CN112162350A - 一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器 - Google Patents
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Abstract
一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，包括一阵列硅波导区，所述阵列硅波导区两端分别耦合连接有第一自由传输区和第二自由传输区，所述第一自由传输区的输入端耦合连接有一输入硅波导，所述第二自由传输区的输出端并列耦合连接有九个相互平行的输出硅波导，所述输入硅波导与所述输出硅波导均采用正负热光系数相抵消的温度不敏感结构。本发明采用了无源解决方案，通过正负热光系数相抵消的温度不敏感结构，实现了硅基波导温度不敏感特性，使得硅基阵列波导光栅结构波分复用器进一步地拓展应用。
Description
技术领域
本发明属于光通信及光集成波导技术领域，特别涉及一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器。
背景技术
在光通信链路应用，波分复用器件主要功能为扩展光通信带宽，充分利用光纤带宽，基于硅基阵列波导光栅结构的波分复用器件集成度较高，便于实现链路器件小型化和一体化。
但是，硅基材料对温度较为敏感限制了硅基阵列波导光栅结构的波分复用器的进一步拓展应用。为了解决硅基波导温度敏感问题，现有技术中采用了温控电路TEC解决方案，但该方案需要外接电源并且会带来额外的能量损耗，因此，尤为需要设计一种既不产生能量损耗，又可以解决硅基波导温度敏感问题的无源解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，具体技术方案如下：
一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，该波分复用器包括一阵列硅波导区，所述阵列硅波导区两端分别耦合连接有第一自由传输区和第二自由传输区，所述第一自由传输区的输入端耦合连接有一输入硅波导，所述第二自由传输区的输出端耦合连接有九个相互平行的输出硅波导，所述输入硅波导与所述输出硅波导均采用正负热光系数相抵消的温度不敏感结构。
进一步地，所述温度不敏感结构包括二氧化硅层，所述二氧化硅层底面对接有硅衬底，所述二氧化硅层顶面中部对接有硅波导，所述硅波导上覆盖有可与硅材料正热光系数相抵消的负热光系数材料包层。
进一步地，所述负热光系数材料包层为二氧化钛包层。
进一步地，所述硅波导是基于SOI晶圆的阵列波导光栅结构，其波导层厚度为220nm。
本发明的有益效果是：
本发明采用了无源解决方案，通过正负热光系数相抵消的温度不敏感结构，实现了硅基波导温度不敏感特性，即先减小硅波导尺寸，使足够多的光场泄漏到具有负热光系数的二氧化钛包层中进而有效地补偿正热光系数硅材料引起的波长漂移，从而实现在一定温度范围的温度不敏感，使得硅基阵列波导光栅结构波分复用器进一步地拓展应用。
附图说明
图1示出了本发明的硅基阵列波导光栅结构波分复用器结构示意图；
图2示出了本发明中覆盖了二氧化钛材料的硅波导横截面结构示意图。
图中所示：1、输入硅波导；2、第一自由传输区；3、阵列硅波导区；4、第二自由传输区；5、输出硅波导；6、硅波导；7、二氧化钛包层；8、二氧化硅层；9、硅衬底。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，该波分复用器包括一阵列硅波导区3，所述阵列硅波导区3两端分别耦合连接有第一自由传输区2和第二自由传输区4，所述第一自由传输区2的输入端耦合连接有一输入硅波导1，所述第二自由传输区4的输出端并列耦合连接有九个相互平行的输出硅波导5，所述输入硅波导1与所述输出硅波导5均采用正负热光系数相抵消的温度不敏感结构；通过这一技术方案，本申请采用了无源解决方案，通过正负热光系数相抵消的温度不敏感结构，实现了硅基波导温度不敏感特性，使得硅基阵列波导光栅结构波分复用器进一步地拓展应用。
如图2所示，所述温度不敏感结构包括二氧化硅层8，所述二氧化硅层8底面对接有硅衬底9，所述二氧化硅层8顶面中部对接有硅波导6，所述硅波导6上覆盖有可与硅材料正热光系数相抵消的负热光系数材料包层；通过这一技术方案，选取一种与硅材料正热光系数相抵消的负热光系数材料包层，在进行硅基阵列波导光栅结构设计时在硅波导6上层覆盖负热光系数材料包层实现硅波导6温度不敏感特性。
如图2所示，所述负热光系数材料包层为二氧化钛包层7；通过这一技术方案，负热光系数与硅材料正热光系数大小相当，便于相互抵消。
如图2所示，所述硅波导6是基于SOI晶圆的阵列波导光栅结构，其波导层厚度为220nm；通过这一技术方案，减小硅波导6尺寸，使足够多的光场泄漏到具有负热光系数的二氧化钛包层7中进而有效地补偿正热光系数硅材料引起的波长漂移。
本发明的工作原理是：
本发明的硅基阵列波导光栅结构波分复用器在运作时，其含有多个波长的复用信号光经输入硅波导1输出后，在输入端的第一自由传输区2内发生衍射，到达输入凹面光栅上进行功率分配，并耦合进入阵列硅波导区3，因阵列硅波导区3端面位于光栅圆的圆周上，所以衍射光以相同的相位到达阵列硅波导区3端面上，经阵列硅波导区3传输后，因相邻的阵列硅波导区3保持有相同的长度差，因而，在输出凹面光栅上相邻阵列硅波导区3的某一波长的输出光具有相同的相位差，对于不同波长的光，此相位差不同，于是不同波长的光在输出段的第二自由传输区4发生衍射并聚焦到不同的输出硅波导5位置，经输出硅波导5输出后完成了波长分配即解复用功能。这一过程的逆过程，即如果信号光反向输入，则完成复用功能，原理相同。
本发明为了解决波分复用器中硅波导6温度敏感问题，采用了无源解决方案，即找到一种负热光系数二氧化钛材料与硅材料正热光系数大小相当，在进行硅基阵列波导光栅结构设计时在硅波导6上层覆盖负热光系数材料二氧化钛包层7实现硅波导6温度不敏感特性。
本发明在进行硅基阵列波导光栅结构设计时，先减小硅波导6尺寸，使足够多的光场泄漏到具有负热光系数的二氧化钛包层7中进而有效地补偿正热光系数硅材料引起的波长漂移，从而实现硅波导6温度不敏感特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，其特征在于：该波分复用器包括一阵列硅波导区(3)，所述阵列硅波导区(3)两端分别耦合连接有第一自由传输区(2)和第二自由传输区(4)，所述第一自由传输区(2)的输入端耦合连接有一输入硅波导(1)，所述第二自由传输区(4)的输出端并列耦合连接有九个相互平行的输出硅波导(5)，所述输入硅波导(1)与所述输出硅波导(5)均采用正负热光系数相抵消的温度不敏感结构。
2.根据权利要求1所述的温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，其特征在于：所述温度不敏感结构包括二氧化硅层(8)，所述二氧化硅层(8)底面对接有硅衬底(9)，所述二氧化硅层(8)顶面中部对接有硅波导(6)，所述硅波导(6)上覆盖有可与硅材料正热光系数相抵消的负热光系数材料包层。
3.根据权利要求2所述的温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，其特征在于：所述负热光系数材料包层为二氧化钛包层(7)。
4.根据权利要求2所述的温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器，其特征在于：所述硅波导(6)是基于SOI晶圆的阵列波导光栅结构，其波导层厚度为220nm。
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