本實用新型平面光波導集成器件，具體涉及一種反射式陣列波導光柵器件。

背景技術(shù)：

隨著全球網(wǎng)絡業(yè)務的飛速發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)的需求急劇增加，對通信網(wǎng)的帶寬和容量也提出了更高的要求。光通信技術(shù)憑借其巨大的潛在帶寬資源，成為支撐通信業(yè)務量增長的重要通信技術(shù)之一。在光通信中，波分復用(WDM)技術(shù)是擴展現(xiàn)存光網(wǎng)絡通信容量和通信速率的主要手段。越來越趨成熟的波分復用技術(shù)在建設具有美好應用前景的全光網(wǎng)絡方面具有其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。

目前用于光通信的波分復用技術(shù)的一種核心集成光波導器件是陣列波導光柵(AWG，Arrayed Waveguide Grating)。陣列波導光柵具有設計靈活、插入損耗低、濾波性能好、長期穩(wěn)定、易與光纖耦合等優(yōu)點。此外，陣列波導光柵還比較容易與光放大器、半導體激光器等有源器件結(jié)合，實現(xiàn)單片集成，一塊基片上可將幾十甚至上千路光信號分離出來，具有巨大的潛在優(yōu)勢，因此，陣列波導光柵成為密集波分復用光網(wǎng)絡中最理想的器件，是當今研究熱點。對于在單個芯片上集成更多的器件從而降低芯片的成本，減小陣列波導光柵器件的尺寸具有重要意義。

平面光波導集成的陣列波導光柵由輸入/輸出波導、平板波導區(qū)和陣列波導組成，相鄰陣列波導具有固定的長度差。其工作原理為：包含多個波長的光信號從輸入波導進入到輸入平板波導區(qū)，在平板波導中發(fā)生衍射，耦合進陣列波導，經(jīng)陣列波導傳輸后，由于相鄰的陣列波導具有相同長度差，在陣列波導與輸出平板波導耦合區(qū)處，對于同一個波長的輸出光具有相同的相位差，對于不同波長的光波具有不同的相位差，在輸出平板波導區(qū)，輸出光發(fā)生干涉聚焦到不同的輸出光波導的端口位置。

目前針對陣列波導光柵，已有多種方案用于陣列波導的反射。一種方案為在陣列波導的端面鍍上電介質(zhì)或金屬薄膜，J.B.D.Soole等人1996年提出在InP基AWG的解理面鍍上金屬反射覆蓋層，輸入/輸出面也被解理鍍上抗反射層。這種方案增加了器件制作工藝的復雜程度，并且端面反射面的粗糙度對AWG的性能會產(chǎn)生很大的影響。另一種方案是由Y.Ikuma等人在2007年提出的在陣列波導的末端連接環(huán)形反射鏡，該環(huán)形反射鏡由3dB耦合器及環(huán)形波導組成，但是器件尺寸仍然較大。另外，浙江大學2010年提出在AWG的陣列波導末端連接光子晶體，利用光子晶體的禁帶效應進行反射。然而這種結(jié)構(gòu)需要嚴格控制工藝過程和精度，以獲得高反射率。

因此，本實用新型擬提出一種新的反射陣列波導光柵的方法，該方法不僅制作工藝簡單，利于集成，還同時能增大器件的通道帶寬。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反射式陣列波導光柵波分復用器。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種反射式陣列波導光柵波分復用器，包括輸入波導、平板波導區(qū)、陣列波導、反射器和輸出波導；所述輸入波導的入射光經(jīng)平板波導區(qū)衍射后，被反射器反射，再經(jīng)過平板波導區(qū)后，被輸出波導接收；所述平板波導采用羅蘭圓結(jié)構(gòu)；

輸入波導和輸出波導位于平板波導區(qū)的同一側(cè)，陣列波導位于平板波導區(qū)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平板波導區(qū)相連，另一端與反射器相連。

優(yōu)選的，所述反射器為環(huán)形波導，所述環(huán)形波導的兩端分別與相鄰的兩根納米線波導連接。

進一步優(yōu)化的是，每個所述反射器還包括兩個模式變換器，所述模式變換器為平面波導，模式變換器的寬度從一端到另一端的逐漸變化，寬度大的一端與寬波導相連，寬度小的一端與環(huán)形波導相連，所述寬波導為所述納米線波導。

另一種優(yōu)選的方式是，所述反射器為分布布拉格反射光柵，相鄰兩陣列波導為一組，長度相同。

每組相鄰的波導具有相同的長度差ΔL。而傳統(tǒng)陣列波導光柵是每根相鄰陣列波導都有相同的長度差。

本實用新型的反射式陣列波導光柵波分復用器，解決了制作工藝步驟復雜以及反射率受到一定波長范圍限制的問題，同時反射設計可以增大器件的通道帶寬，放寬對光通信系統(tǒng)中其他器件的要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明。

圖1是本實用新型器件方案1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型器件方案2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型器件方案3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型器件方案1中半圓形環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型器件方案2中大于180度環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實用新型器件與傳統(tǒng)器件的頻譜響應對比圖。實線為本實用新型器件的頻譜響應，虛線為傳統(tǒng)器件的頻譜響應。

圖中：1、輸入波導，2、平板波導區(qū)，3、陣列波導，4、半圓形環(huán)形波導，5、輸出波導，6、大于180度環(huán)形波導，7、分布布拉格反射光柵，8、寬波導，9、模式變換器，10、環(huán)形單模波導。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施進一步說明。

本實用新型所提出的一種反射式陣列波導光柵器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由輸入波導1、平板波導區(qū)2、陣列波導3、半圓形環(huán)形波導4和輸出波導5構(gòu)成。從輸入波導1進入的入射光，在平板波導區(qū)2發(fā)生衍射，而后被每根陣列波導3所接收，在一組陣列波導中，光從組內(nèi)的一根陣列波導進入，經(jīng)傳輸?shù)竭_環(huán)形波導4，由環(huán)形波導4反射，進入到組內(nèi)的另一根陣列波導中，從另一端輸出，再次進入到平板波導2區(qū)，不同相位的光波在其中形成干涉，不同波長的光波干涉的聚焦點位置不同，被不同的輸出波導所接收，從而實現(xiàn)反射式陣列波導光柵解復用的功能，由于光路可逆，將輸入端口與輸出端口對換，即可實現(xiàn)復用功能。

圖4是本實用新型器件方案1中半圓形環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。半圓形環(huán)形波導包括一根環(huán)形單模波導10、兩根寬輸出波導8，單模波導與寬波導之間采用模式變換器9連接。兩根寬波導8各通過一個模式變換器9與環(huán)形波導10的一端相連，構(gòu)成反射的回路。

上述的反射式陣列波導光柵中，所述模式變換器9為平面波導，從一端到另一端的寬度逐漸變化，寬度大的一端與寬波導8相連，寬度小的一端與環(huán)形波導10相連。

圖2是本實用新型器件方案2的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1不同之處是，用大于180度環(huán)形波導6替代圖1中的半圓形環(huán)形波導4。具有同樣的技術(shù)效果。

圖5是本實用新型器件方案2中大于180度環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)與圖4的半圓形環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)近似，不同之處在于其環(huán)形度為大于180度。

圖3是本實用新型器件方案3的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1、圖2不同之處是，反射器為分布布拉格反射光柵，相鄰兩陣列波導為一組，長度相同。每組相鄰的波導具有相同的長度差ΔL。而傳統(tǒng)陣列波導光柵是每根相鄰陣列波導都有相同的長度差。

根據(jù)陣列波導光柵的原理，滿足方程

其中，n_g為陣列波導的群折射率，n_s為平板波導的有效折射率，n_c為陣列波導的有效折射率，m為衍射級數(shù)，R為平板波導羅蘭圓直徑，d_g為陣列波導間隔，d_io為輸入/輸出波導間隔，Δλ為信道間隔。

相比于傳統(tǒng)的陣列波導光柵，d_g對應為原來的2倍(兩根相鄰的陣列波導為一組)，若要維持其他參數(shù)不變，則d_io需要變?yōu)樵瓉淼?/2。

每組陣列波導回路的總長度增量為ΔL，并且滿足n_cΔL＝mλ₀,λ₀為中心波長。

下面采用一個具體實施例來對本實用新型作進一步說明：

選用基于硅絕緣體(SOI)材料的硅納米線，頂層硅厚度為220nm，材料折射率為3.476，包層為3μm厚的二氧化硅，折射率為1.445，上包層為空氣，折射率為1。

設計一個1×8的陣列波導光柵，中心波長為1550nm，信道間隔為1.6nm。

在本具體實施案例中，采用以下的方法：

1.設計一個傳統(tǒng)的陣列波導光柵，衍射級數(shù)為38，羅蘭圓直徑318.02μm，長度差為21.5μm，輸入/輸出波導間隔為6μm。

2.在傳統(tǒng)設計的基礎上，保持其他參數(shù)不變，將輸入/輸出波導間隔變?yōu)?μm，陣列波導末端由一段環(huán)形波導連接。光信號從最下端的波導輸入，從其余8通道的波導輸出。

圖6中虛線為傳統(tǒng)設計下仿真的輸出光譜圖，實線為本實用新型設計仿真的輸出光譜圖。由圖中可以看出，本實用新型設計的通道帶寬有所增加，中心通道的通道帶寬從19.375％增大到43.75％。

最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。