CN104090339B - 阵列波导光栅波分复用器 - Google Patents

阵列波导光栅波分复用器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阵列波导光栅波分复用器，包括用来使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳的支撑部，通过随着温度变化而伸缩的伸缩部来使得支撑部产生切割缝方向的形变，从而使得第一基板和第二基板在切割缝方向产生相互错位移动、第一部分芯片和第二部分芯片在切割缝方向产生相互错位移动。由于支撑部的存在，可以将阵列波导光栅芯片贴在基板上再进行切割，不需要重新对光耦合。支撑部可以支撑阵列波导光栅芯片所在的活动基板，加强了结构的稳定性，并且使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳。

Description

阵列波导光栅波分复用器
技术领域
本发明涉及光学设备领域，特别涉及一种阵列波导光栅波分复用器。
背景技术
阵列波导光栅波分复用器(AWG，Arrayed Waveguide Grating)是以平面光路技术制作的器件，由输入波导、输入平板波导(输入星形耦合器)、阵列波导、输出平板波导(输出星形耦合器)和输出波导阵列五部分组成。输入的信号由输入平板波导分配到各条阵列波导中，阵列波导的长度依次递增ΔL，对通过的光信号产生等光程差，其功能相当于一个光栅，在阵列波导的输出位置发生衍射，不同波长衍射到不同角度，经过输出平板波导聚焦到不同的输出波导中。
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的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，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、增加系统复杂性及成本。
对于上述缺陷，有一种解决方案是通过将AWG芯片切开分成两部分芯片，在两部分芯片之间通过温度补偿杆或温度补偿片来实现两部分芯片的相对位置变化，从而补偿普通AWG中心波长因温度而产生的变化。但是该方案也存在着以下缺陷：1.阵列波导光栅波分复用器芯片切割成两部分，需要再重新对光耦合，由于光波导只有几微米厚度，对光需要非常精密调节装置，且调节被限定调节空间，耦合调节非常困难。2.由于温度补偿杆或温度补偿片连接阵列波导光栅芯片所在的活动基板的一部分大多处于悬空状态，悬空部分所有受力由温度补偿杆或温度补偿片承受，使温度补偿杆或温度补偿片易发生变形，且易受到外部振动、冲击影响，使对光位置发生变化，结构稳定性差。3.机械结构复杂，高温烘烤和高低温循环后易失效。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种可以不需重新对光耦合且结构稳定性好的阵列波导光栅波分复用器。
一种阵列波导光栅波分复用器，包括基板、伸缩部、支撑部和阵列波导光栅芯片，所述伸缩部随着温度变化而伸缩；
所述阵列波导光栅芯片贴于所述基板上，所述基板和所述阵列波导光栅芯片分别被切割，所述基板被切割分成第一基板和第二基板，且所述第一基板和第二基板之间形成切割缝，所述阵列波导光栅芯片被切割分离成第一部分芯片和第二部分芯片，所述伸缩部连接所述第一基板和所述第二基板，所述伸缩部与所述切割缝的夹角不等于90°，所述支撑部连接所述第一基板和所述第二基板；
所述伸缩部随着温度变化而伸缩使得所述支撑部产生形变，进而使得所述第一基板和所述第二基板在所述切割缝方向产生相互错位移动、所述第一部分芯片和所述第二部分芯片在所述切割缝方向产生相互错位移动。
在其中一个实施例中，所述阵列波导光栅芯片包括输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导，所述阵列波导光栅芯片被切割缝切割分离具体为：所述输入平板波导或所述输出平板波导被所述切割缝切割分离。
在其中一个实施例中，所述支撑部为两根热膨胀系数一致、细长均匀且相互平行的细杆。
在其中一个实施例中，所述第一基板、所述第二基板和所述两根相互平行的细杆结合形成“工”字型缝隙，其中所述切割缝作为所述“工”字型缝隙的中间的竖向缝隙。
在其中一个实施例中，所述基板和所述支撑部一起为整体结构。
在其中一个实施例中，所述基板材质为金属。
在其中一个实施例中，所述金属为铟瓦合金或科瓦合金。
在其中一个实施例中，所述伸缩杆材质为金属。
在其中一个实施例中，所述金属为铝或铝合金。
上述阵列波导光栅波分复用器，包括用来使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳的支撑部，通过随着温度变化而伸缩的伸缩部来使得支撑部产生切割缝方向的形变，从而使得第一基板和第二基板在切割缝方向产生相互错位移动、第一部分芯片和第二部分芯片在切割缝方向产生相互错位移动。由于支撑部的存在，可以将阵列波导光栅芯片贴在基板上再进行切割，不需要重新对光耦合。支撑部可以支撑阵列波导光栅芯片所在的基板，加强了结构的稳定性，并且使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳。
附图说明
图1为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的示意图；
图2为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的基板、伸缩杆和支撑部的示意图；
图3为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的阵列波导光栅芯片的示意图；
图4为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的第一基板和第二基板在切割缝方向产生相互错位移动的示意图；
图5为本发明阵列波导光栅波分复用器的制作方法一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
一种阵列波导光栅波分复用器，包括基板、伸缩部、支撑部和阵列波导光栅芯片，伸缩部随着温度变化而伸缩。
阵列波导光栅芯片贴于基板上，基板和阵列波导光栅芯片分别被切割，基板被切割分成第一基板和第二基板，且第一基板和第二基板之间形成切割缝，阵列波导光栅芯片被切割分离成第一部分芯片和第二部分芯片，伸缩部连接第一基板和第二基板，伸缩部与切割缝的夹角不等于90°，支撑部连接第一基板和第二基板。
伸缩部随着温度变化而伸缩使得支撑部产生形变，进而使得第一基板和第二基板在切割缝方向产生相互错位移动、第一部分芯片和第二部分芯片在切割缝方向产生相互错位移动。
上述阵列波导光栅波分复用器，包括用来使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳的支撑部，通过随着温度变化而伸缩的伸缩部来使得支撑部产生切割缝方向的形变，从而使得第一基板和第二基板在切割缝方向产生相互错位移动、第一部分芯片和第二部分芯片在切割缝方向产生相互错位移动。由于支撑部的存在，可以将阵列波导光栅芯片贴在基板上再进行切割，不需要重新对光耦合。支撑部可以支撑阵列波导光栅芯片所在的基板，加强了结构的稳定性，并且使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳。
图1为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的示意图，图2为本发明阵列波导光栅波分复用器一个实施例的基板、伸缩杆和支撑部的示意图，请结合图1和图2。
一种阵列波导光栅波分复用器，包括基板100、伸缩杆200、支撑杆300A、支撑杆300B和阵列波导光栅芯片400，伸缩杆200随着温度变化而伸缩。在本实施例中，伸缩杆200为细杆状，在其他实施例中，伸缩杆200还可以做成薄片状。
结合图3，阵列波导光栅芯片400包括输入波导410、输入平板波导420、阵列波导430、输出平板波导440和输出波导450。
基板100为热膨胀系数小的金属材质，优选为铟瓦合金或科瓦合金，在其他实施例中还可以是硅材质、玻璃材质。基板100设有从边缘延伸至基板100内部的开口600，阵列波导光栅芯片400贴于基板100上，基板100和阵列波导光栅芯片400被一条状的切割缝500切割，基板100被切割分成第一基板110和第二基板120，第一基板110和第二基板120之间形成切割缝500，阵列波导光栅芯片400被切割分离成第一部分芯片410和第二部分芯片420。波导光栅芯片400被切割的位置为输入平板波导420，在其他实施例中，还是可以输出平板波导440。
伸缩杆200连接第一基板110和第二基板120，伸缩杆200与条状的切割缝500的夹角不等于90°，优选在0°～30°之间，本实施例中为0°，即伸缩杆200与切割缝500平行。伸缩杆200的材质为热膨胀系数大的金属，例如为铝或铝合金。支撑杆300A和支撑杆300B为两根热膨胀系数一致、细长均匀且相互平行的细杆，第一基板110、第二基板120、支撑杆300A和支撑杆300B一起为整体结构，即都是在同一整板上制作而成。支撑杆300A和支撑杆300B的两端都分别连接第一基板110和第二基板120，支撑杆300A与第一基板110和第二基板120之间形成了第一缝隙500A，支撑杆300B与第一基板110和第二基板120之间形成了第二缝隙500B，支撑杆300A与切割缝500的夹角不为0°，优选为80°～100°，在本实施例中为90°，即支撑杆300A与切割缝500垂直。由第一基板110、第二基板120和两根相互平行的细杆(支撑杆300A和支撑杆300B)结合形成的第一缝隙500A、第二缝隙500B和切割缝500便构成了一个“工”字型的缝隙，其中切割缝500作为“工”字型缝隙的中间的竖向缝隙。
结合图4，当伸缩杆随着温度变化而热胀冷缩时，伸缩杆200随着温度变化而伸缩使得支撑杆300A和支撑杆300B产生形变，进而使得第一基板110和第二基板120在切割缝500方向产生相互错位移动(具体为，第一基板110基本静止而第二基板120平行移动)、第一部分芯片410和第二部分芯片420在切割缝500方向产生相互错位移动。相互错位移动仅限于切割缝500方向，基板100始终处于同一平面。由于相互错位移动都十分细微，所以第一基板110和第二基板120之间的距离(切割缝500的大小)几乎不会变化，从而使第一部分芯片410和第二部分芯片420对接的切口也仅是相互错位平行移动，补偿普通阵列波导光栅芯片400中心波长因温度而产生的变化。
下面提供一种阵列波导光栅波分复用器的制作方法。图5为本发明阵列波导光栅波分复用器的制作方法一个实施例的流程图，请结合图1-5。
一种阵列波导光栅波分复用器的制作方法，包括步骤：
步骤S100：提供具有切割缝500的基板100和阵列波导光栅芯片400。基板100设有从边缘延伸至内部的细缝型开口600，在开口600一侧的基板内上设有与开口300平行的第一缝隙500A和第二缝隙500B，紧挨着第一缝隙500A一侧的基板边缘部分作为第一支撑部(支撑杆300A)，紧挨第二缝隙500B一侧的基板边缘部分作为第二支撑部(支撑杆300B)，第一缝隙500A和第二缝隙500B之间的基板被切割缝500切割分为两部分基板(第一基板110和第二基板120)，第一基板110和第二基板120之间形成切割缝500，切割缝500和第一缝隙500A的夹角不为0°，优选为80°～100°，切割缝500和第一缝隙500A的夹角更优选为90°。
步骤S200：将阵列波导光栅芯片400贴于基板100上，特别地，阵列波导光栅芯片400的一部分贴于第一缝隙500A和第二缝隙500B之间的基板100上。
步骤S300：将阵列波导光栅芯片400沿着切割缝500切割分离为两部分，分离成第一部分芯片410和第二部分芯片420。
步骤S400：使用伸缩部(伸缩杆200)连接开口300两侧的基板，伸缩部(伸缩杆200)随着温度变化而伸缩，伸缩部(伸缩杆200)和切割缝500的夹角为不等于90°的角度。伸缩部(伸缩杆200)和切割缝500的夹角优选为0°～30°的角度，在本实施例中为0°。当然，步骤S400也可以在步骤S200之前，即可以先安装伸缩部再贴上阵列波导光栅芯片400。
上述阵列波导光栅波分复用器及其制作方法，包括用来使阵列波导光栅芯片被分离的两部分芯片(第一部分芯片410和第二部分芯片420)在相对移动时更平稳的支撑部(支撑杆300A和支撑杆300B)，通过随着温度变化而伸缩的伸缩部(伸缩杆200)来使得支撑部产生切割缝500方向的形变，从而使得第一基板110和第二基板120在切割缝500方向产生相互错位移动、第一部分芯片410和第二部分芯片420在切割缝500方向产生相互错位移动，补偿普通阵列波导光栅芯片400中心波长因温度而产生的变化。由于支撑部的存在，可以将阵列波导光栅芯片400贴在基板100上再进行切割，不需要重新对光耦合。支撑部可以支撑第二部分芯片420所在的活动基板(第二基板120)，使加强了结构的稳定性，并且使阵列波导光栅芯片400被分离的两部分芯片在相对移动时更平稳。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，包括基板、伸缩部、支撑部和阵列波导光栅芯片，所述伸缩部随着温度变化而伸缩；
所述阵列波导光栅芯片贴于所述基板上，所述基板和所述阵列波导光栅芯片分别被切割，所述基板被切割分成第一基板和第二基板，且所述第一基板和第二基板之间形成切割缝，所述阵列波导光栅芯片被所述切割缝切割分离成第一部分芯片和第二部分芯片，所述伸缩部连接所述第一基板和所述第二基板，所述伸缩部与所述切割缝的夹角不等于90°，所述支撑部连接所述第一基板和所述第二基板；
所述伸缩部随着温度变化而伸缩使得所述支撑部产生形变，进而使得所述第一基板和所述第二基板在所述切割缝方向产生相互错位移动、所述第一部分芯片和所述第二部分芯片在所述切割缝方向产生相互错位移动；所述支撑部为两根热膨胀系数一致、细长均匀且相互平行的细杆。
2.根据权利要求1所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述阵列波导光栅芯片包括输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导，所述阵列波导光栅芯片被切割缝切割分离具体为：所述输入平板波导或所述输出平板波导被所述切割缝切割分离。
3.根据权利要求1所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述第一基板、所述第二基板和所述两根相互平行的细杆结合形成“工”字型缝隙，其中所述切割缝作为所述“工”字型缝隙的中间的竖向缝隙。
4.根据权利要求1所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述基板和所述支撑部一起为整体结构。
5.根据权利要求1所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述基板材质为金属。
6.根据权利要求5所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述金属为铟瓦合金或科瓦合金。
7.根据权利要求1所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述伸缩杆材质为金属。
8.根据权利要求7所述的阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，所述金属为铝或铝合金。
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