CN111025464A - 一种基于su8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器 - Google Patents

一种基于su8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器 Download PDF

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Abstract

本发明属于光通信技术领域,公开了一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,包括输入波导、输出波导、自由传输平板波导区、刻蚀衍射光栅;输入波导、输出波导分别与自由传输平板波导区相连,自由传输平板波导区与刻蚀衍射光栅相连;自由传输平板波导区采用SU8胶制作而成,刻蚀衍射光栅为采用SU8胶制作的闪耀光栅结构。本发明解决了现有技术中刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的加工难度较大、加工成本较高的问题,能够降低工艺难度和加工成本、降低插入损耗。

Description

一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器
技术领域
本发明涉及光通信技术领域,尤其涉及一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器。
背景技术
传统的无电线信号传输无论是在传输速度还是在传输范围都远远不能满足现代通讯的需求,而光信号在光线中的传输大大改善了通信的质量,拓宽了通信的内容,自从1966年高锟博士提出了光纤的概念,光通讯就走入了我们的视野之中。伴随着计算机和网络技术的发展,人类创造的信息量呈指数倍增长,这对通信技术提出了越来越高的要求,因此波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing,WDM)被提出,这是一种提高光通信容量的一种高效途径,具有波分复用功能的光学器件由于能在单根光波导中同时实现多个波长的多路信号传输,是高速、大容量光通信系统中非常重要的器件。
实现波分复用的关键器件是波分复用器和解复用器,目前阵列波导光栅(ArrayWaveguide Gratings,AWG)和刻蚀衍射光栅(Etched Diffraction Gratings,EDG)是最为常见的平面波导集成型密集波分复用/解复用器件。其中,EDG具有更小的器件尺寸,集成度高,适合于实现大通道数、窄通道间隔的波分复用/解复用功能。然而EDG的性能与光栅面的质量紧密联系,对光栅面的制作工艺要求较高,从而对加工工艺提出了挑战。目前一般会在光栅面上镀上金属膜或采用特殊结构(如光子晶体结构)以达到增加反射率的目的,降低损耗,但加工难度较大,加工成本较高。
发明内容
本申请实施例通过提供一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,解决了现有技术中刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的加工难度较大、加工成本较高的问题。
本申请实施例提供一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,包括:输入波导、输出波导、自由传输平板波导区、刻蚀衍射光栅;所述输入波导、所述输出波导分别与所述自由传输平板波导区相连,所述自由传输平板波导区与所述刻蚀衍射光栅相连;所述自由传输平板波导区采用SU8胶制作而成,所述刻蚀衍射光栅为采用SU8胶制作的闪耀光栅结构。
优选的,所述输入波导、所述输出波导均采用SU8胶制作而成。
优选的,所述自由传输平板波导区是通过在基片上涂覆刻蚀所述SU8胶制作而成的,空气包层为上包层。
优选的,所述输入波导、所述输出波导、所述刻蚀衍射光栅均是通过在基片上涂覆刻蚀所述SU8胶制作而成的。
优选的,所述输入波导与所述输出波导均排列在半径为R的罗兰圆上,所述刻蚀衍射光栅排布在半径为2R的圆弧上。
优选的,所述刻蚀衍射光栅用于对入射光进行衍射,使不同波长的光得以分开;
全反射的临界角C满足以下公式:
Figure BDA0002321847160000021
其中,n2为空气折射率,n1为SU8胶的折射率;入射光角度与空气-SU8胶的界面法线夹角大于全反射的临界角C,入射光射入所述刻蚀衍射光栅时,发生全反射。
优选的,衍射过程遵守光栅方程:
neffd(sinθi+sinθd)=mλ
其中,neff为有效折射率,d为光栅周期,θi为入射角,θd为出射角,m为衍射级次,λ为入射光波长。
优选的,所述输入波导在波分复用时输出复用光;所述输入波导在解复用时输入多波长的复用光。
优选的,所述输出波导包括多条波导,在波分复用时输入不同波长的光;所述输出波导在解复用时输出不同波长的光。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
在本申请实施例中,输入波导、输出波导分别与自由传输平板波导区相连,自由传输平板波导区与刻蚀衍射光栅相连;自由传输平板波导区采用SU8胶制作而成,刻蚀衍射光栅为采用SU8胶制作的闪耀光栅结构。本发明采用的SU8胶具有良好的纵宽比,所加工出的器件具有良好的质量,且采用SU8胶作为器件的材料,能够有效降低成本。工作过程中光在SU8胶中传输,可有效避免因空气杂质而产生的损耗。此外,本发明没有采用传统光栅齿面增加反射率的工艺,而是满足在光栅齿面处SU8-空气界面的全反射条件,能够有效降低工艺难度和加工成本,利用全反射原理能够有效提高反射率,降低插入损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一个实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的整体示意图;
图2为在玻璃基底上旋涂SU8胶材料的剖面图;
图3为本发明实施例提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的结构示意图。
其中,1-输入波导、2-输出波导、3-自由传输平板波导区、4-刻蚀衍射光栅、5-SU8胶、6-基片、7-空气包层。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1:
如图1所示,实施例1提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器包括:输入波导1、输出波导2、自由传输平板波导区3和刻蚀衍射光栅4。所述输入波导1与所述输出波导2分别与所述自由传输平板波导区3相连,所述自由传输平板波导区3与所述刻蚀衍射光栅4相连。所述自由传输平板波导区3采用SU8胶5制作而成,所述刻蚀衍射光栅4为采用SU8胶5制作的闪耀光栅结构。
此外,刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器还可以整体制作于所述SU8胶5上。具体的,所述输入波导1、所述输出波导2、所述自由传输平板波导区3和所述刻蚀衍射光栅4均是通过在基片6上涂覆刻蚀所述SU8胶5而成的。
所述输入波导1的材料为所述SU8胶5,在波分复用时输出复用光;在解复用时输入多波长的复用光。所述输出波导2的材料为所述SU8胶5,所述输出波导2包括多条输出波导,在波分复用时输入不同波长的光;在解复用时输出不同波长的光。所述自由传输平板波导区3的材料为所述SU8胶5,光在该区域传输时可以减小因空气介质中的杂质而产生的损耗。所述刻蚀衍射光栅4为采用所述SU8胶5制作的闪耀光栅结构,用于对入射光进行衍射,使不同波长的光得以分开;当入射光以一定角度射入所述刻蚀衍射光栅4时,由于所述SU8胶5的折射率大于外围空气包层,从而发生全反射,降低损耗。
全反射临界角公式为
Figure BDA0002321847160000041
其中,n2为空气的折射率,n1为SU8胶的折射率。
所述SU8胶5具有良好的纵宽比,且便于加工,其折射率大于空气,在一定设计下的角度可以实现光的全反射,是良好的光学材料。
利用实施例1提出的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器对多波长光进行波分复用的过程如下:
通过多根光纤将不同波长的光分别耦合进不同的所述输出波导2,再进过所述自由传输平板波导区3照射到所述刻蚀衍射光栅4,经过其衍射后不同波长的光聚焦于所述输入波导1,多波长复用光从同一根所述输入波导1输出,完成波分复用工作。
利用本发明提供出的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器对多波长复用光进行解复用的过程如下:
光纤将多波长复用光耦合进所述输入波导1,光经过所述输入波导1在所述自由传输平板波导区3传输后,照射在基于闪耀光栅结构的所述刻蚀衍射光栅上4,经过光栅衍射,不同波长的光具有不同的衍射角度,又因为器件基于罗兰圆结构,经过衍射的光分别聚焦在不同且特定的所述输出波导2位置,不同波长的光从不同的所述输出波导2输出,完成解复用工作。
在实施例1的基础上,结合具体的参数,得到实施例2。
实施例2:
实施例2提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器在自由传输平板波导区处的截面图如图2所示,其中,所述基片(例如二氧化硅)6的厚度为550um,其上涂覆一层10um厚的所述SU8胶5,空气包层7为上包层。实施例2提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器所包括的所述输入波导1、所述输出波导2、所述自由传输平板波导区3和所述刻蚀衍射光栅4均是在所述基片6上的所述SU8胶5涂层刻蚀而成的,刻蚀深度10um。入射光波长为1550nm,在此波长下所述SU8胶5的折射率取1.566,由全反射的临界角公式
Figure BDA0002321847160000051
其中,n2为空气的折射率,取值1,n1为SU8胶的折射率,取值1.566,求出全反射的临界角为39.68°,入射光角度与空气-SU8胶的界面法线夹角要大于39.68°,整个衍射过程遵守光栅方程:
neffd(sinθi+sinθd)=mλ
其中,neff为有效折射率,d为光栅周期,θi为入射角,θd为出射角,m为衍射级次,λ为入射光波长。
实施例2提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器基于罗兰圆结构,所述输入波导1与所述输出波导2排列在半径为R的罗兰圆上,所述刻蚀衍射光栅4排布在半径为2R的圆弧上。从所述输入波导1入射的光经过所述刻蚀衍射光栅4的衍射后,会自聚焦在所述输出波导2。采用上述结构可以消除三阶相差,并且带有自聚焦功能,不需要额外加装的透镜。
具体的,实施例2设计了一种中心波长为1550nm,四通道基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其四通道波长分别为1540nm、1550nm、1560nm、1570nm;所述输入波导1与所述输出波导2的深度与宽度尺寸为10um*10um,罗兰圆半径1200um,所述刻蚀衍射光栅4排布在半径为2400um的圆上,衍射级数为5级,光栅入射角度为40°,衍射角度为60°,结构参看图3。
本发明实施例提供的一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用解复用器至少包括如下技术效果:
(1)本发明没有采用传统光栅齿面增加反射率的工艺,而是采用将输入波导与输出波导设计成特定的角度,以满足在光栅齿面处SU8-空气界面的全反射条件,降低了工艺难度和加工成本。
(2)利用全反射原理有效提高了反射率,降低了插入损耗。
(3)工作过程中光在SU8光刻胶材料中传输,避免了因空气杂质而产生的损耗。
(4)SU8光刻胶具有良好的纵宽比,所加工出的器件具有良好的质量。
(5)采用SU8光刻胶作为器件的材料,降低了成本。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,包括:输入波导、输出波导、自由传输平板波导区、刻蚀衍射光栅;所述输入波导、所述输出波导分别与所述自由传输平板波导区相连,所述自由传输平板波导区与所述刻蚀衍射光栅相连;所述自由传输平板波导区采用SU8胶制作而成,所述刻蚀衍射光栅为采用SU8胶制作的闪耀光栅结构。
2.根据权利要求1所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述输入波导、所述输出波导均采用SU8胶制作而成。
3.根据权利要求1所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述自由传输平板波导区是通过在基片上涂覆刻蚀所述SU8胶制作而成的,空气包层为上包层。
4.根据权利要求1所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述输入波导、所述输出波导、所述刻蚀衍射光栅均是通过在基片上涂覆刻蚀所述SU8胶制作而成的。
5.根据权利要求1所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述输入波导与所述输出波导均排列在半径为R的罗兰圆上,所述刻蚀衍射光栅排布在半径为2R的圆弧上。
6.根据权利要求1所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述刻蚀衍射光栅用于对入射光进行衍射,使不同波长的光得以分开;
全反射的临界角C满足以下公式:
Figure FDA0002321847150000011
其中,n2为空气折射率,n1为SU8胶的折射率;入射光角度与空气-SU8胶的界面法线夹角大于全反射的临界角C,入射光射入所述刻蚀衍射光栅时,发生全反射。
7.根据权利要求6所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,衍射过程遵守光栅方程:
neffd(sinθi+sinθd)=mλ
其中,neff为有效折射率,d为光栅周期,θi为入射角,θd为出射角,m为衍射级次,λ为入射光波长。
8.根据权利要求1-7中任一所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述输入波导在波分复用时输出复用光;所述输入波导在解复用时输入多波长的复用光。
9.根据权利要求1-7中任一所述的基于SU8胶的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器,其特征在于,所述输出波导包括多条波导,在波分复用时输入不同波长的光;所述输出波导在解复用时输出不同波长的光。
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