同的原理，位 于純石英片的下端面的亞波長二元透射光柵使包含多個波長的入射光根據(jù)波長的不同以 不同的角度，高效地透射進(jìn)純石英片中。然后，通過設(shè)定位于純石英片的下端面的亞波長二元透射光柵與位于純石英片的 上端面的兩個亞波長二元反射光柵之間的相對位置以及純石英片的厚度，使純石英片中對 應(yīng)不同波長的，不同角度的透射光經(jīng)過在純石英片中的傳輸后，某一束或是全部照射到位 于純石英片的上端面的兩個亞波長二元反射光柵上。最后，位于純石英片的上端面的兩個亞波長二元反射光柵將純石英片中對應(yīng)不同 波長的不同角度的入射光高效反射后，垂直于純石英片的下端面射出，實現(xiàn)入射光的波長 分離。本發(fā)明所需的亞波長二元衍射光柵器件具有制作工藝簡單成熟，制作成本低廉的 優(yōu)點，而且整個波長分離的原理和過程都十分簡單易行，可以立即得到實際的應(yīng)用，產(chǎn)生經(jīng) 濟(jì)效益。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明圖1為由一個亞波長二元透射光柵、兩個亞波長二元反射光柵以及一塊純石英片 組合實現(xiàn)的光分波/合波器的實驗裝置示意圖；圖2為由一個亞波長二元透射光柵、一個亞波長二元反射光柵以及一塊純石英片 組合實現(xiàn)的光濾波器的實驗裝置示意圖。附圖標(biāo)記I-亞波長二元透射光柵，2-純石英片，3-第一亞波長二元反射光柵，4-第二亞波長二元反射光柵。
具體實施例方式實施例一圖1所示為由一個亞波長二元透射光柵、兩個亞波長二元反射光柵以及一塊純石 英片組合實現(xiàn)的光分波/合波器的實驗裝置。該裝置所采用的元件包括亞波長二元透射 光柵1、純石英片2、第一亞波長二元反射光柵3、第二亞波長二元反射光柵4。其中，亞波長 二元透射光柵1結(jié)構(gòu)為凹字型，材料為SIyNx ；第一亞波長二元反射光柵3與第二亞波長二 元反射光柵4相同，結(jié)構(gòu)均為弓字型，材料均為金或銀。構(gòu)成該裝置的以上器件之間的位置亞波長二元透射光柵1通過折射率匹配液粘 附在純石英片2的下端面，第一亞波長二元反射光柵3與第二亞波長二元反射光柵4通過 折射率匹配液粘附在純石英片2的上端面，并且等距離的分別位于亞波長二元透射光柵1 的左右兩側(cè)，與其形成一個倒三角型結(jié)構(gòu)。亞波長二元透射光柵1的調(diào)制區(qū)為凹字型結(jié)構(gòu)，其折射率隨X、y取值的不同可以 在1. 8-2. 2之間變化。根據(jù)光柵方程，亞波長二元透射光柵1使包含多個波長的入射光根 據(jù)波長的不同以不同的角度，高效地透射進(jìn)純石英片2中。
通過設(shè)定亞波長二元透射光柵1、第一亞波長二元反射光柵3及第二亞波長二元 反射光柵4之間的相對位置以及純石英片2的厚度，使純石英片2中對應(yīng)不同波長、不同角 度的透射光經(jīng)過在純石英片2中的傳輸后，某一束或是全部照射到第一亞波長二元反射光 柵3及第二亞波長二元反射光柵4上。第一亞波長二元反射光柵3及第二亞波長二元反射光柵4的調(diào)制區(qū)均為弓字型結(jié) 構(gòu)，由金屬材料金或銀組成，其折射率分別為0. 22-6. 12 和0. 2545-6. 57i。此兩個亞波長 二元反射光柵將純石英片2中對應(yīng)不同波長的不同角度的入射光高效反射后，垂直于純石 英片2的下端面射出，實現(xiàn)入射光的波長分離。第一亞波長二元反射光柵3及第二亞波長二元反射光柵4的間距等于亞波長二元 透射光柵1的長度。上述的三個亞波長衍射光柵的周期均略小于或等于入射光波長，其長度應(yīng)大于或 等于周期的1000倍。當(dāng)入射光波長為光纖通信用的波長1. 55um時，光柵的周期取1. 5um, 長度不小于1. 5mm。純石英片2的長度大于或等于上述的三個亞波長衍射光柵的長度之和，純石英2 的厚度大于或等于1cm。三個亞波長衍射光柵通過折射率與石英的折射率相匹配的光學(xué)膠 與純石英片2的上下端面粘結(jié)在一起。實施例二圖2所示為由一個亞波長二元透射光柵、一個亞波長二元反射光柵以及一塊純石 英片組合實現(xiàn)的光濾波器的實驗裝置。該裝置所采用的元件為亞波長二元透射光柵1、純 石英片2、第一亞波長二元反射光柵3。其中，亞波長二元透射光柵1結(jié)構(gòu)為凹字型，材料為 SIyNx ；第一亞波長二元反射光柵3結(jié)構(gòu)為弓字型，材料為金或銀。構(gòu)成該裝置的以上器件之間的位置亞波長二元透射光柵1通過折射率匹配液粘 附在純石英片2的下端面，第一亞波長二元反射光柵3通過折射率匹配液粘附在純石英片 2的上端面，位于亞波長二元透射光柵1的左側(cè)或右側(cè)，與其形成一個Z字型結(jié)構(gòu)。亞波長二元透射光柵1的調(diào)制區(qū)為凹字型結(jié)構(gòu)，由SIyNx材料組成，其折射率隨X、 y取值的不同可以在1. 8-2. 2之間變化。根據(jù)光柵方程，亞波長二元透射光柵1使包含多個 波長的入射光根據(jù)波長的不同以不同的角度，高效地透射進(jìn)純石英片2中。通過設(shè)定亞波長二元透射光柵1與第一亞波長二元反射光柵3之間的相對位置以 及純石英片2的厚度，使純石英片2中對應(yīng)不同波長、不同角度的透射光經(jīng)過在純石英片2 中的傳輸后，只有含特定波長的那束光才能經(jīng)過第一亞波長二元反射光柵3的衍射后垂直 于純石英片2的下端面射出純石英片2。第一亞波長二元反射光柵3的調(diào)制區(qū)均為弓字型結(jié)構(gòu)，由金屬材料金或銀組成， 其折射率分別為0. 22-6. 12i和0. 2545-6. 57i。第一亞波長二元反射光柵3與位于純石英片2的下端面的亞波長二元透射光柵1 的位置相鄰。純石英片2的長度大于或等于上述的兩個亞波長衍射光柵的長度之和，純石英2 的厚度大于或等于1cm。兩個亞波長衍射光柵通過折射率與石英的折射率相匹配的光學(xué)膠 與純石英片2的上下端面粘結(jié)在一起。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于亞波長二元衍射光柵的波長分離器，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)為凹字型、材料為 SIyNx的亞波長二元透射光柵(1)，結(jié)構(gòu)均為弓字型、材料均為金或銀的第一亞波長二元反 射光柵( 和第二亞波長二元反射光柵以及純石英片O)；所述亞波長二元透射光柵(1)通過折射率匹配液粘附在所述純石英片( 的下端面；所述第一亞波長二元反射光柵( 和第二亞波長二元反射光柵(4)通過折射率匹配液 粘附在所述純石英片( 的上端面；并且等距離的分別位于亞波長二元透射光柵(1)的左 右兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的波長分離器，其特征在于，所述亞波長二元透射光柵(1)的折射 率隨χ、y取值的不同在1. 8-2. 2之間變化。
3.如權(quán)利要求1所述的波長分離器，其特征在于，所述第一亞波長二元反射光柵(3)和 第二亞波長二元反射光柵(4)，若其材料為金，則折射率為0. 22-6. 12 ；若其材料為銀，則 折射率為 0. 2545-6. 57i。
4.如權(quán)利要求1所述的波長分離器，其特征在于，所述第一亞波長二元反射光柵(3)和 第二亞波長二元反射光柵的間距等于所述亞波長二元透射光柵(1)的長度。
5.如權(quán)利要求1所述的波長分離器，其特征在于，所述亞波長二元透射光柵(1)、第一 亞波長二元反射光柵(3)和第二亞波長二元反射光柵(4)的周期均略小于或等于入射光波 長，其長度應(yīng)大于或等于周期的1000倍；當(dāng)入射光波長為光纖通信用的波長1. 55um時，光 柵的周期取1. 5um，長度不小于1. 5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的波長分離器，其特征在于，所述純石英片(2)的長度大于或等于 所述亞波長二元透射光柵(1)、第一亞波長二元反射光柵C3)和第二亞波長二元反射光柵 (4)的長度之和，純石英片O)的厚度大于或等于lcm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于亞波長二元衍射光柵的波長分離器的實現(xiàn)方法，該波長分離器由三個亞波長二元衍射光柵和一塊純石英玻璃片組合實現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)為凹字型，材料為SIyNx的亞波長二元透射光柵被制作在一個純石英片的下端面，另兩個結(jié)構(gòu)為弓字型，材料為金或銀的亞波長二元反射光柵被制作在一個純石英片的上端面，并且等距離的分別位于亞波長二元透射光柵的左右兩側(cè)，與其形成一個倒三角型。本發(fā)明所需的亞波長二元衍射光柵器件具有制作工藝簡單成熟，制作成本低廉的優(yōu)點，而且整個波長分離的原理和過程都十分簡單易行，可以立即得到實際的應(yīng)用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G02B6/293GK102073103SQ20101055784
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者劉楚, 寧提綱, 張帆, 溫曉東, 袁博 申請人:北京交通大學(xué)