CN109682470A - 宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 - Google Patents
宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109682470A CN109682470A CN201811562091.2A CN201811562091A CN109682470A CN 109682470 A CN109682470 A CN 109682470A CN 201811562091 A CN201811562091 A CN 201811562091A CN 109682470 A CN109682470 A CN 109682470A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- waveguide
- splitting
- mzi
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 230000005311 nuclear magnetism Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0291—Housings; Spectrometer accessories; Spatial arrangement of elements, e.g. folded path arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
Abstract
一种宽光谱高分辨率波导分光芯片结构，包括级联MZI波导宽谱分光模块，用于将输入光进行宽光谱预分光，并将输出的多路预分光传输至阵列波导分光模块；阵列波导分光模块，用于将级联MZI波导分光模块的输出的多路预分光进行精细分光，输出更多路窄带宽的光波；调相模块，用于对所述阵列波导分光模块进行调相，调制所述阵列波导分光模块输出的中心波长。本发明将具有较宽带宽的级联MZI结构和较高分辨率的AWG结构相结合，在实现较大光谱范围的同时可实现较高的光谱分辨率，引入光谱差分分析技术，可进一步提高光谱分辨率，可基于成熟的硅光工艺进行批量生产，实现低成本制作。
Description
技术领域
本发明涉及波导光谱分析器件领域，具体而言，涉及一种基于级联MZI技术、AWG技术和调相技术的波导集成的分光芯片结构。
背景技术
光谱分析技术作为一种重要的光探测感知手段，可广泛应用于食品物质成分检测、气体检测、生物医学应用等众多领域。相较于传统的化学滴定、色谱、质谱以及核磁等方案有着预处理复杂、样品难以循环使用、大多需要使用有毒溶剂辅助等缺陷，而光谱检测具有非接触、无损、实时检测的优势。基于此优势，光谱检测技术具有较大的市场应用潜力和广阔的应用前景。传统的光谱检测技术是基于分立的光机元器件，仪器体积庞大，虽精度较高，但造价昂贵(几十万-上百万)，灵活性差，限制了此种光谱仪只能在实验室、物品检验室中使用，难以进入市场直接为消费者服务。
微型光谱分光技术，通过紧凑的光路设计和新型的加工工艺将传统光谱仪的体积、重量和价格大大降低。虽然微型光谱仪可测量的光谱范围和光谱分辨率相较于传统大型的光谱仪而言，有所降低，但是针对特定范围内的用途已足够。芯片级光谱分光技术，是利用微纳加工工艺将将光谱仪的体积和重量进一步减小，产品小而薄。芯片级的光谱分析技术不仅改变了光谱仪的结构形态，也改变了其应用场景，使其可直接被集成在智能手机和设计好的移动产品等微小平台上，直接服务于消费者。
目前，芯片级光谱分光技术的实现方式主要有微环谐振结构、马赫曾德尔干涉仪结构(MZI)、阶梯光栅(EDG)、阵列波导光栅(AWG)等结构。微环谐振结构的分光器件分光的带宽较窄，无法直接应用。并联的MZI结构可以实现较宽的光谱带宽，但如果同时实现较高的分辨率时，则需要较大的阵列数，整个分光器件的版图面积将会十分之大，实际加工工艺较难实现。EDG结构和AWG结构的通道数扩展性较强，适用于多通道的光谱分光，可实现较窄的谱带范围内的高光谱分辨率。但EDG结构是在平板波导的边缘处刻蚀阶梯光栅，其相位差产生在平板波导内，由于工艺的限制，无法保证刻蚀侧壁的垂直度，则会在光栅槽面反射后激发出高阶模，从而产生较严重的串扰。AWG结构具有较好的波长特性，重复性和稳定性较高，且便于集成。
实际中，可应用的光谱分光芯片需要同时满足较宽的光谱范围和较高的光谱分辨率，以上单个器件都无法满足此种应用需求，因此如何实现宽带宽、高分辨率的光谱分光成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种宽谱带高分辨率波导分光芯片，同时可实现较大的光谱范围和较高的光谱分辨率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种宽光谱高分辨率波导分光芯片结构，其特征在于：
包括级联MZI波导宽谱分光模块，阵列波导分光模块和调相模块；
所述级联MZI波导宽谱分光模块，用于将输入光进行宽光谱预分光，并将输出的多路预分光传输至阵列波导分光模块；
所述阵列波导分光模块，用于将级联MZI波导分光模块的输出的多路预分光进行精细分光，输出更多路窄带宽的光波；
调相模块，用于对所述阵列波导分光模块进行调相，调制所述阵列波导分光模块输出的中心波长。
可选的，所述级联MZI波导宽谱分光模块为串并联设计的多级MZI结构，和/或；
所述阵列波导分光模块为多个中心波长不同的阵列波导光栅(AWG)和/或；
所述调相模块，为热光调相模块或载流子色散效应调相模块和/或；
波导分光芯片的波导选用硅材料，聚合物材料或Ⅲ-Ⅴ族材料。
可选的，所述级联MZI波导宽谱分光模块为两级结构，其中第一级MZI结构为单一的MZI结构，用于实现第一级分光，第二级MZI结构为两个并联的MZI结构，第一级分光分出的两束光，传输至并联的第二级MZI结构中。
可选的，所述阵列波导光栅(AWG)为8通道的AWG结构。
可选的，所述调相模块，为热光调相模块，针对AWG结构引入热电极，进行热光调相。
可选的，第一级MZI结构，自由光谱范围为200nm，中心波长为1350nm，用于将输入的带宽为1150nm-1550nm的光进行第一级分光，分光后经耦合器输出为带宽为200nm的两束宽光谱光，并传输至并联的第二级MZI结构中；
第二级MZI结构，自由光谱范围为400nm，用于将第一级MZI结构的两束输出光进行再分光，分光后为带宽为100nm的四束输出光，得到中心波长为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm的四路预分光；
所述多个中心波长不同的8通道的AWG结构为四个8通道AWG结构，中心波长分别为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm，用于将级联MZI波导分光模块的四路带宽为100nm的光进一步分为通道间隔为12.5nm的光；
所述波导分光芯片的波导选用硅材料。
可选的，级联MZI波导分光模块中的MZI结构是由两个方向耦合器和一对光学延迟线构成的，单个MZI结构的自由光谱范围Δλ和两条延迟线的光程差ΔL成反比例的关系：
其中λc为MZI结构的中心波长；
ΔL为MZI结构的两臂的物理臂长差；
ng为波导结构的群折射率，可以表示为：
其中ne为等效折射率。
可选的，每个AWG结构的中心波长λc和自由光谱范围Δλ满足：
其中ΔL‘为AWG结构中阵列波导两相邻波导的长度差；
na为AWG结构的等效折射率；
m为衍射级次；
ng为阵列波导结构的群折射率。
可选的，对于所述热光调相模块，对热电极施加电压，引起温度的变化，当温度变化为ΔT时，引起的AWG结构中心波长的变化表示为：
其中na为AWG结构的等效折射率；
nsi和分别为Si和SiO2的等效折射率。
可选的，AWG结构引入热光调相前，输出的光强为I1，引入热光调相后输出的光强为I2，引入热光调相前后中心波长的偏移量为对光谱分布进行差分计算，表示为：
通过对光谱分布进行差分计算，可实现≤2nm的光谱分辨率。
本发明具有如下优点：
(1)本发明提出了诸如硅基的波导分光芯片结构，将具有较宽带宽的级联MZI结构和较高分辨率的AWG结构相结合，在实现较大光谱范围的同时可实现较高的光谱分辨率。
(2)本发明提出使用调相技术，特别是热光调相技术对AWG结构的通道间光程差进行调整，引入光谱差分分析技术，可进一步提高光谱分辨率。
(3)本发明的波导分光芯片可基于成熟的硅光工艺进行批量生产，降低制作生产成本。
附图说明
图1是根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片结构的架构原理图；
图2是根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片结构的结构设计图；
图3是根据本发明具体实施例的级联MZI的结构设计图；
图4是根据本发明具体实施例的级联MZI分光效果仿真结果图；
图5是根据本发明具体实施例的中心波长为1500nm的AWG结构设计图；
图6是根据本发明具体实施例的中心波长为1500nm的AWG结构分光效果仿真结果图；
图7是根据本发明具体实施例的AWG结构加上热光调相模块后的结构图；
图8是根据本发明具体实施例的热光调相对中心波长偏移的影响图；
图9是根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片实物图。
图10是根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片光谱范围为1450-1550nm的分光效果测试结果图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、级联MZI波导宽谱分光模块；2、阵列波导分光模块；3、热光调相模块；11、第一级MZI结构；12、第二级MZI结构；21、阵列波导光栅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明综合级联MZI波导宽谱分光技术、阵列波导高分辨率分光技术、基于调相的光谱差分分析技术，例如热光调相技术，利用以上技术设计波导芯片，采用聚合物材料，Ⅲ-Ⅴ族材料或者硅材料加工工艺进行加工，构建宽谱带高分辨率波导分光芯片，优选采用硅基的方式。
在本发明中，耦合至波导分光芯片中的宽光谱输入光，首先经级联MZI波导宽谱分光模块进行光谱宽带的预分光，将输入光进行粗分，然后经过高分辨率的阵列波导模块进行各光谱谱带内的高分辨率光谱分光；在阵列波导分光单元中引入调相模块，例如热调相模块，得到不同光程差下的光谱信息，进一步的可通过光谱差分分析获得更为精细的光谱信息，从而实现宽光谱范围、高分辨率的光谱分光。
参见图1示出了根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片系统架构原理图，图2示出了根据本发明具体实施例的宽谱带高分辨率波导分光芯片的结构图。
一种宽谱带高分辨率波导分光芯片结构，包括级联MZI波导宽谱分光模块1，高分辨率的阵列波导分光模块2和调相模块3；
所述级联MZI波导宽谱分光模块1，用于将输入光进行宽光谱预分光，并将输出的多路预分光传输至高分辨率的阵列波导分光模块2；
所述阵列波导分光模块2，用于将级联MZI波导分光模块的输出的多路预分光进行精细分光，输出更多路窄带宽的光波；
调相模块3，用于对所述阵列波导分光模块进行调相，调制所述阵列波导分光模块输出的中心波长，从而实现更高分辨率的光谱分光，进一步的，可以用于进行光谱差分分析。
因此，本发明在单一的芯片结构上引入级联MZI波导宽谱分光模块、高分辨率的阵列波导分光模块，通过两级分光的方式，将粗分光与精细分光结合，输出多路窄带宽的光波，并进一步利用调相技术，对某一路输出光波的中心波长进行偏移，得到更为精细的光谱信息，从而实现宽光谱范围、高分辨率的光谱分光。
对于级联MZI波导宽谱分光模块1，由于MZI结构适用于宽光谱分光，因此采用MZI结构来实现芯片的宽光谱预分光功能。单个的MZI结构无法满足芯片的分光需求，需要对MZI结构进行串、并联设计，采用串并联设计的多级MZI结构。通过设计调整MZI两条延迟线的光程差以及耦合器的耦合系数等参数，可实现所需的带宽的光谱输出。
参见图2、图3，示出了级联MZI波导宽谱分光模块的具体形式。
在一个可选的实施例中，所述级联MZI波导宽谱分光模块为两级结构，其中第一级MZI结构11为单一的MZI结构，用于实现第一级分光，第二级MZI结构12为两个并联的MZI结构，第一级分光分出的两束光，传输至并联的第二级MZI结构12中。
本发明不局限于两级结构，也可以采用串并联设计的三级以上的MZI结构，用于将输入的宽光谱进行预分光。
例如，输入光的光谱范围为1150nm-1550nm,第一级MZI结构11，自由光谱范围为200nm，中心波长为1350nm，用于将输入的带宽为1150nm-1550nm的光进行第一级分光，分光后经耦合器输出为带宽为200nm的两束宽光谱光，并传输至并联的第二级MZI结构12中；
第二级MZI结构12，自由光谱范围为400nm，用于将第一级MZI结构11的两束输出光进行再分光，分光后为带宽为100nm的四束输出光，得到中心波长为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm的四路预分光。
级联MZI波导分光模块中的MZI结构是由两个方向耦合器和一对光学延迟线构成的，单个MZI结构的自由光谱范围Δλ和两条延迟线的光程差ΔL成反比例的关系：
其中λc为MZI结构的中心波长；
ΔL为MZI结构的两臂的物理臂长差；
ng为波导结构的群折射率，可以表示为：
其中ne为等效折射率。通过选取中心波长λc和MZI结构两臂的臂长差ΔL，可设计MZI结构满足输出需求。参见图4，示出了级联MZI波导宽光谱分光模块的仿真输出结果。
可选的，对于阵列波导分光模块2，参见图1和图2，可以采用多个中心波长不同的阵列波导光栅21(AWG)，用于将所述级联MZI波导宽谱分光模块输出的多路预分光路进行进一步分光，输出更多路的窄带宽的光波。
在一个可选的实施例中，对于将级联MZI波导分光模块输出的带宽为100nm的光采用多个中心波长不同的8通道的AWG结构，分别针对中心波长为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm的四路预分光，通过四个8通道AWG结构21，分别是中心波长为1200nm的8通道AWG结构21、中心波长为1300nm的8通道AWG结构21、中心波长为1400nm的8通道AWG结构21、中心波长为1500nm的8通道AWG结构21，用于将级联MZI波导分光模块的四路带宽为100nm的光进一步精细分光，得到通道间隔为12.5nm的光谱，合计32路光输出。
每个AWG结构的中心波长λc和自由光谱范围Δλ满足：
其中ΔL‘为AWG结构中阵列波导两相邻波导的长度差；
na为AWG结构的等效折射率；
m为衍射级次；
ng为阵列波导结构的群折射率。
以中心波长为1500nm的8通道AWG结构为例，将级联MZI波导分光模块第4个通道输出的1450nm-1550nm的光进一步细分为通道间隔为12.5nm的光。参见图5，示出了中心波长为1500nm的8通道AWG的结构设计图。参见图6，示出了中心波长为1500nm的8通道AWG的分光效果的仿真结果图。
对于所述调相模块，可以采用热光调相模块，但也可以采用载流子色散效应调相模块，优选为热光调相模块，其损耗更低。
参见图1和图2，所述热光调相模块，针对AWG结构引入热电极，进行热光调相。引入热光调相后，热光效应会引起材料折射率的改变，进而使AWG结构的中心波长发生偏移。
进一步的，通过采集中心波长偏移前后AWG输出的光强分布，可以进行光谱分布的差分计算，进而实现光谱分辨率的提升。
参见图7，示出了AWG结构加入热电极后的结构图。
对热电极施加电压，引起温度的变化，当温度变化为ΔT时，引起的AWG结构中心波长的变化可以表示为：
其中na为AWG结构的等效折射率；
nsi和分别为Si和SiO2的等效折射率。参见图8，示出了热电极上施加的电压在0-20V之间变化时，对应的中心波长的偏移量在0-0.8nm。
AWG结构引入热光调相前，输出的光强为I1，引入热光调相后输出的光强为I2，引入热光调相前后中心波长的偏移量为对光谱分布进行差分计算，表示为：
通过对光谱分布进行差分计算，可实现≤2nm的光谱分辨率。
本发明的波导分光芯片，波导可以选用硅材料，聚合物材料，Ⅲ-Ⅴ族材料等，并且掺杂多种材料实现波导低损耗传输和特定光谱段滤波效果。优选为硅材料。
在一个具体的实施例中，波导分光芯片采用硅光加工工艺，图9示出了宽谱带高分辨率硅基波导分光芯片实物图，图10示出了硅基波导分光芯片在光谱范围为1450-1550nm的分光效果测试结果图。
本发明具有如下优点：
(1)本发明提出了诸如硅基的波导分光芯片，将具有较宽带宽的级联MZI结构和较高分辨率的AWG结构相结合，在实现较大光谱范围的同时可实现较高的光谱分辨率。
(2)本发明提出使用调相技术，特别是热光调相技术对AWG结构的通道间光程差进行调整，引入光谱差分分析技术，可进一步提高光谱分辨率。
(3)本发明的波导分光芯片可基于成熟的硅光工艺进行批量生产，降低制作生产成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (10)
1.一种宽光谱高分辨率波导分光芯片结构，其特征在于：
包括级联MZI波导宽谱分光模块，阵列波导分光模块和调相模块；
所述级联MZI波导宽谱分光模块，用于将输入光进行宽光谱预分光，并将输出的多路预分光传输至阵列波导分光模块；
所述阵列波导分光模块，用于将级联MZI波导分光模块的输出的多路预分光进行精细分光，输出更多路窄带宽的光波；
调相模块，用于对所述阵列波导分光模块进行调相，调制所述阵列波导分光模块输出的中心波长。
2.根据权利要求1所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
所述级联MZI波导宽谱分光模块为串并联设计的多级MZI结构，和/或；
所述阵列波导分光模块为多个中心波长不同的阵列波导光栅(AWG)和/或；
所述调相模块，为热光调相模块或载流子色散效应调相模块和/或；
波导分光芯片的波导选用硅材料，聚合物材料或Ⅲ-Ⅴ族材料。
3.根据权利要求2所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
所述级联MZI波导宽谱分光模块为两级结构，其中第一级MZI结构为单一的MZI结构，用于实现第一级分光，第二级MZI结构为两个并联的MZI结构，第一级分光分出的两束光，传输至并联的第二级MZI结构中。
4.根据权利要求3所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
所述阵列波导光栅(AWG)为8通道的AWG结构。
5.根据权利要求4所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
所述调相模块，为热光调相模块，针对AWG结构引入热电极，进行热光调相。
6.根据权利要求5所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
所述级联MZI波导宽谱分光模块中，第一级MZI结构，自由光谱范围为200nm，中心波长为1350nm，用于将输入的带宽为1150nm-1550nm的光进行第一级分光，分光后经耦合器输出为带宽为200nm的两束宽光谱光，并传输至并联的第二级MZI结构中；
第二级MZI结构，自由光谱范围为400nm，用于将第一级MZI结构的两束输出光进行再分光，分光后为带宽为100nm的四束输出光，得到中心波长为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm的四路预分光；
所述多个中心波长不同的8通道的AWG结构为四个8通道AWG结构，中心波长分别为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm，用于将级联MZI波导分光模块的四路带宽为100nm的光进一步分为通道间隔为12.5nm的光；
所述波导分光芯片的波导选用硅材料。
7.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
级联MZI波导分光模块中的MZI结构是由两个方向耦合器和一对光学延迟线构成的，单个MZI结构的自由光谱范围Δλ和两条延迟线的光程差ΔL成反比例的关系：
其中λc为MZI结构的中心波长；
ΔL为MZI结构的两臂的物理臂长差；
ng为波导结构的群折射率，可以表示为：
其中ne为等效折射率。
8.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
每个AWG结构的中心波长λc和自由光谱范围Δλ满足：
其中ΔL‘为AWG结构中阵列波导两相邻波导的长度差；
na为AWG结构的等效折射率；
m为衍射级次；
ng为阵列波导结构的群折射率。
9.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
对于所述热光调相模块，对热电极施加电压，引起温度的变化，当温度变化为ΔT时，引起的AWG结构中心波长的变化表示为：
其中na为AWG结构的等效折射率；
nsi和分别为Si和SiO2的等效折射率。
10.根据权利要求1所述的波导分光芯片结构，其特征在于：
AWG结构引入热光调相前，输出的光强为I1，引入热光调相后输出的光强为I2，引入热光调相前后中心波长的偏移量为对光谱分布进行差分计算，表示为：
通过对光谱分布进行差分计算，可实现≤2nm的光谱分辨率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811562091.2A CN109682470B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811562091.2A CN109682470B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109682470A true CN109682470A (zh) | 2019-04-26 |
| CN109682470B CN109682470B (zh) | 2021-08-24 |
Family
ID=66187964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811562091.2A Active CN109682470B (zh) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109682470B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110308565A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-10-08 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种宽光谱声光调制空间光模糊剥离系统及方法 |
| CN112985604A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-06-18 | 中国电子科技集团公司信息科学研究院 | 光谱分析仪误差校正方法及系统 |
| US11327226B2 (en) * | 2019-04-22 | 2022-05-10 | California Institute Of Technology | Integrated photonics long-distance sensing system |
| CN115165102A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-10-11 | 之江实验室 | 一种大带宽高分辨率紧凑型的片上光谱仪及检测方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1387628A (zh) * | 1999-11-01 | 2002-12-25 | 阿尔卡塔尔光电子英国有限公司 | 具有平坦化通带的相位器 |
| JP2004077859A (ja) * | 2002-08-20 | 2004-03-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波回路の製造方法 |
| CN101021601A (zh) * | 2006-12-05 | 2007-08-22 | 东南大学 | 基于阵列波导光栅结构的聚合物波导光开关阵列 |
| JP2010054624A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長可変フィルタおよびそれを用いた光信号モニタ |
| CN102313925A (zh) * | 2010-07-02 | 2012-01-11 | 古河电气工业株式会社 | 波长复用器/解复用器及其制造方法 |
-
2018
- 2018-12-20 CN CN201811562091.2A patent/CN109682470B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1387628A (zh) * | 1999-11-01 | 2002-12-25 | 阿尔卡塔尔光电子英国有限公司 | 具有平坦化通带的相位器 |
| JP2004077859A (ja) * | 2002-08-20 | 2004-03-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波回路の製造方法 |
| CN101021601A (zh) * | 2006-12-05 | 2007-08-22 | 东南大学 | 基于阵列波导光栅结构的聚合物波导光开关阵列 |
| JP2010054624A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長可変フィルタおよびそれを用いた光信号モニタ |
| CN102313925A (zh) * | 2010-07-02 | 2012-01-11 | 古河电气工业株式会社 | 波长复用器/解复用器及其制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SEOK-HWAN JEONG等: "《Flat-topped and low loss silicon-nanowire-type optical MUX/DeMUX employing multi-stage microring resonator assisted delayed Mach-Zehnder interferometers》", 《OPTICS EXPRESS》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11327226B2 (en) * | 2019-04-22 | 2022-05-10 | California Institute Of Technology | Integrated photonics long-distance sensing system |
| CN110308565A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-10-08 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种宽光谱声光调制空间光模糊剥离系统及方法 |
| CN110308565B (zh) * | 2019-06-24 | 2021-08-10 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种宽光谱声光调制空间光模糊剥离系统及方法 |
| CN112985604A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-06-18 | 中国电子科技集团公司信息科学研究院 | 光谱分析仪误差校正方法及系统 |
| CN115165102A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-10-11 | 之江实验室 | 一种大带宽高分辨率紧凑型的片上光谱仪及检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109682470B (zh) | 2021-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109682470A (zh) | 宽光谱高分辨率波导分光芯片结构 | |
| US10852190B2 (en) | Apparatus, systems, and methods for on-chip spectroscopy using optical switches | |
| Subramanian et al. | Silicon and silicon nitride photonic circuits for spectroscopic sensing on-a-chip | |
| Wörhoff et al. | TriPleX: a versatile dielectric photonic platform | |
| Calafiore et al. | Holographic planar lightwave circuit for on-chip spectroscopy | |
| US20220187129A1 (en) | Silicon fourier transform spectrometer and optical spectrum reconstruction method | |
| Momeni et al. | Planar photonic crystal microspectrometers in silicon-nitride for the visible range | |
| CN109100310B (zh) | 一种超光谱探测微系统 | |
| CN204594579U (zh) | 一种基于微环和阵列波导光栅的片上光谱仪 | |
| CN106482831A (zh) | 一种分光器及其光谱仪 | |
| CN102628893A (zh) | 一种光子集成微波频率测量系统及方法 | |
| WO2010045339A2 (en) | Apparatus for imparting phase shift to input waveform | |
| Micó et al. | Integrated optic sensing spectrometer: Concept and design | |
| CN113701884A (zh) | 基于亚波长结构的宽带滤波型片上光谱/频谱分析系统 | |
| Zou et al. | Temperature self-compensated optical waveguide biosensor based on cascade of ring resonator and arrayed waveguide grating spectrometer | |
| Ji et al. | Design and fabrication of AWG with large bandwidth applied in FBG interrogation system | |
| CN110312918B (zh) | 基于高分辨率集成光学器件的光谱仪 | |
| CN105006739A (zh) | 一种基于毛细管的布里渊散射动态光栅产生装置及方法 | |
| CN111157112A (zh) | 一种大带宽且分辨率可调的微型芯片光谱仪 | |
| Chen et al. | On-chip micro-ring resonator array spectrum detection system based on convex optimization algorithm | |
| CN110044484A (zh) | 一种级联双环增强的傅里叶变换光谱仪 | |
| CN105404071A (zh) | 一种输出无色的宽光谱全光波长转换的方法及装置 | |
| KR19990016060A (ko) | 다파장 채널 투과형 광필터 | |
| CN113189080A (zh) | 一种基于互质调制的多模态硅基芯片检测方法 | |
| CN113484949A (zh) | 一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |