專利名稱：基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面光波導(dǎo)集成器件領(lǐng)域，特別是涉及反射式陣列波導(dǎo)光柵。
背景技術(shù)：
陣列波導(dǎo)光柵基于平面光波導(dǎo)技術(shù)，具有波長(zhǎng)間隔小、通道數(shù)大、通道損耗均勻、尺寸小、易于集成、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最適合用于大容量的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。陣列波導(dǎo)光柵的小型化一直是一個(gè)重要的研究課題。目前應(yīng)用最為廣泛的陣列波導(dǎo)光柵基于硅基二氧化硅材料系統(tǒng)，典型尺寸在IOcm2數(shù)量級(jí)。隨著大規(guī)模集成器件的發(fā)展，器件的小型化是必然趨勢(shì)。增大波導(dǎo)芯層和包層的折射率差可將光限制在更小的波導(dǎo)內(nèi)，在相同的彎曲損耗下可減小波導(dǎo)的彎曲半徑，在相同的串?dāng)_下可減小陣列波導(dǎo)的間隔，從而減小器件的尺寸。在基于硅納米線的陣列波 導(dǎo)光柵中，典型尺寸約為IOOii m2量級(jí)。 圖I是一個(gè)典型的4X4的娃納米線陣列波導(dǎo)光柵。其工作原理可描述如下。某一波長(zhǎng)的光從輸入波導(dǎo)I輸入，在輸入稱合器2中發(fā)生衍射,擴(kuò)束后的衍射光稱合進(jìn)含有N個(gè)波導(dǎo)的陣列波導(dǎo)3。在陣列波導(dǎo)3中，各相鄰波導(dǎo)的幾何長(zhǎng)度依次遞增，在其中傳輸?shù)墓獾南辔灰惨来伟l(fā)生偏移。這N束不同相位的光在輸出耦合器4中發(fā)生干涉，若在相長(zhǎng)干涉的聚焦點(diǎn)處放置輸出波導(dǎo)5，則該波長(zhǎng)的光從輸出波導(dǎo)5輸出。對(duì)于一束包含多個(gè)波長(zhǎng)的光，其傳輸過程類似，由于在陣列波導(dǎo)3中發(fā)生的相位偏移是波長(zhǎng)的函數(shù)，不同波長(zhǎng)的光發(fā)生相長(zhǎng)干涉的聚焦點(diǎn)的位置也不同，只要在相應(yīng)的聚焦點(diǎn)放置輸出波導(dǎo)5即可輸出不同波長(zhǎng)的光。這樣即可實(shí)現(xiàn)解復(fù)用功能從某一通道輸入復(fù)合光，不同波長(zhǎng)的光束分別從不同的通道輸出。由于光路可逆，只要將輸入端口和輸出端口反過來用，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用功能從不同通道輸入的不同波長(zhǎng)的光束，從同一通道輸出。由于陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)關(guān)于陣列波導(dǎo)3的中心線對(duì)稱，可以在中心線處加入反射鏡6，構(gòu)成如圖2所示的反射式陣列波導(dǎo)光柵。反射式陣列波導(dǎo)光柵的陣列波導(dǎo)3的長(zhǎng)度減少至原來的一半，輸入波導(dǎo)I和輸出波導(dǎo)5位于陣列波導(dǎo)3的同一側(cè)，且輸入耦合器2和輸出耦合器4重合。這種結(jié)構(gòu)不僅減少了單個(gè)陣列波導(dǎo)光柵所占的面積，可在一個(gè)晶圓上生產(chǎn)更多數(shù)量的芯片，而且減少了寬度較窄的陣列波導(dǎo)3的長(zhǎng)度，提高了器件制備的效率和良率。反射鏡是反射式陣列波導(dǎo)光柵的一個(gè)要點(diǎn)。目前已有文獻(xiàn)公布的方案包括金屬反射鏡、多層介質(zhì)薄膜反射鏡、布拉格光柵反射鏡和光子晶體反射鏡。金屬反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的端面鍍金屬薄膜，例如Cr-Au薄膜。多層介質(zhì)薄膜反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的端面鍍多層介質(zhì)薄膜，例如Si02/Ti02多層薄膜。這兩種反射鏡都需要將陣列波導(dǎo)3的端面進(jìn)行研磨、拋光、鍍膜等多道工藝，不僅工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且末端反射面的平整度和粗糙度對(duì)AWG的損耗、信道串?dāng)_和傳輸譜寬等性能影響很大。布拉格光柵反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的末端制備布拉格光柵。由于布拉格光柵具有較高的色散，因此這種反射鏡只適用于較窄的波長(zhǎng)范圍。
光子晶體反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的末端制備尺寸小于300nm的周期分布的孔，而且孔與孔之間的間隙小于200nm，利用光子晶體的禁帶效應(yīng)進(jìn)行反射。這種結(jié)構(gòu)的制作精度很高，對(duì)設(shè)備和操作人員的要求都高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，本發(fā)明的反射式陣列波導(dǎo)光柵完全兼容平面光波導(dǎo)工藝、反射鏡對(duì)波長(zhǎng)和制作誤差不敏感、陣列波導(dǎo)布局靈活，具體技術(shù)方案如下。基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其包括輸入波導(dǎo)、耦合器、陣列波導(dǎo)、反射鏡和輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于I禹合器的同一側(cè)，陣列波導(dǎo)位于I禹合器的另一側(cè)；所述陣列波導(dǎo)由多根納米線波導(dǎo)組成，每一根納米線波導(dǎo)的一端與耦合器相連，每一根納米線波導(dǎo)的另一端均各自連接一個(gè)反射鏡。上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導(dǎo)構(gòu)成的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述多模干涉器包括一根單模輸入波導(dǎo)、兩根單模輸出波導(dǎo)和一個(gè)多模波導(dǎo)，單模波導(dǎo)與多模波導(dǎo)之間米用模式變換器；所述輸入波導(dǎo)的一端通過一個(gè)模式變換器與多模波導(dǎo)的一端相連，另一端與陣列波導(dǎo)中的一根納米線波導(dǎo)相連；所述兩根單模輸出波導(dǎo)均有一端各自通過一個(gè)模式變換器與所述多模波導(dǎo)的另一端相連，其中一根單模輸出波導(dǎo)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)的一端相連，另一根單模輸出波導(dǎo)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)的另一端相連。上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述模式變換器為平面波導(dǎo)，且從一端到另一端的寬度逐漸變小，寬度大的一端與多模波導(dǎo)連接。上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述環(huán)型波導(dǎo)由若干根彎曲波導(dǎo)連接而成，所述環(huán)型波導(dǎo)具有開口，開口的兩端為所述兩根單模輸出波導(dǎo)與環(huán)型波導(dǎo)的連接處。陣列波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)包括但不限于以下三種方案。方案I :陣列波導(dǎo)中的波導(dǎo)相互平行。方案2 :陣列波導(dǎo)中的波導(dǎo)呈扇形分布。方案3 :陣列波導(dǎo)中的波導(dǎo)呈不規(guī)則分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明采用反射式陣列波導(dǎo)光柵，不僅減少了單個(gè)陣列波導(dǎo)光柵所占的面積，可在一個(gè)晶圓上生產(chǎn)更多數(shù)量的芯片，而且減少了寬度較窄的陣列波導(dǎo)的長(zhǎng)度，提高了器件制備的效率和良率。2、本發(fā)明完全基于平面光波導(dǎo)工藝，而且寬度最窄的波導(dǎo)是單模納米線波導(dǎo)，制作精度的要求與普通納米線陣列波導(dǎo)光柵的要求完全一致。3、本發(fā)明采用基于多模干涉器的反射鏡，反射鏡對(duì)波長(zhǎng)和制備工藝的誤差不敏感。4、本發(fā)明陣列波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)需要任意布局。


圖I典型的4X4的硅納米線陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明方案I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明方案2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本發(fā)明方案3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5基于多模干涉器的反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I、輸入波導(dǎo)，2、f禹合器,3、陣列波導(dǎo),4、f禹合器,5、輸出波導(dǎo),6、反射鏡,7、多模干涉器的單模輸入波導(dǎo)，8、模式變換器,9、多模波導(dǎo)，10、模式變換器,11、多模干涉器的單模輸出波導(dǎo)，12、環(huán)型波導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。如圖2，為基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵的一種結(jié)構(gòu)示意圖，包括輸入波導(dǎo)1、|禹合器2、陣列波導(dǎo)3、反射鏡6和輸出波導(dǎo)5。輸入波導(dǎo)I和輸出波導(dǎo)5位于耦合器2的同一側(cè)，陣列波導(dǎo)3位于耦合器2的另一側(cè)；所述陣列波導(dǎo)3由多根硅納米線波導(dǎo)組成，每一根娃納米線波導(dǎo)的一端與稱合器2相連,另一端與一個(gè)反射鏡6相連。相鄰硅納米線波導(dǎo)的長(zhǎng)度差A(yù)Z可表示為
權(quán)利要求
1.基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，包括輸入波導(dǎo)、耦合器、陣列波導(dǎo)、反射鏡和輸出波導(dǎo)，其特征是輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于I禹合器的同一側(cè)，陣列波導(dǎo)位于率禹合器的另一側(cè)；所述陣列波導(dǎo)由多根納米線波導(dǎo)組成，每一根納米線波導(dǎo)的一端與耦合器相連，每一根納米線波導(dǎo)的另一端均各自連接一個(gè)反射鏡。
2.如權(quán)利要求I所述的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導(dǎo)(12)構(gòu)成的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述多模干涉器包括一根單模輸入波導(dǎo)、兩根單模輸出波導(dǎo)(11)和一個(gè)多模波導(dǎo)，單模波導(dǎo)與多模波導(dǎo)之間米用模式變換器；所述輸入波導(dǎo)的一端通過一個(gè)模式變換器與多模波導(dǎo)的一端相連，另一端與陣列波導(dǎo)中的一根納米線波導(dǎo)相連；所述兩根單模輸出波導(dǎo)(11)均有一端各自通過一個(gè)模式變換器(10)與所述多模波導(dǎo)的另一端相連，其中一根單模輸出波導(dǎo)(11)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)(12)的一端相連，另一根單模輸出波導(dǎo)(11)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)(12)的另一端相連。
4.如權(quán)利要求3所述的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述模式變換器為平面波導(dǎo)，且從一端到另一端的寬度逐漸變小，寬度大的一端與多模波導(dǎo)連接。
5.如權(quán)利要求2所述的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述環(huán)型波導(dǎo)(12)由若干根彎曲波導(dǎo)連接而成，所述環(huán)型波導(dǎo)(12)具有開口，開口的兩端為所述兩根單模輸出波導(dǎo)與環(huán)型波導(dǎo)(12)的連接處。
全文摘要
本發(fā)明提供基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，包括輸入波導(dǎo)、耦合器、陣列波導(dǎo)、反射鏡和輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于耦合器的同一側(cè)，陣列波導(dǎo)位于耦合器的另一側(cè)；所述陣列波導(dǎo)由多根納米線波導(dǎo)組成，每一根納米線波導(dǎo)的一端與耦合器相連，另一端與一個(gè)反射鏡相連；反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導(dǎo)構(gòu)成的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的反射式陣列波導(dǎo)光柵完全基于平面光波導(dǎo)工藝，而且寬度最窄的波導(dǎo)是單模波導(dǎo)，制作精度的要求與普通納米線陣列波導(dǎo)光柵的要求完全一致。采用基于多模干涉器的反射鏡，反射鏡對(duì)波長(zhǎng)和制備工藝的誤差不敏感。陣列波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)需要任意布局。
文檔編號(hào)G02B6/293GK102778730SQ20121022428
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者胡海英, 黃華茂 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)