CN101458364B - 基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，用输入波导、输出输入波导、平板波导和输出平板波导、阵列波导共同沉积在硅衬底上的AWG芯片上制作AAWG；将AWG芯片与输入光纤阵列和输出光纤阵列进行耦合、调试和固化，测试性能参数a1；将固化后的AWG芯片分割为AAWG的第一区域和第二区域，并测试分割造成的波导长度的损失L；将第二区域与第二基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上；利用6维微调架夹具将AAWG的第一区域与第一基板固定，将补偿杆放置在第一区域和第一基板上，固化补偿杆；利用有第一区域和第一基板的6维微调架夹具，相对有第二区域与第二基板的固定夹具进行AAWG的第二次耦合调试，并测试性能参数a2，a3，a4；并将第一基板和第二基板固化。

Description

基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法 

技术领域

本发明涉及一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的制作方法。特别是涉及一种利用6维微调架夹具进行耦合调试的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法。 

背景技术

由于IP数据业务的不断增长和各种宽带接入业务的涌现带来了对带宽的无限需求，密集波分复用(DWDM)技术得到了蓬勃发展。平面光波导(planar light wave circuit，PLC)技术以其成本低、便于批量生产、稳定性好、易于集成等诸多特点，已成为DWDM光通信系统的主流产业。目前光波导的制作主要在LiNbO3、玻璃、InP、Si等衬底材料上完成，其中硅基二氧化硅光波导集成技术由于具有成熟的半导体工艺技术基础，与光纤耦合效率好，成本低廉等优势，受到广泛重视。平面光波导集成器件的一个重要应用是阵列波导光栅(AWG：Arrayed Waveguide Grating)。在DWDM系统中AWG用作复用和解复用器件的功能。 

如图1、图2所示，AWG芯片由至少一个输入波导1、N个输出波导5、两个平板波导2和4、以及阵列波导3组成，它们共同沉积在硅衬底6上；其中相邻阵列波导间具有恒定路径长度差ΔL。具有多个波长的输入光从输入波导1进入，经过输入平板波导2，通过衍射把光功率分配到波导阵列3中的每一个端口，由于波导阵列中的波导长度不等，产生不同的传输相位延迟，在输出平板波导4中相干叠加，不同波长的光输出到输出波导5的不同波导端口，从而起到解复用器件的作用。根据光路的可逆性，从输出端口输入的各个波长，通过输入端口汇聚在一起，起到复用器件的功能。 

通信系统要求AWG的各个输出通道光信号的波长与国际电信联盟(ITU-T)规定的波长一致，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，从而导致AWG的各个通道的波长随温度而变化。为了使AWG在通信系统中工作时保持稳定的ITU-T波长，目前采用两种方案：1、使用温控电路和加热器，使得AWG芯片处于70摄氏度左右的恒温环境中，这样AWG的波长就会保持稳定，这就是所谓的有热AWG；2、在AWG的芯片结构上采用特殊设计和工艺，使得中心波长不随外界温度变化而变化，不采用任何加热装置和控制电路，这就是无热AWG(AAWG：Athermal AWG)。由于AAWG在封装尺寸上比较小，无须辅助电路的特点给系统开发以更大的设计自由度，成本更低，所以国内外许多大公司和研究机构已经展开了对AAWG的深入研究。 

目前，AAWG的需求迅速增长，一是WDM无源光网络(WDM-PON)的快速发展，在WDM-PON中使用的复用/解复用器要求必须使用AAWG；第二个原因是在城域网中可重构光分插复用 器(ROADM)和可变光衰减复用器(VMUX)得到了迅速发展，在这两个器件中，电功率消耗带来的热量会引起隔离带降低等问题，也要求必须使用AAWG。因此开发无需加热的波长不随温度变化的AAWG显得非常必要。为此，人们提出了许多AAWG的方案，可以归纳为波导移动型、波导嵌入热光系数相反材料型和应力板粘贴型等。 

波导移动型又可细分为输入波导移动、输出波导移动、输入平板波导移动和输出平板波导移动等，通过补偿杆将AWG分割开的可移动波导部分相对固定部分移动，补偿AWG中心波长随温度的漂移。 

基于平板波导移动的温度补偿原理 

AWG的中心波长λ₀为： 

${\mathrm{\λ}}_0=\frac{n_{\mathrm{eff}}\mathrm{\ΔL}}{m}---\left(1\right)$

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是衍射量级。对于AWG芯片，中心波长的温度敏感性表示为： 

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}={\mathrm{\λ}}_0(\frac{1}{n_{\mathrm{eff}}}\frac{\∂n_{\mathrm{eff}}}{\∂T}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{sub}})---\left(2\right)$

其中α_sub是衬底的热膨胀系数。如图1所示，在输出平板波导5和输出波导6的交界面(光的聚焦面)上，输出波导从o′移动p′，根据AWG的线色散关系得到位移和波长漂移的关系为： 

$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{d\λ}}=\frac{L_f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g---\left(3\right)$

其中L_f和n_s分别是输出平板波导5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。根据光的可逆性，如果输入光在输入平板波导从o移动p点，则在输出端o′点，光的波长将按照公式(3)的关系发生漂移。因此，移动输入或者输出波导在平板波导上的位置，可以补偿由于温度引起的波长漂移，从而得到AAWG。 

由于温度变化，引起的波长漂移为 

$\mathrm{\Δ\λ}=\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\mathrm{\ΔT}---\left(4\right)$

其中ΔT为温度变化量。如果AWG为对称结构，为得到AAWG，输入或者输出波导在平板波导上的位移应为 

$\mathrm{dx}=\frac{L_f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\mathrm{\ΔT}---\left(5\right)$

如图2所示，基于波导移动型的AAWG现有技术的所有方案主体结构为：芯片分割而 成的两部分，一部分固定在基板上，另一部分在基板的平面上进行移动、调节位置，进行二次耦合。芯片分割成的两部分在同一个基板上，这种制作方式的优点是二次耦合在一个平面上进行，降低了调节的维度，即降低了二次耦合的难度。降低了调节维度，降低了调节的自由度，意味着要牺牲AAWG的性能为代价。因此，这种方式制作的AAWG性能参数不太令人满意，这是当前基于波导移动型AAWG不能满足市场需求的主要原因。 

基于波导移动型的AAWG在制作过程中，需要将芯片分割。在分割过程中，不同的分割方式会造成波导长度损失差异较大，从20um到200um不等。在二次耦合过程中，补偿波导的损失目前只有一种方案：在AWG芯片设计时增加相同的长度。该方案的最大缺点制作AAWG的成本增加。是对芯片供应商而言，增加芯片制作成本，他们需要对不同的采购商提供不同的芯片设计。采购商需要支付额外的设计成本。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用普通AW6芯片，通过6维微调架进行第二次耦合调试固化，能够有效补偿芯片分割过程带来的波导长度损失，提高AAWG的性能参数的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法。 

本发明所采用的技术方案是：一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，包括如下制作步骤： 

(1)采用至少一个输入波导、N个输出波导、输入平板波导和输出平板波导、以及阵列波导组成共同沉积在硅衬底上的AWG芯片制作AAWG；将AWG芯片与输入光纤阵列和输出光纤阵列进行耦合、调试和固化，测试性能参数a1，称为AAWG的第一次耦合调试固化； 

(2)将固化后的AWG芯片分割为AAWG的第一区域和第二区域两部分，并测试分割造成的波导长度的损失L； 

(3)将AAWG的第二区域与第二基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上； 

(4)利用6维微调架夹具将AAWG的第一区域与第一基板固定，将补偿杆放置在第一区域和第一基板上，利用紫外胶或者热固化胶固化补偿杆，准备第二次耦合调试； 

(5)利用放置有固定的第一区域和第一基板的6维微调架夹具，相对于放置有粘接固化在一起的第二区域与第二基板的固定夹具进行AAWG的第二次耦合调试，并测试性能参数a2，a3，a4； 

(6)当性能参数满足要求，将第一基板和第二基板固化，为AAWG第二次耦合固化，完成AAWG的第二次耦合调试的过程由如下条件决定：性能参数a1、a2、a3和a4的相对变化绝对值中，损耗最大变化小于0.5dB，损耗的起伏最大变化小于0.3dB，0.5dB带宽最大变化小于50pm； 

(7)将制作的AAWG从夹具上取下，制作完成。 

所述的将AWG芯片分割为AAWG的第一区域和第二区域两部分的分割位置，是输入平 板波导或输出平板波导上的任一位置。 

采用的分割刀片厚度在10-20um，分割深度为0.3-1mm，由于分割造成平板波导长度损失L在15-60um。 

所述的AAWG的第二区域与第二基板粘接固化的区域，在阵列波导的区域之外。 

所述的AAWG的第二区域与第二基板粘接固定后，第二基板平行于切缝方向突出于第二区域Δl段距离，所述距离精度在10um。 

所述的第二基板平行于切缝方向突出于第二区域Δl段距离，在0-50um之间， 

所述的第二基板平行于切缝方向突出于第二区域Δl段距离，而且控制在0和等于平板波导长度损失L减去第二次固化的胶厚度l之间。 

所述的第二基板总平整度在2-15um范围，翘曲度在20-50um范围。 

所述的第一基板与AAWG的第一区域接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片的分割方向平行。 

所述的第一基板与AAWG的第一区域固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。 

所述的AAWG的第二次耦合调试中，粗调过程是利用放置有固化的第一区域和第一基板的6维微调架夹具，进行θ_x，θ_y，θ_z，X，Y，和Z的6维移动调节。 

所述的第二次耦合调试细调过程包括：利用微调架Z方向手轮，控制第一区域6a和第二区域6b之间的距离L_缝，当满足|L-L_缝|≤30微米时，移动微调架X方向手轮，当N/2通道的中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长时，测试性能a2。 

所述的第二次耦合调试过程中，精调过程只是移动6维微调架夹具X方向的手轮，位置移动范围P由公式 

决定，在20-50um之间，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，ΔL为相邻阵列波导的长度差，λ₀为中心波长，dλ/dT是中心波长的温度敏感性，ΔT是温度变化。 

所述的第二次耦合调试精调过程中，以6维微调架夹具X方向的手轮位置对应于N/2通道中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长所处的位置为P＝0。 

所述的第二次耦合调试精调过程中，移动X方向的手轮位置到 

分别检测输出光纤阵列的所有通道的或者通道1、N/2和N的性能参数a3和a4。 

所检测的性能参数a1、a2、a3和a4为所有输出通道的性能参数或为1、N/2和N输出通道的性能参数a1、a2、a3和a4。 

将6维微调架X手轮调节到中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长的相对位置时，将第一基板和第二基板利用热固化胶或者紫外胶固定在一起，完成AAWG的第二次耦合固化。 

所述的第二次耦合固化的固化胶厚度l在5-50um。 

AAWG的第一区域和第二区域两部分分割线之间的缝宽L缝是通过调节6维微调架夹具)Z方向的手轮实现，调整到分割过程带来的平板波导长度损失L。 

在步骤3中所述的将AAWG的第二区域与第二基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上，或是将AAWG的第一区域与第一基板粘接固定在一起，放置在固定夹具上。 

所述的第二基板平行于切缝方向突出于第二区域Δl段距离，或第二基板与AAWG芯片的第二区域在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。 

在步骤4中所述的利用6维微调架夹具将AAWG芯片的第一区域与第一基板固定，将补偿杆放置在第一区域和第一基板上，利用紫外胶或者热固化胶固化，或利用6维微调架夹具将AAWG芯片的第二区域与第二基板固定，将补偿杆放置在第二区域和第二基板上，利用紫外胶或者热固化胶固化。 

所述的将第一基板与AAWG芯片的第一区域接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片的分割方向平行，或将第二基板与AAWG芯片的第二区域接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片的分割方向平行。 

所述的第一基板与AAWG芯片的第一区域固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内，或第一基板平行于切缝方向突出于第一区域Δl段距离。 

所述的二次耦合调试固化方法适用于所有的基于波导移动型的AAWG器件，还可适用于利用直波导或者光纤代替芯片的第一区域或者第二区域进行AAWG的制作，所用的直波导可以是同一个AWG芯片，也可以是来自于不同的AWG芯片，只要折射率和波导长度匹配就可。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，具有如下特点： 

1.AAWG的第二次耦合调试是利用6维微调架夹具进行调节的，耦合调试过程中AAWG与AWG芯片相比损耗的变化控制在0.5dB的范围，ripple变化控制在0.3dB的范围，0.5dB的带宽控制在50pm的范围，波长精度可以控制在1pm，可以大大提高AAWG的性能参数。 

2.AAWG的第二次耦合调试是利用6维微调架进行调节的，可以充分利用移动端的空间自由度，降低了AAWG固定部分对基板平整度的要求，放宽了固定部分在粘接过程中胶的厚度要求，降低制作难度和制作成本，提高AAWG器件的成品率。 

3.在固定部分和基板粘接过程中，基板平行于切缝方向突出一段距离Δl，利用切片设备和抛光设备控制此距离精度在10um左右。突出距离Δl的大小，控制在芯片分割带来的平板波导长度损失L的大小减去第二次耦合固化胶的厚度l左右。从而保持输入平板波导的焦距基本不变，有效提高AAWG的性能。 

4.AAWG的第二次耦合固化过程是通过两基板的相互粘接固化完成的。二次固化过程 完成后，AAWG在输入平板波导上缝宽随温度变化较小。这一特性不但在室温下保证AAWG性能参数与AWG性能参数变化较小，而且在补偿杆随温度做热胀冷缩运动过程中，可以保持AAWG的性能参数变化较小，提高AAWG可靠性和重复性。 

附图说明

图1是普通AWG芯片结构示意图； 

图2是现有技术平面波导移动结构示意图； 

图3是本发明所采用的AWG芯片结构示意图： 

图4是本发明分割后芯片第二区域与第二基板粘接后的结构示意图； 

图5是本发明分割后芯片第一区域与第一基板固定在一起的结构示意图； 

图6是6维微调架夹具各轴的方向定义示意图； 

图7是本发明利用6维微调架夹具和固定夹具进行第二次耦合调试的结构示意图； 

图8是本发明制作完成的AAWG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：AWG芯片 

7a：第一基板         7b：第二基板 

8：补偿杆            9：AWG芯片上缝 

10：基板之间的缝     11：胶 

12：输入光纤阵列     13：输出光纤阵列 

14：6维微调架夹具    15：固定夹具 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法做出详细说明。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，包括有如下步骤： 

(1)如图3所示，采用至少一个输入波导1、N个输出波导5、输入平板波导2和输出平板波导4、以及阵列波导3组成共同沉积在硅衬底上的AWG芯片6制作AAWG(AAWG：Athermal Arrayed waveguide grating无热阵列波导光栅)；将AWG芯片6与输入光纤阵列12和输出光纤阵列13进行耦合、调试和固化，称为AAWG的第一次耦合调试固化，测试输出光纤阵列13所有输出通道的性能参数a1；为了简便，根据AWG芯片6自身性能参数特点，也可以只测试1、N/2和N输出通道的性能参数a1。AAWG的第一次耦合调试固化过程为成熟工艺，具体耦合调试固化工艺不再赘述。 

(2)将固化后的AWG芯片6分割为AAWG的第一区域6a和第二区域6b两部分，并 测试分割造成的波导长度的损失L。所述的将AWG芯片6分割为AAWG的第一区域6a和第二区域6b两部分的分割位置，是输入平板波导2或输出平板波导4上的任一位置。 

通常采用高速转动的刀片进行分割，分割刀片的厚度、转速不同造成波导损失不同，普通刀片带来的波导损失一般在100-200um。为了降低损失，目前我们采用的刀片厚度在10-20um左右，分割深度为0.3-1mm。由于分割造成平板波导长度损失L，在15-60um左右。 

(3)如图4所示，将AAWG的第二区域6b与第二基板7b粘接固定在一起，放置在固定夹具15上，粘接胶可以用热固化胶也可以用紫外胶，粘接胶的厚度不限，满足胶的粘接要求就可；本发明的优点之一就是对此处粘接胶的要求不高，降低制作难度，提高AAWG器件的成品率。 

所述的第二基板7b材质不限，通用的半导体材料厂商提供的硅片和玻璃板均可，总平整度在2-15um范围左右，典型值为10um；翘曲度在20-50um范围左右，典型值在30um。第二基板7b材质易于选取，降低制作成本。 

为了减小基板的7b材质与AAWG芯片的不同带来的局部应力对芯片性能的劣化，要求所述的AAWG芯片的第二区域6b与第二基板7b粘接区域为小范围粘接区域，而且粘接区域在阵列波导3的区域之外，避开阵列波导的区域。图4中圆形区域为胶粘接区域，并不限于图示的粘接形状和区域。 

为了补偿分割芯片造成的平板波导长度损失L，要求所述的AAWG芯片的第二区域6b与第二基板7b粘接固定后，第二基板7b平行于切缝方向突出于第二区域6bΔl段距离，利用切片设备和抛光设备控制此距离精度在10um左右。所述的Δl在0-50um之间，控制在0和平板波导长度损失L减去第二次固化的胶厚度l之间。从而基本保持输入平板的焦距基本不变，有效提高AAWG的性能。 

(4)如图5所示，利用6维微调架夹具14将AAWG芯片的第一区域6a与第一基板7a固定，将补偿杆8放置在第一区域6a和第一基板7a上，利用紫外胶或者热固化胶固化。利用图7夹具准备第二次耦合调试。 

所述的基板7a的材质可以与基板7b的相同，也可以不同。 

基板7a的总平整度和翘曲度要求比基板7b的精度更高。为了提高基板7a总平整度和翘曲度，将第一基板7a与AAWG芯片的第一区域6a接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片6的分割方向平行。 

所述的第一基板7a与AAWG芯片的第一区域6a固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。 

(5)如图7所示，利用放置有固定的第一区域6a和第一基板7a的6维微调架夹具14，相对于放置有粘接固化在一起的第二区域6b与第二基板7b的固定夹具15进行AAWG的第二次耦合调试；所述的第二次耦合调试细调过程中，所检测的性能参数为所有输出通道的性能参数或为1、N/2和N输出通道的性能参数a2。 

如图6、图7所示，首先进行粗调，利用6维微调架夹具14，充分发挥调节的空间自由度，调节θx，θy和θz方向手轮；利用显微镜观察芯片的第一区域6a和第二区域6b部分的各面分别平行，并移动微调架的X，Y和Z方向手轮，当光功率计显示输出光纤阵列的通道1和N的光功率最小而且基本相等时，在第一区域6a和第二区域6b的分割缝9中填入折射率匹配液。 

所述的6维微调架的手轮方向并不限于图6所示的方向。 

其次进行细调，调节微调架X、Y、Z手轮，当损耗(IL)变化较小时，利用显微镜观察第一区域6a和第二区域6b之间的距离L_缝，并利用微调架Z方向手轮控制此距离。如果|L-L_缝|≤30(单位为微米)时，移动微调架X方向手轮利用光谱仪检测输出光纤阵列13的N/2通道的中心波长，当中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长时，利用复用器测试系统检测所有输出通道或者1、N/2和N输出通道的性能参数a2，比较a1和a2的变化绝对值，如果IL最大变化小于0.5dB，ripple最大变化小于0.3dB，0.5dB带宽最大变化小于50pm时，完成细调过程。 

在第二次耦合调试细调过程中，利用6维微调架夹具的X、Y、Z手轮完成。完成的过程由如下条件决定：性能参数a1和a2的相对变化绝对值中，IL最大变化小于0.5dB，ripple最大变化小于0.3dB，0.5dB带宽最大变化小于50pm。 

上述过程是成熟的PLC波导耦合调试工艺。下面是AAWG特有的精调过程。 

以6维微调架夹具14的X方向的手轮位置对应于N/2通道中心波长为ITUT规定的N/2通道中心波长所处的位置为P＝0。前后移动微调架X方向的手轮位置，位置移动范围P由公式 $P=\frac{L_f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\mathrm{\ΔT}$ 决定。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，ΔL为相邻阵列波导的长度差，λ₀为中心波长，dλ/dT是中心波长的温度敏感性，ΔT是温度变化。当移动X方向的手轮位置移动到 $P=\±\frac{L_f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\mathrm{\ΔT}$ 时，分别检测输出光纤阵列13的所有通道的或者1、N/2和N输出通道的性能参数a3和a4。比较参数a1、a2、a3和a4的变化绝对值，如果IL的最大变化小于0.5dB，ripple最大变化小于0.3dB，0.5dB带宽最大变化小于50pm时，完成AAWG的精调过程。 

P的范围一般在20-50um之间，为AAWG的补偿杆8带动移动波导即第一区域6a在X方向的移动范围。 

在第二次耦合调试精调过程中，只利用6维微调架夹具的X手轮完成。完成AAWG的第二次耦合调试的过程由如下条件决定：性能参数a1、a2、a3和a4的相对变化绝对值中，损耗(IL)最大变化小于0.5dB，损耗的起伏(ripple)最大变化小于0.3dB，0.5dB带 宽最大变化小于50pm。 

(6)重新将6维微调架夹具14的X手轮调节到中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长的相对位置，当性能参数满足要求，利用热固化胶或者紫外胶将第一基板7a和第二基板7b利用热固化胶或者紫外胶固化在一起，完成AAWG第二次耦合固化；所述的第二次耦合固化的固化胶厚度l在5-50um。 

(7)将制作的AAWG从夹具上取下，制作完成。 

AAWG芯片的第一区域6a和第二区域6b两部分分割线之间的缝宽L_缝是通过调节6维微调架夹具14的Z方向手轮实现，等于第二基板7b平行于切缝方向突出于第二区域6b的距离Δl和固化胶厚度l的之和，最佳状态为等于分割过程带来的平板波导长度损失L，从而能够保持平板波导的焦距基本不变，提高AAWG的性能参数。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，在步骤3中所述的将AAWG的第二区域6b与第二基板7b粘接固定在一起，放置在固定夹具15上。还可以将AAWG的第一区域6a与第一基板7a粘接固定在一起，放置在固定夹具15上。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，在步骤3中所述的第二基板7b平行于切缝方向突出于第二区域6bΔl段距离，还可以第二基板7b与AAWG芯片的第二区域6b在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，在步骤4中所述的利用6维微调架夹具14将AAWG芯片的第一区域6a与第一基板7a固定，将补偿杆8放置在第一区域6a和第一基板7a上，利用紫外胶或者热固化胶固化。还可以利用6维微调架夹具14将AAWG芯片的第二区域6b与第二基板7b固定，将补偿杆8放置在第二区域6b和第二基板7b上，利用紫外胶或者热固化胶固化。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，在步骤4中所述的将第一基板7a与AAWG芯片的第一区域6a接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片6的分割方向平行。还可以将第二基板7b与AAWG芯片的第二区域6b接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片6的分割方向平行。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，在步骤4中所述的第一基板7a与AAWG芯片的第一区域6a固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。还可以第一基板7a平行于切缝方向突出于第一区域6aΔl段距离。 

本发明的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法中，所述的二次耦合调试固化方法适用于所有的基于波导移动型(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)的AAWG器件，还可适用于利用直波导或者光纤代替芯片的第一区域6a或者第二区域6b进行AAWG的制作，所用的直波导可以是同一个AWG芯片，也可以是来自于不同的AWG芯片，只要折射率和波导长度匹配就可。 

Claims (25)

1.一种基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，包括如下制作步骤：

(1)采用至少一个输入波导(1)、N个输出波导(5)、输入平板波导(2)和输出平板波导(4)、以及阵列波导(3)组成共同沉积在硅衬底上的AWG芯片(6)制作AAWG；将AWG芯片(6)与输入光纤阵列(12)和输出光纤阵列(13)进行耦合、调试和固化，测试性能参数a1，称为AAWG的第一次耦合调试固化；

(2)将固化后的AWG芯片(6)分割为AAWG的第一区域(6a)和第二区域(6b)两部分，并测试分割造成的波导长度的损失L；

(3)将AAWG的第二区域(6b)与第二基板(7b)粘接固定在一起，放置在固定夹具(15)上；

(4)利用6维微调架夹具(14)将AAWG的第一区域(6a)与第一基板(7a)固定，将补偿杆(8)放置在第一区域(6a)和第一基板(7a)上，利用紫外胶或者热固化胶固化补偿杆，准备第二次耦合调试；

(5)利用放置有固定的第一区域(6a)和第一基板(7a)的6维微调架夹具(14)，相对于放置有粘接固化在一起的第二区域(6b)与第二基板(7b)的固定夹具(15)进行AAWG的第二次耦合调试，并测试性能参数a2，a3，a4；

(6)当性能参数满足要求，将第一基板(7a)和第二基板(7b)固化，为AAWG第二次耦合固化，完成AAWG的第二次耦合调试的过程由如下条件决定：性能参数a1、a2、a3和a4的相对变化绝对值中，损耗最大变化小于0.5dB，损耗的起伏最大变化小于0.3dB，0.5dB带宽最大变化小于50pm；

(7)将制作的AAWG从夹具上取下，制作完成。

2.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的将AWG芯片(6)分割为AAWG的第一区域(6a)和第二区域(6b)两部分的分割位置，是输入平板波导(2)或输出平板波导(4)上的任一位置。

3.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，采用的分割刀片厚度在10-20um，分割深度为0.3-1mm，由于分割造成平板波导长度损失L在15-60um。

4.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的AAWG的第二区域(6b)与第二基板(7b)粘接固化的区域，在阵列波导(3)的区域之外。

5.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的AAWG的第二区域(6b)与第二基板(7b)粘接固定后，第二基板(7b)平行于切缝方向突出于第二区域(6b)Δl段距离，所述距离精度在10um。

6.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)平行于切缝方向突出于第二区域(6b)Δl段距离，在0-50um之间。

7.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)平行于切缝方向突出于第二区域(6b)Δl段距离，而且控制在0和等于平板波导长度损失L减去第二次固化的胶厚度l之间。

8.根据权利要求4和5所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)总平整度在2-15um范围，翘曲度在20-50um范围。

9.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)与AAWG 的第一区域(6a)接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片(6)的分割方向平行。

10.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)与AAWG的第一区域(6a)固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。

11.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的AAW6的第二次耦合调试中，粗调过程是利用放置有固定的第一区域(6a)和第一基板(7a)的6维微调架夹具(14)，进行θ_x，θ_y，θ_z，X，Y，和Z的6维移动调节。

12.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合调试细调过程包括：利用微调架Z方向手轮，控制第一区域6a和第二区域6b之间的距离L_缝，当满足|L-L_缝|≤30微米时，移动微调架X方向手轮，当N/2通道的中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长时，测试性能a2。

13.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合调试过程中，精调过程只是移动6维微调架夹具(14)X方向的手轮，位置移动范围P由公式

决定，在20-50um之间，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，ΔL为相邻阵列波导的长度差，λ₀为中心波长，dλ/dT是中心波长的温度敏感性，ΔT是温度变化。

14.根据权利要求13所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合调试精调过程中，以6维微调架夹具(14)X方向的手轮位置对应于N/2通道中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长所处的位置为P＝0。

15.根据权利要求13所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合调试精调过程中，移动X方向的手轮位置到

分别检测输出光纤阵列(13)的所有通道的或者通道1、N/2和N的性能参数a3和a4。

16.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所检测的性能参数a1、a2、a3和a4为所有输出通道的性能参数或为1、N/2和N输出通道的性能参数a1、a2、a3和a4。

17.根据权利要求15所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，将6维微调架(14)X手轮调节到中心波长为ITU-T规定的N/2通道中心波长的相对位置时，将第一基板(7a)和第二基板(7b)利用热固化胶或者紫外胶固定在一起，完成AAWG的第二次耦合固化。

18.根据权利要求17所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合固化的固化胶厚度l在5-50um。

19.根据权利要求12所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，AAWG的第一区域(6a)和第二区域(6b)两部分分割线之间的缝宽L缝是通过调节6维微调架夹具(14)Z方向的手轮实现，调整到分割过程带来的平板波导长度损失L。

20.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，在步骤3中所述的将AAWG的第二区域(6b)与第二基板(7b)粘接固定在一起，放置在固定夹具(15)上，或是将AAWG的第一区域(6a)与第一基板(7a)粘接固定在一起，放置在固定夹具(15)上。

21.根据权利要求5所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)平行于切缝方向突出于第二区域(6b)Δl段距离，或第二基板(7b)与AAWG芯片的第二区域(6b)在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内。

22.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，在步骤4中所述的利用6维微调架夹具(14)将AAWG芯片的第一区域(6a)与第一基板(7a)固定，将补偿杆(8)放置在第一区域(6a)和第一基板(7a)上，利用紫外胶或者热固化胶固化，或利用6维微调架夹具(14)将AAWG芯片的第二区域(6b)与第二基板(7b)固定，将补偿杆(8)放置在第二区域(6b)和第二基板(7a)上，利用紫外胶或者热固化胶固化。

23.根据权利要求8所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的将第一基板(7a)与AAWG芯片的第一区域(6a)接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片(6)的分割方向平行，或将第二基板(7b)与AAWG芯片的第二区域(6b)接触的表面开槽，所述槽的方向与AWG芯片(6)的分割方向平行。

24.根据权利要求9所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)与AAWG芯片的第一区域(6a)固定后在分割线方向平行，且沿分割线的平面在同一个XY平面内，或第一基板(7a)平行于切缝方向突出于第一区域(6a)Δl段距离。

25.根据权利要求1所述的基于平板波导移动型无热阵列波导光栅的优化制作方法，其特征在于，所述的二次耦合调试固化方法适用于所有的基于波导移动型的AAWG器件，还可适用于利用直波导或者光纤代替芯片的第一区域(6a)或者第二区域(6b)进行AAWG的制作，所用的直波导可以是同一个AWG芯片，也可以是来自于不同的AWG芯片，只要折射率和波导长度匹配就可。

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