CN111897050A - 一种阵列波导光栅 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种阵列波导光栅，涉及通信技术领域，具有较小的插入损耗。本发明实施例包括：输入信道波导、输入平板波导、第一过渡波导、阵列波导、第二过渡波导、输出平板波导和输出信道波导；其中：输入信道波导与输入平板波导的一端相连；输入平板波导的另一端与阵列波导的一端相连；阵列波导的另一端与输出平板波导的一端相连；输出平板波导的另一端与输出信道波导相连；阵列波导包括多个条形波导，第一过渡波导包括多个条形波导，第二过渡波导包括多个条形波导，阵列波导的一端与第一过渡波导组成网状结构，阵列波导的另一端与第二过渡波导组成网状结构，第一过渡波导、阵列波导和第二过渡波导的高度相同。

Description

一种阵列波导光栅
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别是涉及一种阵列波导光栅。
背景技术
阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是一种典型的波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)器件，具有结构紧凑、可靠性高、易与光放大器结合等特点，在WDM技术中具有广泛的应用。
AWG由输入信道波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出信道波导组成，由于各波导的形状不同，造成模场失配问题，使得光信号在波导之间的连接处传播时，经过折射和散射的变化而导致部分光信号不在波导芯中传播，从而增加了AWG的插入损耗。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种阵列波导光栅，以解决相关技术中AWG的插入损耗高的问题。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种阵列波导光栅，包括：输入信道波导101、输入平板波导102、第一过渡波导103、阵列波导104、第二过渡波导105、输出平板波导106和输出信道波导107；其中：
所述输入信道波导101与所述输入平板波导102的一端相连；
所述输入平板波导102的另一端与所述阵列波导104的一端相连；
所述阵列波导104的另一端与所述输出平板波导106的一端相连；
所述输出平板波导106的另一端与所述输出信道波导107相连；
所述阵列波导104包括多个条形波导，所述第一过渡波导103包括多个条形波导，所述第二过渡波导105包括多个条形波导，所述阵列波导104的一端与所述第一过渡波导103组成网状结构，所述阵列波导104的另一端与所述第二过渡波导105组成网状结构，所述第一过渡波导103、所述阵列波导104和所述第二过渡波导105的高度相同。
可选的，所述第一过渡波导103的长度大于所述阵列波导104的宽度，所述第二过渡波导105的长度大于所述阵列波导104的宽度。
可选的，所述第一过渡波导103包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小；
所述第二过渡波导105包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
可选的，所述第一过渡波导103包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小；
所述第二过渡波导105包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
可选的，所述输入信道波导101、所述第一过渡波导103、所述阵列波导104、所述第二过渡波导105和所述输出信道波导107被第一包层包覆，所述输入信道波导101、所述第一过渡波导103、所述阵列波导104、所述第二过渡波导105、和所述输出信道波导107的折射率与所述第一包层的折射率之间的差值为1.5％。
可选的，所述输入平板波导102和所述输出平板波导106被第二包层包覆，所述输入平板波导102和所述输出平板波导106与所述第二包层的折射率之间的差值为1.5％。
可选的，所述阵列波导104的衍射级数为8-20。
可选的，所述阵列波导104包括的条形波导数量为20-35。
可选的，输入信道波导101、输入平板波导102、所述第一过渡波导103、所述阵列波导104、所述第二过渡波导105、所述输出平板波导106和所述输出信道波导107的厚度相同；
所述输入信道波导101、所述阵列波导104包括的条形波导和所述输出信道波导107的宽度与厚度相同。
可选的，所述第一过渡波导103中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导；
所述第二过渡波导105中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导。
本发明实施例的技术方案至少可以带来以下有益效果：阵列波导的两端都与过渡波导形成了网状结构，即阵列波导与平板波导的连接处存在过渡波导，由于过渡波导能够耦合平板波导以及阵列波导中的光信号，而且过渡波导连接了阵列波导，使得光信号能够更多地在波导中传输，即抑制了光信号由于折射和散射导致而不在波导中传输，与相关技术中AWG相比，具有较小的插入损耗。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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实施例。
图1为本发明实施例提供的一种阵列波导光栅的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种过渡波导的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种过渡波导的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种过渡波导的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种过渡波导的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种插入损耗随过渡波导包括的条形波导宽度变化的折线图；
图7为本发明实施例提供的一种相邻通道串扰随过渡包括的条形波导宽度变化的折线图；
图8为本发明实施例提供的一种插入损耗随过渡波导包括的相邻的条形波导的间距变化的折线图；
图9为本发明实施例提供的一种相邻通道串扰随过渡波导包括的相邻的条形波导的间距变化的折线图；
图10为本发明实施例提供的一种波导的横截面；
图11为本发明实施例提供的另一种阵列波导光栅的结构示意图；
图12为相关技术中的一种过渡波导的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了降低阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)的插入损耗，如图1所示，本发明实施例提供了一种阵列波导光栅，包括：输入信道波导101、输入平板波导102、第一过渡波导103、阵列波导104、第二过渡波导105、输出平板波导106和输出信道波导107；其中：
输入信道波导101与输入平板波导102的一端相连；
输入平板波导102的另一端与阵列波导104的一端相连；
阵列波导104的另一端与输出平板波导106的一端相连；
输出平板波导106的另一端与输出信道波导107相连；
阵列波导104包括多个条形波导，第一过渡波导103包括多个条形波导，第二过渡波导105包括多个条形波导，阵列波导104的一端与第一过渡波导103组成网状结构，阵列波导104的另一端与第二过渡波导105组成网状结构，第一过渡波导103、阵列波导104和第二过渡波导105的高度相同。
在本发明实施例中，如图2所示，第一过渡波导103、阵列波导104和第二过渡波导105的高度相同，因此，第一过渡波导103与阵列波导104交汇处融合在一起，而不是叠加在一起。同理，阵列波导104和第二过渡波导105交汇处融合在一起，而不是叠加在一起。即第一过渡波导103、第二过渡波导105与阵列波导104在同一平面上。
需要说明的是，在图1中，每一条左端连接输入平板波导102，且右端连接输出平板波导106的线条表示阵列波导104中的一个条形波导。第一过渡波导103对应的虚线方框中，每一条与阵列波导104相交的线条表示第一过渡波导103中的一个条形波导。第二过渡波导105对应的虚线方框中，每一条与阵列波导104相交的线条表示第二过渡波导105中的一个条形波导。
本发明实施例的技术方案至少可以带来以下有益效果：阵列波导的两端都与过渡波导形成了网状结构，即阵列波导与平板波导的连接处存在过渡波导，由于过渡波导能够耦合平板波导以及阵列波导中的光信号，而且过渡波导连接了阵列波导，使得光信号能够更多地在波导中传输，即抑制了光信号由于折射和散射导致而不在波导中传输，与相关技术中AWG相比，具有较小的插入损耗。
可选的，输入信道波导101、输入平板波导102、阵列波导104、输出平板波导106和输出信道波导的信道中心波长均为：1271纳米(nm)、1291nm、1311nm和1331nm，信道中心波长间隔为20nm。
在本发明实施例中，第一过渡波导103的长度大于阵列波导104的宽度，第二过渡波导105的长度大于阵列波导104的宽度。
其中，结合图1，阵列波导104的宽度指的是：阵列波导104中的各条形波导的整体宽度。即第一过渡波导103需要与阵列波导104中的每个条形波导相交，第二过渡波导105需要与阵列波导104中的每个条形波导相交。
本发明实施例的技术方案还可以带来以下有益效果：由于过渡波导的长度大于阵列波导的宽度，能够更大程度地耦合光信号，使得光信号在波导中传输，与相关技术中AWG相比，具有较小的插入损耗。
在本发明实施例中，第一过渡波导103中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导。第二过渡波导105中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导。条形波导也可以为其他形状，本发明实施例对条形波导的形状不作具体限定。
可选的，过渡波导中的条形波导数量为10～40。
在本发明实施例中，过渡波导包括的条形波导的宽度可以根据不同类型的AWG、不同的工作波长、不同的工艺条件灵活调整。
可选的，第一过渡波导103包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小；第二过渡波导105包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
结合图1，第一过渡波导103包括的各条形波导的宽度依次增大指的是：各条形波导的宽度按照与输入平板波导102之间的距离增大而依次增大，即条形波导与输入平板波导102之间的距离越大，宽度越大。第一过渡波导103包括的各条形波导的宽度依次减小指的是：各条形波导的宽度按照与输入平板波导102之间的距离增大而依次减小，即条形波导与输入平板波导102之间的距离越大，宽度越小。
第二过渡波导105包括的各条形波导的宽度依次增大指的是：各条形波导的宽度按照与输出平板波导106之间的距离增大而依次增大，即条形波导与输出平板波导106之间的距离越大，宽度越大。第二过渡波导105包括的各条形波导的宽度依次减小指的是：各条形波导的宽度按照与输出平板波导106之间的距离增大而依次减小，即条形波导与输出平板波导106之间的距离越大，宽度越小。
在本发明实施例中，过渡波导包括的相邻的条形波导的间距可以根据不同类型的AWG、不同的工作波长、不同的加工条件进行灵活设置。可选的，相邻的条形波导的间距指的是：相邻的条形波导的中线之间的距离。
可选的，第一过渡波导103包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。第二过渡波导105包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
结合图1，第一过渡波导103包括的相邻的条形波导的间距依次增大指的是：相邻的条形波导的间距按照与输入平板波导102之间的距离增大而依次增大，即与输入平板波导102之间的距离越大，间距越大。第一过渡波导103包括的相邻的条形波导的间距依次减小指的是：相邻的条形波导的间距按照与输入平板波导102之间的距离增大而依次减小，即与输入平板波导102之间的距离越大，间距越小。
第二过渡波导105包括的相邻的条形波导的间距依次增大指的是：相邻的条形波导的间距按照与输出平板波导106之间的距离增大而依次增大，即与输出平板波导106之间的距离越大，间距越大。第二过渡波导105包括的相邻的条形波导的间距依次减小指的是：相邻的条形波导的间距按照与输出平板波导106之间的距离增大而依次减小，即与输出平板波导106之间的距离越大，间距越小。
基于此，以下给出4种过渡波导中的各条形波导的宽度，以及相邻的条形波导的间距的设计方案。在以下四种方案中，平板波导可以是输入平板波导102，过渡波导可以是第一过渡波导103。或者，平板波导可以是输出平板波导106，过渡波导可以是第二过渡波导105。
方案一：如图2所示，d表示过渡波导包括的相邻的条形波导的间距，WT表示过渡波导包括的条形波导的宽度。方案一中，过渡波导包括的各条形波导的宽度WT相等，过渡波导包括的相邻的条形波导的间距d相等。
方案二：如图3所示，d表示过渡波导包括的相邻的条形波导的间距，WT表示过渡波导中的条形波导的宽度。方案二中，过渡波导包括的各条形波导的宽度WT随着与平板波导之间的距离增大而依次减小，过渡波导包括的相邻的条形波导的间距d相等。
方案三：如图4所示，d表示过渡波导包括的相邻的条形波导的间距，WT表示过渡波导包括的条形波导的宽度。方案三中，过渡波导包括的各条形波导的宽度WT相等，过渡波导包括的相邻的条形波导的间距d随着与平板波导之间的距离增大而依次增大。
方案四：如图5所示，d表示过渡波导包括的相邻的条形波导的间距，WT表示过渡波导中的条形波导的宽度。方案四中，过渡波导包括的各条形波导的宽度WT随着与平板波导之间的距离增大而依次减小，过渡波导包括的相邻的条形波导的间距d随着与平板波导之间的距离增大而依次增大。
本发明实施例的技术方案至少可以带来以下有益效果：由于过渡波导中的条形波导的宽度，和相邻的条形波导的间距可以灵活设置，提高了过渡波导的多样性，使得本发明实施例提供的阵列波导光栅的应用范围更广。
以下通过实验结果给出过渡波导包括的条形波导的优选宽度，以及过渡波导包括的相邻的条形波导的优选间距。
图6中的直线表示无过渡波导的AWG的插入损耗，带方形的折线表示过渡波导包括的条形波导在不同的宽度下，AWG的插入损耗。
从图6中可以看出，过渡波导可以有效地降低AWG的插入损耗。当过渡波导包括的条形波导的宽度WT为6～16微米(μm)时，光在过渡波导中的衍射角较小，光功率泄漏也较小。当过渡波导包括的条形波导的宽度为8μm时，插入损耗减少了0.8分贝(decibel，dB)左右。但随着过渡波导宽度的增加，插入损耗并没有显著提高。
图7中的直线表示无过渡波导的AWG相邻通道的串扰，带圆形的折线表示过渡波导包括的条形波导在不同的宽度下，AWG相邻通道的串扰。其中，相邻通道指的是输出信道波导107包括的相邻的通道。例如，图1中输出信道波导107包括4个通道。
从图7中可以看出，随着过渡波导包括的条形波导的宽度的增加，相邻通道串扰在16μm附近达到最小值，与无过渡波导的AWG的相邻通道串扰相比，降低了3dB左右。为了减少AWG的插入损耗和相邻通道的串扰，在本发明实施例中，优选地将过渡波导包括的条形波导的宽度限制在8～16μm。
图8中的直线表示无过渡波导的AWG的插入损耗，带方形的折线表示过渡波导中相邻的条形波导在不同的间距下，AWG的插入损耗。
由于波导之间的耦合与相邻波导的间距有关，因此可以改变过渡波导中相邻的条形波导的间距来减少插入损耗和相邻通道的串扰。将过渡波导包括的条形波导的宽度设置为13μm后，如图8所示，当过渡波导包括的相邻的条形波导的间距d为8～14μm时，AWG的插入损耗较低，与无过渡波导的AWG的插入损耗相比，降低了0.5dB左右，可以看出此时光信号通过过渡波导可以产生更好的衍射。
图9中的直线表示无过渡波导的AWG相邻通道的串扰，带圆形的折线表示过渡波导中相邻的条形波导在不同的间距下，AWG相邻通道的串扰。其中，相邻通道指的是输出信道波导107包括的相邻的通道。
将过渡波导包括的条形波导的宽度设置为13μm后，如图9所示，当过渡波导中相邻的条形波导的间距为8～14μm时，相邻通道的串扰较低，与无过渡波导的AWG的相邻通道串扰相比，降低了2.5dB左右。为了减少AWG的插入损耗和相邻通道的串扰，在本发明实施例中，优选地将过渡波导中相邻的条形波导的间距限制在8～14μm。
在本发明实施例中，输入信道波导101、第一过渡波导103、阵列波导104、第二过渡波导105和输出信道波导107被第一包层包覆，输入信道波导101、第一过渡波导103、阵列波导104、第二过渡波导105和输出信道波导107的折射率与第一包层的折射率之间的差值为1.5％。
在本发明实施例中，输入平板波导102和输出平板波导106被第二包层包覆，输入平板波导102和输出平板波导106与第二包层的折射率之间的差值为1.5％。
AWG的尺寸和插入损耗与波导芯和包层的相对折射率差Δn的选取有关。根据表1，当Δn较低时，选取的波导芯尺寸和弯曲半径较大，但传输损耗较小；当Δn较高时，选取的波导芯尺寸和弯曲半径较小，但传输损耗较大。因此，为了保证传输损耗在相对合理的范围内，以及考虑到小型器件更有利于器件的集成和应用，在本发明实施例中，优选地设置波导芯和包层的相对折射率差Δn＝1.5％。
表1
Δn(％) 0.3 0.45 0.75 1.5～2.0
波导芯尺寸(μm) 8×8 7×7 6×6 4.5×4.5～3×3
弯曲半径(μm) 25 15 5 2
传输损耗(dB/cm) <0.01 0.02 0.04 0.07
其中，波导芯尺寸指的是宽度×厚度。
示例性的，波导芯以及包层的材料都可以是二氧化硅。
本发明实施例中，波导芯和包层的材料都是二氧化硅，由于二氧化硅具有成本低，稳定性高的特点，使得本发明实施例提供的阵列波导光栅的生产成本低。
而且包层的相对折射率小于波导芯，抑制了光信号在包层传输，使得光信号可以更多的在波导芯中传输。
由于阵列波导104包括的条形波导数量的增加，会使阵列波导104所接收到的光功率变大，从而降低AWG的插入损耗。而且，阵列波导104包括的条形波导数量的增加，还会抑制衍射远场的次峰，从而降低AWG的相邻通道串扰。因此，本发明实施例为了减小通道串扰和插入损耗的影响，可以设置阵列波导104包括的条形波导数量较大。因此，在本发明实施例中，优选地设置阵列波导包括的条形波导数量为20-35。
在本发明实施例中，选取AWG中的波导结构均为对称波导，由于当波导芯宽度和厚度尺寸不一致时，会带来双折射影响，因此，为了减少双折射影响，可以设置输入信道波导101、输入平板波导102、第一过渡波导103、阵列波导104、第二过渡波导105、输出平板波导106和输出信道波导107的厚度相同，且设置输入信道波导101、阵列波导104包括的条形波导和输出信道波导107的宽度与厚度相同。
其中，信道波导的宽度与厚度相同指的是信道波导包括的每一信道的宽度与厚度相同。
可选的，如图10所示，图10为矩形波导和包层的横截面，其中，矩形波导可以是输入信道波导101、输出信道波导107、第一过渡波导103包括的条形波导、第二过渡波导105包括的条形波导或者阵列波导104包括的条形波导。芯层n1为矩形波导，包层n2为包覆矩形波导的包层。
可以设置输入信道波导101、输出信道波导107、阵列波导104为宽度和厚度均为4.5μm的埋入型波导。
为了使本发明实施例提供的阵列波动光栅小型化，阵列波导104包括的条形波导的排列间距对减小器件尺寸有着至关重要的影响。由于本发明实施例中阵列波导104包括的条形波导数量稍多，若阵列波导104包括的相邻的条形波导间距过大，则会导致平板波导尺寸过大，从而增加了整个器件的尺寸；但若阵列波导104包括的相邻的条形波导间距过小，阵列波导包括的条形波导之间的耦合会引起相位误差，同样会增大器件的插入损耗和相邻通道串扰。综合考虑，在本发明实施例中，优选地将阵列波导104包括的相邻的条形波导间距设置在5～10μm。
如图11所示，本发明实施例提供的阵列波导光栅的输入信道波导101和输出信道波导107包括的通道较少，可以在输入信道波导101和输入平板波导102连接处、输出信道波导107和输出平板波导106连接处，选择用锥形波导进行耦合，以使通过信道波导和平板波导的光过渡连续。由于波导边缘存在指数衰减的光场，光场向外延伸会与邻近波导的模场部分重叠，导致光场的信号被耦合进相邻近的波导中，发生耦合。对于输出信道波导107包括的各个通道而言，波导之间的耦合会使某一通道的光功率被其他通道的波导接收，从而增大器件的串扰，因此本发明的输出信道波导107包括的相邻通道的间距为5～12μm。可选的，当输入信道波导101包括多个通道时，相邻通道的间距为5～12μm。其中，d为过渡波导包括的相邻的条形波导的间距，WT为过渡波导包括的条形波导的宽度，d0为阵列波导包括的条形波导的间距，width为阵列波导104包括的条形波导的宽度。
在设计阵列波导光栅时，衍射级数m是一个重要参数。当衍射级数确定之后，其他一些参数，例如：平面波导焦距R、相邻阵列波导长度差ΔL、自由光谱区FSR也会随之确定。随着衍射级数m的增加，平面波导焦距R和自由光谱区FSR随之减小，而相邻阵列波导长度差ΔL随之增加。综合考虑这三方面的影响，以及最大信道波导数目的限制，在本发明实施例中，优选地将衍射级数限制在8～20。
图12展示了相关技术中的平板波导和阵列波导的连接处，如图12所示，在AWG中，当光信号从平板波导耦合进入阵列波导时，平板波导中的光电场分布是连续的，但是在阵列波导中光电场分布是散射的，使得平板波导和阵列波导的连接处的光学折射率会突然变化，由此产生模场失配损耗。其中，d0为阵列波导包括的条形波导的间距，di为输入/输出信道波导包括的相邻通道的间距。
在AWG中，信号经过输入信道波导101进行输入平板波导102，光信号的传播模式由矩形波导模式转换为平板波导模式，平板波导模式中垂直于波导的传播方向收到限制，而在宽度方向自由发散。输入/输出平板波导将光场输入到不同的阵列波导104输入端，激发阵列波导光场。其中，阵列波导104由多个条形波导并排排列而成，输出平板波导106与输入平板波导102结构相同。由于阵列波导104包括的相邻条形波导有恒定长度差ΔL，在阵列波导104输出的模场引入了相应恒定的相位因子，并在输出平板波导106输入端发生衍射。输出信道波导107由多个通道的波导并排排列而成。输入平板波导102将输入信道波导101和阵列波导104连接起来，也称为输入星形耦合器；输出平板波导106将输出信道波导107和阵列波导104连接起来，也称为输出星形耦合器。光场在输出平板波导106中的衍射在罗兰圆上聚焦，不同波长相位的光信号，汇聚到像平面的不同位置，最后经过输出信道波导107包括的不同通道输出。输入信道波导101可以包括1个或多个通道，阵列波导104可以包括多个条形波导，输出信道波导107一般包括多个通道。
在输入信道波导101和输入平板波导102连接处、输出信道波导107和输出平板波导106连接处、阵列波导104和平板波导连接处均存在过渡区域。过渡区域中不同的过渡波导结构，会对阵列波导光栅的性能产生差异，通过优化过渡区域，可进一步改进AWG的性能，减少器件损耗和串扰。
相关技术中，通常在过渡区域采用锥形波导的过渡结构，但当阵列波导104包括的条形波导数量较多时，在阵列波导104与平板波导的连接处，阵列波导104包括的条形波导的排列较为紧密，而锥形波导的设置需要一定的空间，难以在此处加工锥形波导。
因此，为了能使输入到波导的衍射光最大限度地被收集起来，本发明实施例主要对平板波导和阵列波导连接处的过渡区域增加新型过渡结构，以改善阵列波导光栅的性能。
本发明实施例中的过渡波导用于减少平板波导和阵列波导之间的光耦合的光学损耗，当光信号在平板波导与阵列波导中传输时，过渡波导可控制光波的有效折射率平稳变化，并且使得原本由于平板波导和阵列波导存在模场失配导致散射的光，不会延伸到包层区域，而会耦合到过渡波导中，且过渡波导与阵列波导横向穿插，从而使得光信号从过渡波导耦合入阵列波导传输，大大提高了波导芯的收集光功率能力，由此有效地增大传输效率、减少插入损耗和相邻通道串扰。
因为有效折射率是光波导中的一个常用且重要的参数，其数值与波导的截面形状和波导材料的折射率有关，一旦波导的截面形状和材料确定，波导的有效折射率也将确定，具体的数值可以通过仿真软件进行计算得到。因此，本发明实施例通过控制过渡波导的尺寸和间隔从而控制有效折射率，改善AWG的插入损耗和通道串扰，且在一定程度上增加带宽，而不增加AWG尺寸。
在本发明实施例中，AWG可以用于光信号的复用或者解复用。
结合图1，当AWG用于光信号的解复用时，将多种波长的复用光经过输入信道波导101输出后，经由折射边界被耦合进输入星形耦合器102，输入星形耦合器102与阵列波导104的连接处具有过渡区域，通过过渡区域的光被耦合进入阵列波导104中，阵列波导104与输出星形耦合器106的连接处具有过渡区域，阵列波导104传输的光经由过渡区域被耦合入输出星形耦合器106，由于不同波长的光信号经阵列波导104传输后所产生的相位差不同，因此，不同波长的光信号在输出星形耦合器106中衍射后，被聚集到输出信道波导107中不同的通道输出，从而完成光信号的解复用。
当AWG用于光信号的复用时，将多种波长的光信号分别从右侧的输出信道波导107输入，光信号则会从左侧的输入信道波导101输出，完成光信号的复用。
需要说明的是，本文使用的术语“耦合”是指任意连接、耦合、链接等，以及“光耦合”是指使得光线从一个元件被传递至另一元件的耦合。这种“耦合”装置并非必须直接连接至另一个，可通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。同样，本文使用的术语“直接耦合”或“直接光耦合”是指没有中间装置比如光纤而允许光线从一个元件被传递至另一元件的任意光连接。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种阵列波导光栅，其特征在于，包括：输入信道波导(101)、输入平板波导(102)、第一过渡波导(103)、阵列波导(104)、第二过渡波导(105)、输出平板波导(106)和输出信道波导(107)；其中：
所述输入信道波导(101)与所述输入平板波导(102)的一端相连；
所述输入平板波导(102)的另一端与所述阵列波导(104)的一端相连；
所述阵列波导(104)的另一端与所述输出平板波导(106)的一端相连；
所述输出平板波导(106)的另一端与所述输出信道波导(107)相连；
所述阵列波导(104)包括多个条形波导，所述第一过渡波导(103)包括多个条形波导，所述第二过渡波导(105)包括多个条形波导，所述阵列波导(104)的一端与所述第一过渡波导(103)组成网状结构，所述阵列波导(104)的另一端与所述第二过渡波导(105)组成网状结构，所述第一过渡波导(103)、所述阵列波导(104)和所述第二过渡波导(105)的高度相同。
2.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述第一过渡波导(103)的长度大于所述阵列波导(104)的宽度，所述第二过渡波导(105)的长度大于所述阵列波导(104)的宽度。
3.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述第一过渡波导(103)包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小；
所述第二过渡波导(105)包括的各条形波导的宽度之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
4.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述第一过渡波导(103)包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小；
所述第二过渡波导(105)包括的相邻的条形波导的间距之间的关系包括：相等、依次增大或者依次减小。
5.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述输入信道波导(101)、所述第一过渡波导(103)、所述阵列波导(104)、所述第二过渡波导(105)和所述输出信道波导(107)被第一包层包覆，所述输入信道波导(101)、所述第一过渡波导(103)、所述阵列波导(104)、所述第二过渡波导(105)、和所述输出信道波导(107)的折射率与所述第一包层的折射率之间的差值为1.5％。
6.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述输入平板波导(102)和所述输出平板波导(106)被第二包层包覆，所述输入平板波导(102)和所述输出平板波导(106)与所述第二包层的折射率之间的差值为1.5％。
7.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述阵列波导(104)的衍射级数为8-20。
8.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述阵列波导(104)包括的条形波导数量为20-35。
9.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，输入信道波导(101)、输入平板波导(102)、所述第一过渡波导(103)、所述阵列波导(104)、所述第二过渡波导(105)、所述输出平板波导(106)和所述输出信道波导(107)的厚度相同；
所述输入信道波导(101)、所述阵列波导(104)包括的条形波导和所述输出信道波导(107)的宽度与厚度相同。
10.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其特征在于，所述第一过渡波导(103)中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导；
所述第二过渡波导(105)中的条形波导包括：矩形直波导、弯曲波导或者梯形波导。
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