CN100538414C - 基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置 - Google Patents

Abstract

一种基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。其方法：使AWG芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列可靠地耦合对准；沿切割线将AWG芯片切割成可移动部分和固定部分；再将固定部分粘接在基板上面；然后将可移动部分放在基板上，使两部分的切割面紧密耦合；沿AWG芯片的两部分的连接线上将温度补偿杆的一侧边与可移动部分固定粘接在一起；利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足ITU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同AWG芯片相同后，将温度补偿杆的另一侧边与固定部分固定粘接在一起。其精调装置，为固定粘接有AWG芯片的基板和调节温度补偿杆在基板上的位置的结构。本发明简单易行，大大简化制作无热阵列波导光栅的工艺。

Description

基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置

技术领域

本发明涉及一种制作无热阵列波导光栅的方法。特别是涉及一种利用温度补偿杆的热胀冷缩带动AWG芯片的a、b两部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移，来制作无热阵列波导光栅的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。

背景技术

在以IP为代表的数据业务量喷气式增长和新型业务不断涌现所导致的巨大带宽需求的刺激下，在充分挖掘光通信技术潜力，不遗余力地利用光纤所赋予的巨大带宽的过程中，波分复用(WDM)技术以扩容简单、成本低廉等独有的优势逐渐显露出来。复用器和解复用器是密集波分复用(DWDM)系统中的关键器件，目前能够完成此功能的器件主要有阵列波导光栅(AWG)、多层介质薄膜滤光片和光纤光栅。从目前市场和技术上来看，多层介质薄膜滤光片和AWG占绝对主导地位。采用多层介质膜技术的复用/解复用器可以满足系统在信道带宽、隔离度、偏振敏感性和介入损耗等方面的要求，特别是在少于32波的系统中有比较好的表现。但在信道数特别多的系统中，成本较高，而且性能也不能完全满足用户的要求。随着阵列波导光栅(AWG)波分复用/解复用器和Interleaver器件的发展，利用AWG可以比较方便地实现40波以上的复用/解复用功能，介损、隔离度等性能和多层介质膜的器件相比也基本一样，成本上和相同波长通道数的多层介质膜器件相比也较有优势，而且使用更为灵活方便。基于硅基二氧化硅平面波导技术的AWG波分复用器具有体积小、损耗低、以及集成度比较高的特点，所以应用在高通路数密集波分复用技术上具有比较大的优势。阵列波导光栅是正在迅速发展的密集波分复用网络的关键器件，AWG在将来大有取代薄膜滤光片而独占整个复用/解复用器市场之势。

但由于普通AWG是利用硅基二氧化硅技术制作的，二氧化硅的折射率随温度的变化而改变，波导的尺寸也会随温度的变化而改变，从而导致AWG各个通道的波长随温度而变化。通常情况下，该类器件的中心波长的温度变化为0.011nm/℃，但通信系统要求AWG的各个输出通道光信号的波长和国际电信联盟电信标准局(ITU-T)规定的波长严格一致。为了解决AWG器件的温度敏感性，目前市场上普遍采用加热器或Pilter冷却器进行温度控制，采用温控电路使得AWG处于恒温环境下，这样中心波长就不会漂移。但它会对AWG本身的稳定性有不良影响、增加器件及系统的复杂性及运营成本。因此解决AWG的温度敏感性问题，省略温控电路，消除附加费用已经势在必行。另外，目前市场对温度不敏感AWG(以下称之为无热AWG)的需求更是迅速增长，主要还有两个原因：一是WDM无源光网络(WDM-PON)的快速发展，在WDM-PON中使用的复用/解复用器是不使用电功率的，这样使用电流、带温控电路的AWG是不能满足要求的，从而只能使用温度不敏感的AWG；第二个原因是可重构光分插复用器(ROADM)和可变光衰减复用器(VMUX)在城域网中得到了广泛使用，在这两个器件中使用无须辅助电路的无热AWG能很容易地解决热量及电功率消耗等关键问题。并且，无热AWG在封装尺寸上比较小，这些都给予了系统开发以更大的设计自由度。所有这些显示出设计无热AWG具有异常重要的意义。为此，人们提出了许多实现无热AWG的方案，按照其特征分，可以归纳为波导移动型、波导嵌入填充物型、无热波导型、压光效应型。

波导移动型方案具体包括移动输入波导、输出波导、输入平板波导和输出平板波导，通过一个热伸缩材料使切开的两部分之间的相对位置改变，这个位置的改变就可以补偿普通AWG中心波长随温度的变化。以下专利Patent No.：US 6470119 B1，Patent No.：US6798948 B2，Patent No.：US 6865323 B2，Patent No.：US 6961498 B2，Patent No.：US 6563986 B2，Patent No.：US 6735364 B2，Patent No.：US 8626332 B2，Patent No.：US 6954566 B2，Patent No.：US 6975793 B2，Patent No.：US 6668116 B2，Patent No.：US 6668117 B2，Patent No.：US 6490395 B1，WO 2006/073229 A1，CN1302131A，CN1392961A为基于平板波导移动的无热阵列波导光栅方案。

基于平板波导移动的现有技术如图1、2所示，其方案具体归纳如下：1)现有方案中的相对移动的部分a与部分b都是采用先固定，再切割的方法，但是切片机在将AWG芯片切开时，切片机的主轴以3000rpm的速度高速旋转，刀片有很大的摆动力，这就要求固定方法很牢靠。然而，在后续调节ITU-T波长时，固定装置要松开或完全除掉，在这个过程中就会使部分a与部分b的位置产生移动。2)ITU-T波长的调节都是通过温度调节或塑性形变来实现的，这样波长调节精度及重复性都不是很好；3)粘接用胶是直接涂在两接触表面之间，因此部分a与部分b之间有一高度差，为了弥补这一高度差，在a部分与基板之间涂有软胶，a、b两部分间的高度很难精确保证，同时波导尺寸只有5、6微米，那怕是微米量级的高度差就会造成插损及光谱特性的极大恶化；4)如图2所示，现有技术存在波长补偿杆的两端位于AWG芯片的上表面，但补偿杆两端通过焊料、焊锡来粘接，焊接位置要通过光刻、腐蚀等工艺过程，并且焊料及焊锡要经过几百度的高温熔化，因此工艺过程比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用温度补偿杆的热胀冷缩带动AWG芯片的a、b两部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移，来制作无热阵列波导光栅的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。

本发明所采用的技术方案是：一种基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置。其中，基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，包括有如下步骤：

1)在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅芯片上，将输入、输出光纤阵列同阵列波导光栅芯片进行对准，使阵列波导光栅芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列能够稳定可靠地耦合对准起来；

2)沿切割线将阵列波导光栅芯片切割成可移动部分和固定部分；

3)将阵列波导光栅芯片的固定部分粘接在具有凹槽的基板上面；

4)将阵列波导光栅芯片的可移动部分放在基板上并位于AWG芯片的固定部分的一侧，使可移动部分与固定部分的切割面相对应，然后向AWG芯片的固定部分推动AWG芯片的可移动部分，并使AWG芯片的可移动部分、固定部分的切割面紧密耦合；

5)沿阵列波导光栅芯片的可移动部分与固定部分的连接线上设置温度补偿杆并将温度补偿杆的一侧边与可移动部分固定粘接在一起；

6)利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足ITU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同阵列波导光栅芯片相同；

7)将温度补偿杆的另一侧边与固定部分固定粘接在一起。

所述的将阵列波导光栅芯片的固定部分粘接在具有凹槽的基板上面，是先将洁净的阵列波导光栅芯片的固定部分同具有凹槽的基板用夹具固定在一起，然后将胶涂在基板的凹槽内，通过胶的渗透使阵列波导光栅芯片的固定部分与基板形成粘接。

所述的沿AWG芯片的可移动部分与固定部分的连接线上设置温度补偿杆，是采用由具有热胀冷缩性质的补偿杆和粘接在其两端的玻璃挡板构成的温度补偿杆，使温度补偿杆的宽度横跨切割线，并将温度补偿杆的一侧边设置在AWG芯片的可移动部分上，将温度补偿杆的另一侧边设置在AWG芯片的固定部分上。

所述的构成温度补偿杆的玻璃挡板的下表面中心处均开有一个凹槽。

所述的对温度补偿杆的位置进行调整，是利用精调装置控制温度补偿杆移动带动可移动部分的移动，从而达到对阵列波导光栅芯片的可移动部分和固定部分的相对位置进行调整并对其进行固定的目的。

所述的温度补偿杆是采用UV胶或热固化胶实现同AWG芯片的可移动部分和固定部分的固定。

本发明的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，还可以采用如下步骤：

1)在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅芯片上，将输入、输出光纤阵列同阵列波导光栅芯片进行对准，使阵列波导光栅芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列能够稳定可靠地耦合对准起来，并通过切割线将阵列波导光栅芯片划分成可移动部分和固定部分；

2)将阵列波导光栅芯片的固定部分粘接在具有凹槽的基板上面；

3)沿切割线将阵列波导光栅芯片的可移动部分和固定部分切割成分开的两部分；

4)将波长补偿杆的一侧边与可移动部分粘接，并使波长补偿杆的中心线与可移动部分的切割边平行且在同一垂直面内；

5)将粘接好波长补偿杆的可移动部分放在基板上并位于阵列波导光栅芯片的固定部分的一侧，使可移动部分与固定部分的切割面相对应，然后向阵列波导光栅芯片的固定部分推动AWG芯片的可移动部分，并使阵列波导光栅芯片的可移动部分、固定部分的切割面紧密连接；

6)利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足TU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同阵列波导光栅芯片相同；

7)将温度补偿杆的另一侧边与固定部分固定粘接在一起。

本发明的用于基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法的精调装置，包括有平板，在平板通过支柱固定有金属条，所述的金属条上有螺纹孔，带有螺纹的第一、第二弹簧结构通过螺纹孔固定在金属条上，所述的第一、第二弹簧结构的端部设置有钢珠；在金属条一端的侧边通过支柱设置有端部带有钢珠的第三弹簧结构，所述的弹簧结构与第二弹簧结构成垂直方向设置，两者端部上的钢珠相邻；在金属条的同一侧边还通过支柱设置有与金属条上的第二弹簧结构在同一直线上的第三微调手轮，所述的第三微调手轮的端头与金属条上的第二弹簧结构上的钢珠对应；在金属条另一端的侧边通过支柱设置有第一微调手轮，所述的第一微调手轮与金属条上的第一弹簧结构成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条的同一侧边还通过支柱设置有与金属条上的第一弹簧结构在同一直线上的第二微调手轮，所述的第二微调手轮的端头与金属条上的第一弹簧结构上的钢珠对应。

本发明的用于基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法的精调装置，还可以是包括有平板，在平板通过支柱固定有金属条，所述的金属条上有螺纹孔，第四、第五微调手轮通过螺纹孔固定在金属条上；在金属条一端的侧边通过支柱设置有第六微调手轮，所述的第六微调手轮与第五微调手轮成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条的同一侧边还通过支柱设置有与金属条上的第五微调手轮在同一直线上的第三微调手轮，所述的第三微调手轮的端头与第五微调手轮的端部对应；在金属条另一端的侧边通过支柱设置有第一微调手轮，所述的第一微调手轮与金属条上的第四微调手轮成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条的同一侧边还通过支柱设置有与金属条上的第四微调手轮在同一直线上的第二微调手轮，所述的第二微调手轮的端头与金属条上的第四微调手轮的端部对应。

本发明的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置，是利用温度补偿杆的热胀冷缩带动AWG芯片的a、b两部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移，来制作无热阵列波导光栅。具有如下特点：

1、本发明将AWG芯片分割为a、b两部分后重新经过第二次耦合，其耦合只需用手将移动部分a放置在基板上，推拢靠紧至b部分即可完成，简单易行。

2、本发明通过带有微调手轮的波长精调装置来调节ITU-T波长，可以提高波长调节精度至1pm。

3、本发明依靠接触处表面间的毛细吸引力进行胶的渗透，分别将a、b两部分与基板可靠地粘接在一块，大大地减小了a、b两部分间的高度差，附加损耗只有0.1dB左右，光谱也保持得极其完好。

4、发明的补偿杆两端的玻璃挡板可以横跨a、b两部分，用UV或热固化胶来粘接，大大简化工艺。

5、AWG芯片a、b两部分切割线之间的平行度及缝宽的确定，可以采用波长精调装置的微调手轮来调节，通过显微镜观测，这样能保证平板波导的焦距不变。

附图说明

图1、图2是现有技术的平板波导移动结构示意图；

图3是普通AWG芯片的结构示意图；

图4是切割后AWG芯片的b部分；

图5是切割后AWG芯片的a部分；

图6是AWG芯片的b部分与基板粘接后的结构；

图7是AWG芯片的a部分与b部分通过第二次耦合后的结构示意图；

图8是波长补偿杆与AWG芯片的a部分相粘后的结构示意图；

图9是波长补偿杆与AWG芯片的a、b两部分相粘后的结构示意图；

图10本发明所用的波长精调装置的结构示意图；

图11是通过波长精调装置调节ITU-T波长、缝宽及平行度的示意图；

图12是开有凹槽的基板结构示意图；

图13是本发明所用的温度补偿杆结构示意图；

图14是本发明的AWG芯片的结构示意图。

其中：

1—输入波导；2—输入平板波导；3—阵列波导；4—输出平板波导；5—输出波导；6—温度补偿杆；7—补偿杆；7.1、7.2—玻璃挡板；8—基板；9—玻璃挡板下表面的隔胶槽；10—平板；11—钢珠；12—支柱；13—金属条；14—凹槽；15—第二弹簧结构；16—第三弹簧结构；17—第一弹簧结构；21—第一微调手轮；22—第二微调手轮；23—第三微调手轮；a—可移动部分；b—固定部分；C—切割线；θ—切割线与平板波导轴线的夹角。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法及精调装置做出详细说明。

本发明是在采用平面光波导技术制作的普通硅基二氧化硅AWG芯片上，沿输入平板波导上的切割线C或者输出平板波导上的切割线C将芯片分割成a和b两部分，部分a包括输入波导1、输入平板波导2的一部分，部分b包括输入平板波导2的剩余部分、阵列波导3、输出平板波导4及输出波导5。基板8置于AWG芯片的a和b两部分下面起到固定和支撑作用，温度补偿杆6横跨放置在AWG芯片切割线处，其中温度补偿杆一端的玻璃挡板一边同AWG芯片的a部分表面固定，另一端玻璃挡板的一边则同AWG芯片的b部分表面固定，本发明利用温度补偿杆的热胀冷缩带动a、b两部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移的原因，制作无热阵列波导光栅。

本发明的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法，包括有如下步骤：

1)如图3所示，在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅(AWG)芯片上，将输入、输出光纤阵列同AWG芯片进行对准，使AWG芯片和输入光纤阵列F、输出光纤阵列F′能够稳定可靠地耦合对准起来；

2)如图4、图5所示，沿切割线C将AWG芯片切割成可移动部分a和用于与基板8固定的固定部分b；在切片前，为了减小切割缝宽对平板波导焦距及插损的影响，也可以先在AWG芯片背面开槽，再从正面切缝。切割时为了防止崩边，切片前在切割线C处先粘一极薄的玻璃片，可以选择厚度为0.1mm的玻璃片。

3)将AWG芯片的固定部分b粘接在具有凹槽14的基板8上面；

如图12所示，在基板8的上表面开有一个或多个槽，所述的槽的用途不同，有的是为了涂胶，有的是为了导引匹配液、凝胶体、软胶、其它液体或切割碎粒的作用。

如图6所示，所述的将AWG芯片的固定部分b粘接在具有凹槽14的基板8上面，具体作法是：将先将洁净的AWG芯片的固定部分b同已开好凹槽14的基板8用夹具紧紧地固定在一起，使用极细的细丝从已开好的凹槽14中穿过，在细丝上点胶并拉动细丝，使胶涂在凹槽14与AWG芯片的固定部分b的接触处，依靠接触处表面间的毛细吸引力进行胶的渗透，将固定部分b与基板8可靠地粘接在一块。也可在基板8与AWG芯片的固定部分b的边缘处涂胶，利用渗透来粘接这两部分。

4)将AWG芯片的可移动部分a和固定部分b要经过第二次耦合，AWG芯片的下表面、基板8的上表面有很好的光滑平整度，切割线C的切断面也有较好的直线平整性，利用两接触表面平整性、切割线两端面的直线及平整性就能充分保证可移动部分a和固定部分b能很好地耦合地一起，还原成图3所示的状态。

如图7所示，将AWG芯片的可移动部分a放在基板8上并位于AWG芯片的固定部分b的一侧，使可移动部分a与固定部分b的切割面相对应，然后向AWG芯片的固定部分b推动AWG芯片的可移动部分a，并使AWG芯片的可移动部分a、固定部分b的切割面紧密耦合。这种简易可行的第二次耦合过程只需几分钟，且不需要任何耦合用具，仅仅用手推拢靠紧即可。

5)如图9、图13所示，沿AWG芯片的可移动部分a与固定部分b的连接线上设置温度补偿杆6，是使温度补偿杆6的宽度横跨切割线C，即将温度补偿杆6宽度的一侧边(即微调手轮23对应的一边)与可移动部分a采用UV胶或热固化胶固定粘接在一起，将温度补偿杆6宽度的另一侧边设置在AWG芯片的固定部分b上。所述的温度补偿杆6，是采用具有热胀冷缩性质的补偿杆7，在补偿杆7的两端粘接玻璃挡板7.1、7.2，然后将玻璃挡板7.1、7.2的下表面抛平，做成温度补偿杆6，所述的构成温度补偿杆6的玻璃挡板7.1、7.2的下表面中心处均开有一个凹槽9，凹槽9可以用于隔离胶。

6)利用精调装置对温度补偿杆6的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足国际电信联盟电信标准局(ITU-T)规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同阵列波导光栅(AWG)芯片相同；

为了调节ITU-T波长及a、b两部分间的缝宽和平行度，设计了一套精调装置，具体结构如图10所示。微调手轮上有0.25mm超细牙微调螺纹，并带有螺纹套，灵敏度为1微米。弹簧结构设计为圆柱形螺钉形状，顶端为锥形，圆柱形及顶端锥形构成弹簧及小钢珠11的支撑外套，其外有螺纹，其内有弹簧及小钢珠11，由于弹簧的作用，小钢珠可以在顶端锥形孔内伸缩。在平板10上有凸起的支柱，支柱上端有圆形小孔，带有螺纹套的微调手轮穿过圆形小孔并固定在其上。金属条通过支柱固定在平板10上，金属条上有螺纹孔，带有螺纹的弹簧结构15、17通过螺纹固定在金属条上。弹簧结构16通过支柱上的螺纹孔同平板10固定在一起。微调手轮21和弹簧结构16用来调节ITU-T波长，微调手轮22和弹簧结构17、微调手轮23和弹簧结构15用来调节缝宽及平行度。

所述的对温度补偿杆6的位置进行调整，是利用精调装置控制温度补偿杆6移动带动可移动部分a的移动，从而达到对阵列波导光栅(AWG)芯片的可移动部分a和固定部分b的相对位置进行调整并对其进行固定的目的。

如图11所示，对温度补偿杆的位置进行调整，具体调整过程是：将经过第二次耦合的AWG芯片并粘好波长补偿杆一端边的整体放在已做好的精调装置的平板10上，第二精调微调手轮22和第三微调手轮23，在显微镜下观察两切割边，保证其有较好的平行度和较小的间隙，使此间隙同切片时的缝宽大致相同，这样就能保证AWG芯片平板波导焦距大致不变，从而可以使AWG芯片的光谱同切片前基本上完全一致。监控输出端的波长，调节第一微调手轮21，推动温度补偿杆6前进或后退，从而带动可移动部分a移动，精密调整可移动部分a和固定部分b的相对位置，使AWG输出波长满足ITU-T规定的波长值。

7)当AWG输出波长满足ITU-T规定的波长值后在可移动部分a、固定部分b切割边间波导间隙处涂上较少的匹配液。为了使匹配液更稳定，可以在缝上加一盖玻片，如果有过多的匹配液，则会流到基板或芯片背面的槽中。在光路缝隙处涂加匹配液后，同切片前相比增加的附加损耗仅仅为0.1dB左右，点完匹配液后，再监控测试所有输出通道的参数，测试合格后，将温度补偿杆另一端的另一边(即弹簧结构2对应的一边)同固定部分b用UV胶或热固化胶固化，固化工艺可以采用边缘渗透点胶，也可以底面涂胶。

最后将器件从精调装置上取下，就制作出了本发明中如图14所示的无热AWG。

本发明的基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法，还可以采用如下步骤：

1)在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅(AWG)芯片上，将输入、输出光纤阵列同AWG芯片进行对准，使AWG芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列能够稳定可靠地耦合对准起来，并通过切割线C将AWG芯片划分成可移动部分a和固定部分b；

2)将AWG芯片的固定部分b粘接在具有凹槽14的基板8上面；

3)沿切割线C将AWG芯片的可移动部分a和固定部分b切割成分开的两部分；

4)将波长补偿杆6的一侧边与可移动部分a粘接，并使波长补偿杆的中心线与可移动部分a的切割边平行且在同一垂直面内；

5)将粘接好波长补偿杆的可移动部分a放在基板8上并位于AWG芯片的固定部分b的一侧，使可移动部分a与固定部分b的切割面相对应，然后向AWG芯片的固定部分b推动AWG芯片的可移动部分a，并使AWG芯片的可移动部分a、固定部分b的切割面紧密连接；

6)利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足国际电信联盟电信标准局ITU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同AWG芯片相同；

7)将温度补偿杆6的另一侧边与固定部分(b)固定粘接在一起。

本发明的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法的温度补偿原理如下：

AWG的中心波长λ_c为： ${\mathrm{\λ}}_c=\frac{n_{\mathrm{eff}}\·\·\mathrm{\ΔL}}{m}---\left(1\right)$

其中n_eff为波导的有效折射率，ΔL为相邻阵列波导的长度差，m是衍射级次。对公式两边求导，得AWG中心波长的温度敏感性表示为： $\frac{{\mathrm{d\λ}}_c}{\mathrm{dT}}={\mathrm{\λ}}_c(\frac{1}{n_{\mathrm{eff}}}\frac{{\mathrm{dn}}_{\mathrm{eff}}}{\mathrm{dT}}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{sub}})---\left(2\right),$ 其中 ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{sub}}=\frac{\mathrm{d\ΔL}}{\mathrm{dT}}/\mathrm{\ΔL}$ 是衬底的线膨胀系数，因为一般情况下，衬底厚度比包层及芯层的厚度大得多，因此常用衬底的线膨胀系数。对于硅基二氧化硅波导而言，

n_eff＝1.456，α_sub＝3.0×10^-6，在λ_c＝1550nm处，将相应的数值代入(2)式，得中心波长的温度漂移系数

为0.015nm/℃，但实际上由于制作工艺的偏差等原因，芯片的实际温度漂移系数为

0.011nm/℃。

根据AWG的线色散关系，得到位移和波长漂移的关系为：

$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{d\λ}}=\frac{L_f\×\mathrm{\ΔL}}{n_s\×d\×{\mathrm{\λ}}_c}{n}_g---\left(3\right)$

其中L_f和n_s分别是平板波导的焦距和折射率，d是相邻阵列波导在输出平板波导上的间距，n_g是阵列波导的群折射率。因此，如图4所示，如果在输入或输出平板波导上任一位置以任意角度沿C线切开，通过温度补偿杆使切开两部分能随温度变化而产生相对移动，这样就可以补偿由于温度引起的波长漂移，从而得到无热AWG。

温度变化ΔT时，中心波长随温度的变化 $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_c=\frac{d{\mathrm{\λ}}_c}{\mathrm{dT}}\×\mathrm{\ΔT};$ 切开两部分的相对移动距离为Δx时，某一输出通道的中心波长随位移的变化 $\mathrm{\Δ}{{\mathrm{\λ}}_c}^1=\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dx}}\×\mathrm{\Δx}.$ 如果使Δλ_c＝Δλ_c ¹成立，则可得到完全的波长补偿。

设温度补偿杆的线膨胀系数为α，长度为L，则将上述相关公式代入Δλ_c＝Δλ_c ¹，可得到下列关系式：

$\frac{d{\text{\λ}}_c}{\mathrm{dT}}\×\mathrm{\ΔT}=\frac{n_s\×d\×{\mathrm{\λ}}_c}{L_f\×\mathrm{\ΔL}\×n_g}\×\mathrm{\α}\×L\×\mathrm{\ΔT}$

由上式就可计算出所需的温度补偿杆长度L。

如图10所示，本发明的用于基于平板波导移动制作无热阵列波导光栅方法的精调装置，包括有平板10，在平板10通过支柱12固定有金属条13，所述的金属条13上有螺纹孔，带有螺纹的第一、第二弹簧结构17、15通过螺纹孔固定在金属条13上，所述的第一、第二弹簧结构17、15的端部设置有钢珠11；在金属条13一端的侧边通过支柱12设置有端部带有钢珠11的第三弹簧结构16，所述的弹簧结构16与第二弹簧结构15成垂直方向设置，两者端部上的钢珠11相邻；在金属条13的同一侧边还通过支柱12设置有与金属条13上的第二弹簧结构15在同一直线上的第三微调手轮23，所述的第三微调手轮23的端头与金属条13上的第二弹簧结构15上的钢珠11对应；在金属条13另一端的侧边通过支柱12设置有第一微调手轮21，所述的第一微调手轮21与金属条13上的第一弹簧结构17成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条13的同一侧边还通过支柱12设置有与金属条13上的第一弹簧结构17在同一直线上的第二微调手轮22，所述的第二微调手轮22的端头与金属条13上的第一弹簧结构17上的钢珠11对应。

上述的微调手轮上有0.25mm超细牙微调螺纹，并带有螺纹套，灵敏度为1微米。弹簧结构设计为圆柱形螺钉形状，顶端为锥形，圆柱形及顶端锥形构成弹簧及小钢珠11的支撑外套，其外有螺纹，其内有弹簧及小钢珠11，由于弹簧的作用，小钢珠可以在顶端锥形孔内伸缩。所述的精调装置用来调节ITU-T波长、缝宽及缝的平行度。其中，第一微调手轮21和第三弹簧结构16用来调节ITU-T波长，第二微调手轮22和第一弹簧结构17、第三微调手轮23和第二弹簧结构15用来调节缝宽及平行度。

本发明的精调装置中使用了微调手轮和弹簧结构。这种调节方法还包括所有一切能够带动波长补偿杆移动的一切机械方法，例如：将弹簧结构都换成微调手轮、微调手轮都换成弹簧结构、微调手轮换成步进电机或压电材料等。

Claims (9)

1.一种基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：包括有如下步骤：

1)在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅芯片上，将输入、输出光纤阵列同阵列波导光栅芯片进行对准，使阵列波导光栅芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列能够稳定可靠地耦合对准起来；

2)沿切割线(C)将阵列波导光栅芯片切割成可移动部分(a)和固定部分(b)；

3)将阵列波导光栅芯片的固定部分(b)粘接在具有凹槽(14)的基板(8)上面；

4)将阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)放在基板(8)上并位于阵列波导光栅芯片的固定部分(b)的一侧，使可移动部分(a)与固定部分(b)的切割面相对应，然后向阵列波导光栅芯片的固定部分(b)推动阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)，并使阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)、固定部分(b)的切割面紧密耦合；

5)沿阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)与固定部分(b)的连接线上设置温度补偿杆(6)并将温度补偿杆(6)的一侧边与可移动部分(a)固定粘接在一起；

6)利用精调装置对温度补偿杆(6)的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足ITU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同阵列波导光栅芯片相同；

7)将温度补偿杆(6)的另一侧边与固定部分(b)固定粘接在一起。

2.根据权利要求1所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的将阵列波导光栅芯片的固定部分(b)粘接在具有凹槽(14)的基板(8)上面，是先将洁净的阵列波导光栅芯片的固定部分(b)同具有凹槽(14)的基板(8)用夹具固定在一起，然后将胶涂在基板(8)的凹槽(14)内，通过胶的渗透使阵列波导光栅芯片的固定部分(b)与基板(8)形成粘接。

3.根据权利要求1所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的沿阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)与固定部分(b)的连接线上设置温度补偿杆(6)，是采用由具有热胀冷缩性质的补偿杆(7)和粘接在其两端的玻璃挡板(7.1、7.2)构成的温度补偿杆(6)，使温度补偿杆(6)的宽度横跨切割线(C)，并将温度补偿杆(6)的一侧边设置在阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)上，将温度补偿杆(6)的另一侧边设置在阵列波导光栅芯片的固定部分(b)上。

4.根据权利要求3所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的构成温度补偿杆(6)的玻璃挡板(7.1、7.2)的下表面中心处均开有一个凹槽(9)。

5.根据权利要求1所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的对温度补偿杆(6)的位置进行调整，是利用精调装置控制温度补偿杆(6)移动带动可移动部分(a)的移动，从而达到对阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)和固定部分(b)的相对位置进行调整并对其进行固定的目的。

6.根据权利要求5所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的温度补偿杆(6)是采用UV胶或热固化胶实现同阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)和固定部分(b)的固定。

7.一种基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：包括有如下步骤：

1)在具有输入和输出平板波导的阵列波导光栅芯片上，将输入、输出光纤阵列同阵列波导光栅芯片进行对准，使阵列波导光栅芯片和输入光纤阵列、输出光纤阵列能够稳定可靠地耦合对准起来，并通过切割线(C)将阵列波导光栅芯片划分成可移动部分(a)和固定部分(b)；

2)将阵列波导光栅芯片的固定部分(b)粘接在具有凹槽(14)的基板(8)上面；

3)沿切割线(C)将阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)和固定部分(b)切割成分开的两部分；

4)将波长补偿杆(6)的一侧边与可移动部分(a)粘接，并使波长补偿杆的中心线与可移动部分(a)的切割边平行且在同一垂直面内；

5)将粘接好波长补偿杆的可移动部分(a)放在基板(8)上并位于阵列波导光栅芯片的固定部分(b)的一侧，使可移动部分(a)与固定部分(b)的切割面相对应，然后向阵列波导光栅芯片的固定部分(b)推动阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)，并使阵列波导光栅芯片的可移动部分(a)、固定部分(b)的切割面紧密连接；

6)利用精调装置对温度补偿杆的位置进行调整，使无热阵列波导光栅输出波长满足TU-T规定，使无热阵列波导光栅输出光谱同阵列波导光栅芯片相同；

7)将温度补偿杆(6)的另一侧边与固定部分(b)固定粘接在一起。

8.根据权利要求1或7所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的精调装置包括有平板(10)，在平板(10)通过支柱(12)固定有金属条(13)，所述的金属条(13)上有螺纹孔，带有螺纹的第一、第二弹簧结构(17、15)通过螺纹孔固定在金属条(13)上，所述的第一、第二弹簧结构(17、15)的端部设置有钢珠(11)；在金属条(13)一端的侧边通过支柱(12)设置有端部带有钢珠(11)的第三弹簧结构(16)，所述的第三弹簧结构(16)与第二弹簧结构(15)成垂直方向设置，两者端部上的钢珠(11)相邻；在金属条(13)的同一侧边还通过支柱(12)设置有与金属条(13)上的第二弹簧结构(15)在同一直线上的第三微调手轮(23)，所述的第三微调手轮(23)的端头与金属条(13)上的第二弹簧结构(15)上的钢珠(11)对应；在金属条(13)另一端的侧边通过支柱(12)设置有第一微调手轮(21)，所述的第一微调手轮(21)与金属条(13)上的第一弹簧结构(17)成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条(13)的同一侧边还通过支柱(12)设置有与金属条(13)上的第一弹簧结构(17)在同一直线上的第二微调手轮(22)，所述的第二微调手轮(22)的端头与金属条(13)上的第一弹簧结构(17)上的钢珠(11)对应。

9.根据权利要求1或7所述的基于平板波导移动技术制作无热阵列波导光栅的方法，其特征在于：所述的精调装置包括有平板(10)，在平板(10)通过支柱(12)固定有金属条(13)，所述的金属条(13)上有螺纹孔，第四、第五微调手轮通过螺纹孔固定在金属条(13)上；在金属条(13)一端的侧边通过支柱(12)设置有第六微调手轮，所述的第六微调手轮与第五微调手轮成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条(13)的同一侧边还通过支柱(12)设置有与金属条(13)上的第五微调手轮在同一直线上的第三微调手轮(23)，所述的第三微调手轮(23)的端头与第五微调手轮的端部对应；在金属条(13)另一端的侧边通过支柱(12)设置有第一微调手轮(21)，所述的第一微调手轮(21)与金属条(13)上的第四微调手轮成垂直方向设置，两者端部相邻；在金属条(13)的同一侧边还通过支柱(12)设置有与金属条(13)上的第四微调手轮在同一直线上的第二微调手轮(22)，所述的第二微调手轮(22)的端头与金属条(13)上的第四微调手轮的端部对应。

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