CN115166883A - 一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 - Google Patents
一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115166883A CN115166883A CN202211068415.3A CN202211068415A CN115166883A CN 115166883 A CN115166883 A CN 115166883A CN 202211068415 A CN202211068415 A CN 202211068415A CN 115166883 A CN115166883 A CN 115166883A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- diffraction grating
- grating
- channel waveguide
- mach
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 title abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
- G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
- G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，所述刻蚀衍射光栅包括输入信道波导、输出信道波导、平板波导、过渡波导、反射光栅面及设计的马赫‑曾德尔干涉仪，所述输入信道波导与平板波导间通过设计的马赫‑曾德尔干涉仪连接，所述输出信道波导与平板波导间通过过渡波导连接，入射光由入射信道波导进入马赫‑曾德尔干涉仪，经马赫‑曾德尔干涉仪调节在输出端叠加输出，进入平板波导，入射角度发生偏转，从而实现通道光谱位置的调节。本发明基于平面光波导技术及标准CMOS工艺，仅需较低外加电压对局部区域加热，即可实现刻蚀衍射光栅整体光谱的调节，简单易行，无特殊工艺，可适用于大面积、多通道的刻蚀衍射光栅。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯中波分复用技术领域，特别涉及一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅。
背景技术
为了满足信息传递速率日益增长的需求，波分复用技术应运而生。波分复用技术利用不同波长的光在同一介质中传输而互不干扰这一特性，极大程度上提高了通信系统的传输容量。波分复用/解复用器是波分复用系统中实现将多路不同波长的光合为一路，或将一路复合光信号分离成多路单波长光的核心器件。刻蚀衍射光栅（Etched DiffractionGrating, EDG）由于其良好的工作性能被广泛应用于波分复用系统中。
波分复用/解复用器在实际加工过程中，由于工艺精度的影响，器件尺寸存在误差，对器件性能造成影响，具体体现在器件尺寸误差造成波导有效折射率变化导致波分复用/解复用器输出通道光谱位置偏移，光谱位置偏移对整个波分复用系统的性能造成不可忽视的影响。当前大多实际应用案例中选择对整个波分复用/解复用器进行温度调节来弥补工艺误差造成的有效折射率变化，但随着器件面积的增大，温度调节所需外加功率也在不断增多。
发明内容
本发明的目的在于提出一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，通过外加较低功率对器件局部区域进行温度调节，实现刻蚀衍射光栅输出光谱整体可调。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，包括输入信道波导、输出信道波导、过渡波导、平板波导、反射光栅面以及马赫-曾德尔干涉仪（MZI），所述输入信道波导与平板波导间通过马赫-曾德尔干涉仪（MZI）连接，所述输出信道波导与平板波导间通过过渡波导连接，所述马赫-曾德尔干涉仪（MZI）包括两组干涉臂、耦合器及连接部分，其中一个干涉臂带有加热电极，可外加电压调节干涉臂的工作温度。
进一步地，所述输入信道波导与输出信道波导之间的关系满足光栅方程
，其中m为衍射级数，
为刻蚀衍射光栅工作的中心波长，
为中心波长对应平板波导的有效折射率，d为反射光栅面上光栅的投影，
为入射光与反射光栅面法线的夹角，
为第j根输出信道波导与反射光栅面法线的夹角。
进一步地，所述反射光栅面由一组布拉格光栅组成，其位置分布满足衍射光在输出信道波导处形成衍射极大。
进一步地，所述的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）包含两组干涉臂，两组所述干涉臂的宽度和长度根据耦合器输出端口的功率比设定。
进一步地，所述过渡波导的结构为线性、指数型、抛物线型中的一种。
进一步地，所述的耦合器为多模干涉器或定向耦合器中的一种。
进一步地，所述输入信道波导、输出信道波导、过渡波导、平板波导、反射光栅面以及马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种。
进一步地，所述的加热电极材料为氮化钛（TiN），可实现CMOS工艺兼容。
本发明的有益效果：
（1）使用马赫-曾德尔干涉仪（MZI）连接刻蚀衍射光栅的输入信道波导与平板波导，MZI结构中包含带加热电极的干涉臂，可通过外加电压利用热光效应对干涉臂中传输的光信号进行相位调制，使耦合器两束输入光间存在相位差
，当
变化时，耦合器两输出波导光功率比随之变化，耦合进入平板波导的光场分布中心从耦合器的一个波导转向另一个波导，有效改变刻蚀衍射光栅入射光的入射角；
（2）由于刻蚀衍射光栅输出信道波导与反射光栅面的位置是固定的，因此当入射光的角度发生变化时，由输出信道波导输出的光信号的波长也随之改变，达到输出光谱可调节的目的；
（3）相比于传统对整个刻蚀衍射光栅进行加热调节光谱的方式，本发明仅需外加较小功率，对局部区域进行加热即可实现刻蚀衍射光栅整体光谱位置的调节。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中输入信道波导、输出信道波导与反射光栅面法线夹角关系示意图；
图3为本发明实施例中设计的MZI结构示意图；
图4为本发明实施例耦合器2的输出波导示意图；
图1中：1-输入信道波导，2-设计的MZI，3-加热电极，4-平板波导，5-反射光栅，6-过渡波导，7-输出信道波导。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本发明实施例提供一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，所述刻蚀衍射光栅包括输入信道波导1、输出信道波导7、过渡波导6、平板波导4、反射光栅面5以及马赫-曾德尔干涉仪2，所述输入信道波导1与平板波导4间通过设计的马赫-曾德尔干涉仪2连接，所述输出信道波导7与平板波导4间通过过渡波导6连接。
如图2所示，所述输入信道波导1与输出信道波导7间关系满足光栅方程
，其中m为衍射级数，
为刻蚀衍射光栅工作的中心波长，
为中心波长对应平板波导的有效折射率，d为反射光栅面上光栅的投影，
为入射光与反射光栅面法线的夹角，
为第j根输出信道波导与反射光栅面法线的夹角。
所述反射光栅面5由一组布拉格光栅组成，其位置分布满足衍射光在输出信道波导处形成衍射极大。
如图3所示，所述的马赫-曾德尔干涉仪2包括两组干涉臂、耦合器及连接部分，其中一个干涉臂带有加热电极3，可外加电压调节干涉臂的工作温度。两组干涉臂的宽度分别为W1、W2，其长度分别为L1、L2，两组所述干涉臂的宽度W1、W2和长度L1、L2根据耦合器输出端口的功率比设定。
所述过渡波导6的结构为线性、指数型、抛物线型中的一种。
所述的耦合器为多模干涉器或定向耦合器中的一种。
所述输入信道波导1、输出信道波导7、过渡波导6、平板波导4、反射光栅面5以及马赫-曾德尔干涉仪2的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅其中的一种或多种。
进一步地，所述的加热电极材料为氮化钛（TiN），可实现CMOS工艺兼容。
在本实施例中，所述刻蚀衍射光栅工作于C波段，所述刻蚀衍射光栅工作的中心波长为1550nm，所述刻蚀衍射光栅的输出通道数为4，各通道间的输出通道间隔为10nm，相对应的输出信道波导数也为4，所述刻蚀衍射光栅的过渡波导为线性过渡波导，所述反射光栅面上光栅的投影d=1um，所述入射光与反射光栅面法线的夹角 
=45°，所述衍射级数m=4，所述反射光栅面为布拉格光栅，其中布拉格光栅周期为600nm，占空比为0.5，周期数为20，包含的两个耦合器为定向耦合器，分光比为1：1，所述设计的MZI包含的两组干涉臂宽度W1=W2=500nm，长度L1=L2=50um，如图4所示，DC2的两个输出波导宽度Wc = 250nm，间距dc = 1um，所述刻蚀衍射光栅及设计的MZI各组成部分材料为硅，厚度均为220nm，干涉臂上加热电极材料为氮化钛。当设计的MZI干涉臂上加热电极工作在不同的外加电压时，DC2输出模场分布的中心由一个波导向另一波导移动，相对应的，刻蚀衍射光栅入射光的入射角也随之变化，由于刻蚀衍射光栅输出信道波导与反射光栅面的位置是固定的，因此当入射光的角度发生变化时，根据光栅方程 
，由输出信道波导输出的光信号的波长也随之改变，达到刻蚀衍射光栅输出光谱可调节的目的。
在本实施例中，刻蚀衍射光栅的输入信道波导与平板波导间使用设计的MZI连接，MZI结构中包含带有加热电极的干涉臂，通过外加电压利用热光效应对干涉臂中传输的光信号进行相位调制，使定向耦合器2的两束输入光间存在相位差 
，当
变化时，耦合器两输出波导光功率比随之变化，耦合进入平板波导的光场分布中心从耦合器的一个波导转向另一个波导，有效改变刻蚀衍射光栅入射光的入射角，从而实现刻蚀衍射光栅光谱可调节。本实施案例中，仅需较低的外加电压对器件局部区域加热调节，即可实现刻蚀衍射光栅整体光谱调节功能。
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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：包括输入信道波导（1）、输出信道波导（7）、过渡波导（6）、平板波导（4）、反射光栅面（5）以及马赫-曾德尔干涉仪（2），所述输入信道波导（1）与平板波导（4）间通过马赫-曾德尔干涉仪（2）连接，所述输出信道波导（7）与平板波导（4）间通过过渡波导（6）连接，所述马赫-曾德尔干涉仪（2）包括两组干涉臂、耦合器及连接部分，其中一个干涉臂带有加热电极（3）。
2.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的输入信道波导（1）与输出信道波导（7）之间满足关系
，其中m为衍射级数，
为刻蚀衍射光栅工作的中心波长，
为中心波长对应平板波导的有效折射率，d为反射光栅面（5）上光栅的投影，
为入射光与反射光栅面（5）法线的夹角，
为第j根输出信道波导与反射光栅面（5）法线的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的反射光栅面（5）由一组布拉格光栅组成，其位置分布满足衍射光在输出信道波导（7）处形成衍射极大。
4.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的马赫-曾德尔干涉仪（2）包含两组干涉臂，两组所述干涉臂的宽度和长度根据耦合器输出端口的功率比设定。
5.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的过渡波导（6）的结构为线性、指数型、抛物线型中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的耦合器为多模干涉器或定向耦合器中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述输入信道波导（1）、输出信道波导（7）、过渡波导（6）、平板波导（4）、反射光栅面（5）以及马赫-曾德尔干涉仪（2）的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅，其特征在于：所述的加热电极（3）的材料为氮化钛，用于实现CMOS工艺兼容。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211068415.3A CN115166883A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211068415.3A CN115166883A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115166883A true CN115166883A (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=83480853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211068415.3A Pending CN115166883A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115166883A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110102804A1 (en) * | 2009-11-02 | 2011-05-05 | Cornell University | Passively-thermally-stabilized photonic apparatus, method, and applicatons |
| CN103645540A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-03-19 | 中国科学院半导体研究所 | 一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器 |
| CN109283626A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-29 | 西安交通大学 | 紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法 |
| CN113406750A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | 波长与带宽可调光滤波器及调节方法 |
-
2022
- 2022-09-02 CN CN202211068415.3A patent/CN115166883A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110102804A1 (en) * | 2009-11-02 | 2011-05-05 | Cornell University | Passively-thermally-stabilized photonic apparatus, method, and applicatons |
| CN103645540A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-03-19 | 中国科学院半导体研究所 | 一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器 |
| CN109283626A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-01-29 | 西安交通大学 | 紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法 |
| CN113406750A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | 波长与带宽可调光滤波器及调节方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8369666B2 (en) | Optical wavelength multiplexing/ de-multiplexing circuit | |
| US6115520A (en) | Compact mach-zehnder interferometer and wavelength reference employing same | |
| CN107422421B (zh) | 一种基于弯曲定向耦合器的稀疏波分复用器 | |
| JP5082560B2 (ja) | 光変調器、光源装置及び前記光変調器の駆動方法 | |
| CN106959485B (zh) | 基于亚波长光栅的定向耦合型tm起偏器及分束器 | |
| US20060198577A1 (en) | Colorless tunable dispersion compensator employing a planar lightwave circuit and a deformable mirror | |
| WO2023061025A1 (zh) | 片上集成波分复用器及芯片 | |
| JPH10160954A (ja) | 非線形薄膜を有する光導波路 | |
| WO2011152202A1 (ja) | Plc型復調用遅延回路及びplc型光干渉計 | |
| WO2011122539A1 (ja) | Ｐｌｃ型復調用遅延回路 | |
| GB2602757A (en) | High-density integrated optical waveguide | |
| CN111221068B (zh) | 一种基于亚波长光栅结构的起偏器 | |
| CN117434652A (zh) | 一种低串扰低温漂的粗波分复用器 | |
| US20130208348A1 (en) | Plc-type delay demodulation circuit | |
| CN115236799B (zh) | 一种横向振幅切趾的光栅型铌酸锂光学滤波器 | |
| CN115166883A (zh) | 一种光谱低功率可调的刻蚀衍射光栅 | |
| JP2653883B2 (ja) | 広波長域動作導波型光分岐素子 | |
| TW200405048A (en) | Polarization-insensitive planar lightwave circuits and method for fabricating the same | |
| US20030016938A1 (en) | Planar lightwave circuit type variable optical attenuator | |
| CN113721324A (zh) | 一种光可调与波分复用集成结构 | |
| US6842253B2 (en) | Constructing method for an optical passive component | |
| US20240353616A1 (en) | Optical Multiplex/Demultiplex Circuit and RGB Coupler | |
| WO2023053461A1 (ja) | 光合分波回路およびｒｇｂカプラ | |
| JP4827935B2 (ja) | 光波長合分波回路 | |
| KR100342533B1 (ko) | 파장 가변형 광파장 분할기 및 그 제조 방법 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221011 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |