專利名稱：基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及平面光波導集成器件領(lǐng)域，特別是涉及反射式陣列波導光柵。
背景技術(shù)：
陣列波導光柵基于平面光波導技術(shù)，具有波長間隔小、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，被認為是最適合用于大容量的密集波分復用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。陣列波導光柵的小型化一直是一個重要的研究課題。目前應用最為廣泛的陣列波導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。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。增大波導芯層和包層的折射率差可將光限制在更小的波導內(nèi)，在相同的彎曲損耗下可減小波導的彎曲半徑，在相同的串擾下可減小陣列波導的間隔，從而減小器件的尺寸。在基于硅納米線的陣列波導光柵中，典型尺寸約為100μ m2量級。圖1是一個典型的4X4的娃納米線陣列波導光柵。其工作原理可描述如下。某一波長的光從輸入波導I輸入，在輸入稱合器2中發(fā)生衍射,擴束后的衍射光稱合進含有N個波導的陣列波導3。在陣列波導3中，各相鄰波導的幾何長度依次遞增，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，若在相長干涉的聚焦點處放置輸出波導5，則該波長的光從輸出波導5輸出。對于一束包含多個波長的光，其傳輸過程類似，由于在陣列波導3中發(fā)生的相位偏移是波長的函數(shù)，不同波長的光發(fā)生相長干涉的聚焦點的位置也不同，只要在相應的聚焦點放置輸出波導5即可輸出不同波長的光。這樣即可實現(xiàn)解復用功能從某一通道輸入復合光，不同波長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，就可以實現(xiàn)復用功能從不同通道輸入的不同波長的光束，從同一通道輸出。由于陣列波導光柵的結(jié)構(gòu)關(guān)于陣列波導3的中心線對稱，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光柵。反射式陣列波導光柵的陣列波導3的長度減少至原來的一半，輸入波導I和輸出波導5位于陣列波導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)不僅減少了單個陣列波導光柵所占的面積，可在一個晶圓上生產(chǎn)更多數(shù)量的芯片，而且減少了寬度較窄的陣列波導3的長度，提高了器件制備的效率和良率。反射鏡是反射式陣列波導光柵的一個要點。目前已有文獻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3的端面進行研磨、拋光、鍍膜等多道工藝，不僅工藝復雜，價格昂貴，而且末端反射面的平整度和粗糙度對AWG的損耗、信道串擾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范圍。[0009]光子晶體反射鏡是在陣列波導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進行反射。這種結(jié)構(gòu)的制作精度很高，對設(shè)備和操作人員的要求都高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于克服現(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光柵，本實用新型的反射式陣列波導光柵完全兼容平面光波導工藝、反射鏡對波長和制作誤差不敏感、陣列波導布局靈活，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光柵，其包括輸入波導、耦合器、陣列波導、反射鏡和輸出波導，輸入波導和輸出波導位于I禹合器的同一側(cè)，陣列波導位于I禹合器的另一側(cè)；所述陣列波導由多根納米線波導組成，每一根納米線波導的一端與耦合器相連，每一根納米線波導的另一端均各自連接一個反射鏡。上述的反射式陣列波導光柵中，所述反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導構(gòu)成的平面波導結(jié)構(gòu)。上述的反射式陣列波導光柵中，所述多模干涉器包括一根單模輸入波導、兩根單模輸出波導和一個多模波導，單模波導與多模波導之間米用模式變換器；所述輸入波導的一端通過一個模式變換器與多模波導的一端相連，另一端與陣列波導中的一根納米線波導相連；所述兩根單模輸出波導均有一端各自通過一個模式變換器與所述多模波導的另一端相連，其中一根單模輸出波導的另一端與環(huán)型波導的一端相連，另一根單模輸出波導的另一端與環(huán)型波導的另一端相連。上述的反射式陣列波導光柵中，所述模式變換器為平面波導，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連接。上述的反射式陣列波導光柵中，所述環(huán)型波導由若干根彎曲波導連接而成，所述環(huán)型波導具有開口，開口的兩端為所述兩根單模輸出波導與環(huán)型波導的連接處。陣列波導的結(jié)構(gòu)包括但不限于以下三種方案。方案1:陣列波導中的波導相互平行。方案2 :陣列波導中的波導呈扇形分布。方案3 :陣列波導中的波導呈不規(guī)則分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是1、本實用新型采用反射式陣列波導光柵，不僅減少了單個陣列波導光柵所占的面積，可在一個晶圓上生產(chǎn)更多數(shù)量的芯片，而且減少了寬度較窄的陣列波導的長度，提高了器件制備的效率和良率。2、本實用新型完全基于平面光波導工藝，而且寬度最窄的波導是單模納米線波導，制作精度的要求與普通納米線陣列波導光柵的要求完全一致。3、本實用新型采用基于多模干涉器的反射鏡，反射鏡對波長和制備工藝的誤差不敏感。4、本實用新型陣列波導的結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，可根據(jù)需要任意布局。

[0025]圖1典型的4X4的硅納米線陣列波導光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本實用新型方案I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本實用新型方案2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本實用新型方案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，1、輸入波導，2、f禹合器,3、陣列波導,4、f禹合器,5、輸出波導,6、反射鏡,7、單模輸入波導，8、模式變換器,9、多模波導，10、模式變換器,11、單模輸出波導，12、環(huán)型波導。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施作進一步說明，但本實用新型的實施和保護范圍不限于此。如圖2，為基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導光柵的一種結(jié)構(gòu)示意圖，包括輸入波導1、|禹合器2、陣列波導3、反射鏡6和輸出波導5。輸入波導I和輸出波導5位于耦合器2的同一側(cè)，陣列波導3位于耦合器2的另一側(cè)；所述陣列波導3由多根硅納米線波導組成，每一根娃納米線波導的一端與稱合器2相連,另一端與一個反射鏡6相連。相鄰硅納米線波導的長度差ΛZ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光柵，包括輸入波導、耦合器、陣列波導、反射鏡和輸出波導，其特征是輸入波導和輸出波導位于I禹合器的同一側(cè)，陣列波導位于率禹合器的另一側(cè)；所述陣列波導由多根納米線波導組成，每一根納米線波導的一端與耦合器相連，每一根納米線波導的另一端均各自連接一個反射鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的反射式陣列波導光柵，其特征在于所述反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導(12)構(gòu)成的平面波導結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的反射式陣列波導光柵，其特征在于所述多模干涉器包括一根單模輸入波導、兩根單模輸出波導(11)和一個多模波導，單模波導與多模波導之間米用模式變換器；所述輸入波導的一端通過一個模式變換器與多模波導的一端相連，另一端與陣列波導中的一根納米線波導相連；所述兩根單模輸出波導(11)均有一端各自通過一個模式變換器(10)與所述多模波導的另一端相連，其中一根單模輸出波導(11)的另一端與環(huán)型波導(12)的一端相連，另一根單模輸出波導(11)的另一端與環(huán)型波導(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光柵，其特征在于所述模式變換器為平面波導，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連接。
5.如權(quán)利要求2所述的反射式陣列波導光柵，其特征在于所述環(huán)型波導(12)由若干根彎曲波導連接而成，所述環(huán)型波導(12)具有開口，開口的兩端為所述兩根單模輸出波導與環(huán)型波導(12)的連接處。
專利摘要本實用新型提供基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導光柵，包括輸入波導、耦合器、陣列波導、反射鏡和輸出波導，輸入波導和輸出波導位于耦合器的同一側(cè)，陣列波導位于耦合器的另一側(cè)；所述陣列波導由多根納米線波導組成，每一根納米線波導的一端與耦合器相連，另一端與一個反射鏡相連；反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導構(gòu)成的平面波導結(jié)構(gòu)。本實用新型的反射式陣列波導光柵完全基于平面光波導工藝，而且寬度最窄的波導是單模波導，制作精度的要求與普通納米線陣列波導光柵的要求完全一致。采用基于多模干涉器的反射鏡，反射鏡對波長和制備工藝的誤差不敏感。陣列波導的結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，可根據(jù)需要任意布局。
文檔編號G02B6/293GK202870343SQ20122031506
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者黃華茂, 胡海英 申請人:華南理工大學