CN1392961A - 阵列波导光栅及其校正中心波长的方法 - Google Patents

Abstract

在交叉面(8)上将构成阵列波导光栅的两个平板波导中的至少一个连同基板一起切割开。在包括分隔平板波导(3a)的基板上设置的波长设置区域和在包括分隔平板波导(3b)的基板上设置的波导设置区域上方设置滑移部件(17)。通过滑移部件(17)根据温度沿交叉面(8)滑移分隔平板波导(3a)可降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性。通过使滑移部件(17)发生塑性形变可校正初始中心波长的偏差，由此使初始中心波长与栅波长一致。

Description

阵列波导光栅及其校正中心波长的方法

技术领域

本发明涉及一种光通信中用作波分(波长分割)多路复用器/多路分解器的阵列波导光栅，并涉及校正中心波长的方法。

发明背景

在近代光通信中，波分多路复用通信正处在活跃的研究和开发中，其作为大大提高光通信传输能力的方法正进入实用阶段。例如，在波分多路复用通信中，要多路复用和传输波长彼此不同的多束束光。在这些波分多路复用通信中，仅传输预定波长的光传输装置是必不可少的。

图11表示光传输装置的一个例子。该光传输装置是平面光波电路(PLC)的阵列波导光栅。正如图11所示，该阵列波导光栅包括波导设置区10，在该形成区的硅基底1上形成波导结构。

阵列波导光栅的波导结构包括至少一个光输入波导2和与至少一个光输入波导2的发射边相连的第一平板波导3。由多个并排设置的信道波导4a构成的阵列波导4与第一平板波导3的发射边相连。第二平板波导5与阵列波导4的发射边相连。并排设置的多个光输出波导6与第二平板波导5的发射边相连。

上述阵列波导4传播从第一平板波导3传输来的光。相邻信道波导4a的长度彼此相差ΔL。例如，可根据不同波长信号光的数量设置光输出波导6。通常设置如100个信道波导4a的多个信道波导4a。然而在图11中为了简化图11，分别示意性地示出了信道波导4a的数量和光输入波导2的数量。

例如，将未示出的光纤与光输入波导2相连，用以引导波长多路复用光。波长多路复用光通过一根光输入波导2传输到第一平板波导3。传输到第一平板波导3的波长多路复用光因衍射效应而被加宽，光传输到阵列波导4，并在阵列波导4中传播。

在阵列波导4中传播的光到达第二平板波导5，光彼此会聚并输出到每个光输出波导6中。但是，由于阵列波导4的相邻信道波导4a的长度彼此存在差别，因此光在阵列波导4中传播后，各束光会发生相移。会聚光的相前会随该偏移量而倾斜，其会聚位置由该倾斜角度决定。

因此，波长不同的光的会聚位置彼此存在差异。通过在各个光会聚位置形成光输出波导6，可从每个波长的不同光输出波导6输出不同波长的光(多路分解光)。

即，阵列波导光栅具有能够分解波长彼此不同的多路复用光的光多路分解功能。多路分解光的中心波长与阵列波导4的相邻信道波导4a的长度差值(ΔL)和阵列波导4的有效折射率(当量折射率)n成正比。

阵列波导光栅满足(公式1)的关系。

n_s·d·Sinφ+n_c·ΔL＝m·λ

式中，n_s是第一平板波导和第二平板波导中每个波导的等效折射率，n_c是阵列波导的等效折射率。另外，Ф是衍射角，m是衍射级，d是在阵列波导4末端处相邻信道波导4a之间的距离，λ是从每根光输出波导输出的光的中心波长。

式中，当将衍射角Ф＝0的中心波长设定为λ₀时，λ₀用(公式2)表示。波长λ₀通常称为阵列波导光栅的中心波长。 $\mathrm{\λ}0=\frac{n_e\·\mathrm{\ΔL}}{m}$

由于阵列波导光栅具有上述特征，因此阵列波导光栅可用作进行波长多路复用传输的波长多路复用器/多路分解器。

例如，如图11所示，当从一根光输入波导2输入波长为λ₁、λ₂、λ₃、……、λ_n(n是不小于2的整数)的多路复用光时，不同波长的光在第一平板波导3内被加宽，然后到达阵列波导4。此后，各波长的光穿过第二平板波导5按照上述波长在不同位置会聚。各波长的光传输到彼此不同的光输出波导6，并通过各个光输出波导6从光输出波导6的发射端输出。

上述每个波长的光通过为实现光输出而与每根光输出波导6的发射端相连的未示出光纤导出。例如，当将光纤与每根光输出波导6和上述光输入波导2相连时，就制备出了光纤连接端面固定地设置成一维阵列形状的光纤阵列。光纤阵列装配到光输出波导6和光输入波导2的连接端面上，然后将光纤、光输出波导6和光输入波导2连接。

在上述阵列波导光栅中，从每根光输出波导6输出的光的传输特征、即阵列波导光栅传输光强的波长相关性如图12A所示。如图12A所示，在从每根光输出波导6输出的光的光传输特征中，将每个中心波长(例如λ₁、λ₂、λ₃、……、λ_n)设置成中心，随着波长与每个对应的中心波长发生偏移，透光率降低。图13是叠加和表示来自每根光输出波导6的输出光谱的示例图。

不必局限于，如图12A所示，上述光传输特征有一个局部最大值。例如，如图12B所示，还存在这样一种情况，其中光传输特征具有不少于两个的局部最大值。

另外，由于阵列波导光栅利用了光的可逆原理(可逆性)，因此阵列波导光栅还具有光学多路分解功能，还具有光多路复用功能。例如，与图11相反，光学多路复用是通过使多束波长彼此不同的光从每个波长阵列波导光栅的对应光输出波导6输入来实现的。从每根光输出波导6传输的光穿过与上述传输路径相反的传输路径，通过第二平板波导5、阵列波导4和第一平板波导3实现多路复用，然后从一根光输入波导2中输出。

上述阵列波导光栅的波导设置区域最初主要由硅基玻璃材料制成。因此，上述阵列波导光栅的中心波长会由于硅基玻璃材料的温度相关性而随温度发生偏移。当将阵列波导光栅的温度改变量设定为T时，该温度相关性可通过利用该温度改变量T微分上面的(公式2)的(公式3)来表示。 $\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{\λ}}{n_e}\·\frac{{\∂n}_c}{\∂T}+\frac{\mathrm{\λ}}{L}\·\frac{\∂L}{\∂T}$ (公式3)

在(公式3)中，右手侧的第一项表示阵列波导4的有效折射率的温度相关性，右手侧第二项表示由于基板的膨胀收缩引起的阵列波导4的长度变化。

图14是通过测量从某一光输出波导6中输出的光传输特征的结果典型地表示该中心波长的温度相关性的视图。正如图14所示，随着阵列波导光栅温度升高，中心波长偏移到长波长侧。相反地，随着阵列波导光栅温度降低，中心波长偏移到短波长侧。

当温度升高时，形成波导的玻璃的折射率增大，由此(公式3)右手侧第一项也增大。另外，当温度升高时，阵列波导4的长度会由于基板1和波导材料的热膨胀而在实质上增加。即，(公式3)右手侧的第二项增大。由此，当温度升高时，光穿过阵列波导4的感测光路长度加长，由此引起上述中心波长的偏移。

图14表示在从某一光输出波导6输出的光的传输特征中的温度变化，而从所有光输出波导6输出的光的传输特征代表了阵列波导光栅中的类似偏移特征。即，在所有从光输出波导6输出的光中，中心波长会根据温度在相同的偏移方向上偏移相同的量。

在传统阵列波导光栅中，在1.55um的波长处设定dn_c/dT＝1×10^-5(℃^-1)和n_c＝1.451。另外，目前存在许多将阵列波导用于多路分解和多路复用的情况。因此，要在1550nm波长作为中心的波长带内计算上述传统阵列波导光栅中心波长的温度相关性。由此，中心波长的温度相关值设定为约0.01nm/℃。

于是，例如，当阵列波导光栅的温度改变50℃时，从每根光输出波导6输出的中心波长偏移量为0.5nm。当阵列波导光栅的温度改变70℃时，上述中心波长的偏移量为0.7nm。

近年来，在阵列波导光栅内计算出的多路分解或多路复用波长的间隔范围从0.4nm到1.6nm，这非常狭窄。因此，正如上面所提到的，不能忽略由于温度改变致使中心波长改变的上述偏移量。

因此，传统上建议一种具有温度调节装置的阵列波导光栅，它能恒定地保持阵列波导光栅的温度，从而使中心波长不随温度变化。例如，可通过设置Peltier装置、加热器等构造这种温度调节装置。这些温度调节装置实施控制功能，以便将阵列波导光栅保持在预先确定的设定温度。

图15表示在阵列波导光栅基板1的一侧设置了Peltier装置26的结构。在图15所示的阵列波导光栅中，根据热敏电阻40的检测温度调节阵列波导光栅的温度，以便使其恒温。在图15中，参考标记41和12分别表示引线和加热板。

在用加热器代替Peltier装置的结构中，通过加热器将阵列波导光栅的温度保持在高温，且使其恒定不变。

在设置上述温度调节装置的结构中，可以通过保持阵列波导光栅的温度恒定来抑制由温度引起的基板1的膨胀收缩、上述芯部的有效折射率变化等。因此，在设置了温度调节装置的结构中能够解决上述中心波长的温度相关性问题。

然而，这当然需要控制器、进行控制的热敏电阻、热电偶等利用例如Peltier装置和加热器的温度调节装置保持阵列波导光栅的温度恒定。在通过设置温度调节装置构造的阵列波导光栅中，存在这种情况：通过温度调节装置等部件的组合偏移不能精确抑制中心波长偏移。

另外，在阵列波导光栅中，制造阵列波导光栅时非常需要保证精度。因此，传统阵列波导光栅还存在这样一个问题：中心波长与设计波长相差一个误差量(制造离差等)。因此，需要开发一种能够校正中心波长与设计波长的偏移和温度相关性的便宜阵列波导光栅。

发明内容

本发明第一结构的阵列波导光栅包括；

波导结构至少具有：光输入波导，与至少一个光输入波导的发射边相连的第一平板波导，与第一平板波导的发射边相连、和由长度彼此相差设定量的多个信道波导并排设置构成的阵列波导，与阵列波导的发射边相连的第二平板波导，多个并排设置且与第二平板波导的发射边相连的多个光输出波导；

在基板上形成波导结构；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上的所述第一平板波导和第二平板波导中的至少一个波导，形成分隔平板波导；

设置一滑移部件，根据温度通过沿所述分隔面滑移被分隔开的分隔平板波导的至少一侧，来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

以及，滑移部件的长度设定为能通过所述滑移方向上的塑性变形能校正阵列波导光栅中心波长从设定波长的偏移量的长度。

本发明第二结构的阵列波导光栅包括；

除具有上述第一结构外，还可通过向滑移部件施加压应力使上述滑移部件发生塑性变形。

本发明第三结构的阵列波导光栅包括；

除具有上述第一结构外，还可通过向滑移部件施加拉伸应力使上述滑移部件发生塑性变形。

本发明第四结构的阵列波导光栅包括；

可在基板上形成波导结构：使第一平板波导与至少一个光输入波导的发射边相连，阵列波导由并排设置的用于传输从第一平板波导发出的光的、多个信道波导构成，其中所述信道波导的长度彼此相差设定量，该阵列波导与第一平板波导的发射边相连，第二平板波导与阵列波导的发射边相连，以及多个并排设置的光输出波导与第二平板波导的发射边相连；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上的所述第一平板波导和第二平板波导中的至少一个波导，形成分隔平板波导；

设置一滑移部件，根据温度沿所述分隔面滑移被分隔开的分隔平板波导的至少一侧来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

在滑移部件的移动区域内沿其滑移方向设置洞或孔；

将所述滑移部件的长度设定成能够校正阵列波导光栅中心波长与设定波长的偏移量的长度，该校正是通过将具有直径大于洞或孔开口直径的大直径部分的装配部件装配到所述洞或孔中来实现的。

本发明第五结构的阵列波导光栅包括；

除具有上述第四结构外，上述装配部件被设置成直径朝顶端不断减小的锥形螺钉。

本发明第六结构的阵列波导光栅包括；

除具有第一到第五结构中的一个结构外，上述滑移部件还可由金属制成。

一种校正本发明第七结构的阵列波导光栅中心波长的方法包括；

波导结构具有至少一个光输入波导、与至少一个光输入波导的发射边相连的第一平板波导，与第一平板波导的发射边相连的阵列波导，该阵列波导由多个长度彼此相差设定量且并排设置的信道波导构成，与阵列波导的发射边相连的第二平板波导，与第二平板波导的发射边相连且并排设置的多个光输出波导；

波导结构设置在基板上；通过在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上分隔所述第一平板波导和第二平板波导中的至少一个波导形成分隔平板波导；

在阵列波导光栅中设置了滑移部件，其根据温度通过沿所述分隔面滑移所述被分隔开的分隔平板波导的至少一端来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

以及，通过使滑移部件发生塑性变形，沿所述分隔面移动所述分隔平板波导的至少一侧，从而将阵列波导光栅的中心波长设置成设定波长。

用于校正本发明第八结构的阵列波导光栅中心波长的方法包括；

除具有上述第七结构外，通过向上述滑移部件施加压应力使该滑移部件发生塑性变形。

用于校正本发明第九结构的阵列波导光栅的中心波长的方法包括；

除具有上述第七结构外，通过向上述滑移部件施加拉伸应力使该滑移部件发生塑性变形。

用于校正本发明第十结构的阵列波导光栅的中心波长的方法包括；

波导结构具有：至少一个光输入波导；与光输入波导的发射边相连的第一平板波导；与第一平板波导的发射边相连的阵列波导，该阵列波导由多个长度彼此相差设定量且并排设置的信道波导构成；与阵列波导的发射边相连的第二平板波导；以及多个并排设置且与第二平板波导的发射边相连的光输出波导；

波导结构设置在基板上；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上的所述第一平板波导和第二平板波导的至少一个波导形成分隔平板波导；

在阵列波导光栅中设置了滑移部件，根据温度，沿所述分隔面滑移所述被分隔开的分隔平板波导的至少一端来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

在滑移部件的移动区域内沿其滑动方向设置了洞或孔；

以及，将具有直径大于洞或孔直径的大直径部分的装配部件装配到所述洞或孔内，以此沿所述滑移方向改变所述滑移部件的长度，并沿所述分隔面移动所述分隔平板波导的至少一侧，从而将阵列波导光栅的中心波长设置成设定值。

用于校正本发明第十一结构的阵列波导光栅的中心波长的方法包括；

在监控上述阵列波导光栅的中心波长时，除利用上述第七到第十结构外，通过滑移部件产生沿分隔平板波导的间隔面的移动，从而将受监控的中心波长设置成设定波长。

本发明人注意到阵列波导光栅的线性色散特征可抑制阵列波导光栅的温度相关性。

正如上面所提到的，在阵列波导光栅中，可用公式(2)表示衍射角φ＝0时的中心波长λ₀。将使该衍射角φ＝0的阵列波导光栅的聚光点设置为图10中的点O。例如，在该情况下，使衍射角φ＝φ_p的聚光点位置(第二平板波导输出端的位置)变成沿X方向从点O偏移的点P位置。在此，当点O和P之间在X方向上的距离设定为x时，距离x和波长λ之间构成下面的(公式4)。 $\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{d\λ}}=\frac{L_f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g$ (公式4)

在(公式4)中，L_f是第二平板波导的焦距，n_g是阵列波导的群折射率。阵列波导的群折射率n_g可利用阵列波导的有效折射率n_c通过下面的(公式5)得到。 $n_g=n_c-{\mathrm{\λ}}_0\frac{d\·n_c}{\mathrm{d\λ}}$ (公式5)

上述(公式4)表示，可通过设置并形成光输出波导的输入端取出波长相差dλ的光，所述光输入波导的输入端设置并形成在沿X方向与第二平板波导的焦点O相隔距离dx的位置。

对于第一平板波导3也形成了类似(公式4)的关系。例如，将第一平板波导3的焦点中心设为点O’，在X方向上位于与该点O’偏移距离dx’的位置上的点设为点P’。在该情况下，当光传输到该点P’时，输出的光将偏移dλ’。该关系用下面的(公式6)表示。 $\frac{\mathrm{dx}}{d{\mathrm{\λ}}^{\′}}=\frac{L^{\′}f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g$ (公式6)

在(公式6)中，L_f’是第一平板波导的焦距。该(公式6)表示，在沿X方向与第一平板波导的焦点O’相隔距离dx’的位置上设置并形成光输入波导的输出端，可获得上述焦点O处形成的光输出波导中波长相差dλ’的光。

由此，当从阵列波导光栅的光输出波导输出的中心波长由于温度变化而偏移Δλ时，可通过在上述X方向上使光输入波导的输出端位置偏移距离dx’，以便设定dλ’＝Δλ，由此来校正中心波长偏移。例如，可通过焦点O处形成的光输出波导中的该偏移操作获得没有波长偏移的光。另外，因为对其它光输出波导也能产生类似上述作用，因此能够校正(解决)中心波长的上述偏移Δλ。

有在上述结构的本发明中，第一平板波导和第二平板波导中的至少一个在与穿过平板波导的光路交叉的面分开。在此，假定分隔第一平板波导进行论证。例如，利用滑移部件沿上述分隔面滑移被分开的第一平板波导中与光输入波导相连的分隔平板波导一侧(包括光输入波导)。由此，通过该滑移能够偏移上述每个中心波长。

另外，可利用上述滑移部件沿上述分隔面在降低上述每个中心波长的温度依存变化方向上移动分隔平板波导和光输入波导，从而使上述每个中心波长的温度依存变化Δλ(波长偏移)等于dλ。由此解决了上述与依存于温度的中心波长偏移问题。

严格说来，从光输入波导的输出端到阵列波导的输入端，通过改变光输入波导的输出端的位置能够略微改变第一平板波导内传输的光的焦距L_f’。然而，目前所采用的阵列波导光栅中第一平板波导的焦距数量级是几个毫米。与此相反，为校正阵列波导光栅的中心波长而移动的光输入波导的输出端位置的移动量为几微米到几十微米的数量级。即，上述光输入波导输出端位置的移动量与第一平板波导的焦距相比非常小。

因此，实际上可以考虑忽略上述焦距中的变化。于是，正如上面所述，如果分隔平板波导和光输入波导沿上述分隔面按降低阵列波导光栅中每个中心波长温度依存变化的方向移动，就能解决中心波长依存于温度发生偏移的问题。

在此，可预先导出温度变化量与光输入波导的位置校正量的关系。由于上述中心波长的温度相关性(由于温度产生的中心波长偏移量)可用上面的(公式3)表示，因此中心波长的偏移量Δλ可利用温度变化量T通过下面的(公式7)表示。 $\mathrm{\Δ\λ}=\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\·T$ (公式7)

当利用(公式6)和(公式7)计算温度变化量T和光输入波导的位置校正量dx’时，可导出下面的(公式8)。 ${\mathrm{dx}}^{\′}=\frac{L^{\′}f\·\mathrm{\ΔL}}{n_s\·d\·{\mathrm{\λ}}_0}{n}_g\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}\·T$ (公式8)

在本发明中，可根据温度利用上述滑移部件使第一平板波导和光输入波导的分隔平板波导沿上述分隔面滑移(公式8)所示的位置校正量dx’。通过该滑移能够解决由于温度产生的上述中心波长的偏移问题。

当阵列波导光栅的中心波长与例如栅波长等设定波长发生偏移时，校正该偏移也是非常重要的。正如上面所述，在本发明的阵列波导光栅中，如果与光输入波导相连的分隔平板波导一侧沿上述分隔面滑移，就能够偏移上述每个中心波长。因此，在本发明中，通过使滑移部件发生塑性变形等方式，按上述滑移方向改变滑移部件的长度，可使分隔平板波导沿上述分隔面发生滑移。由此在本发明中能够将阵列波导光栅的中心波长偏移成设定波长。

例如，可通过向滑移部件施加压应力和拉伸应力使该滑移部件发生塑性变形。另外，还能通过将装配部件装配到滑移部件内设置的洞或孔内来改变滑移部件在滑移方向上的长度。

通过将滑移部件的长度设定为能够校正阵列波导光栅中心波长与设定波长的偏移的长度，从而将阵列波导光栅的中心波长适当地设定到设定波长。

正如上面所述，在本发明中，滑移部件根据温度滑移分隔平板波导。由此，例如，如果通过该滑移降低了阵列波导光栅中心波长的温度相关性，就可以构造出极好的阵列波导光栅，其中，在使用温度范围内的任何温度下中心波长都能大致变成设定波长。

正如上面所述，可利用光的可逆性形成阵列波导光栅。因此，当设置了用于分隔第二平板波导和按降低上述每个中心波长的温度依存变化的方向沿上述分隔面滑移被分开的分隔平板波导的至少一侧时，也能获得类似效果。有该结构的阵列波导光栅中，可在使用温度范围内的任意温度下将中心波长设置成设定波长。

附图的简要说明

图1A是表示本发明阵列波导光栅第一实施例的主要部分结构的平面图。

图1B是该结构的侧视图。

图1C是表示按本发明第一实施例中设置的滑移部件的塑性变形操作的平面说明图。

图1D是表示该塑性变形操作的侧视图。

图2是代表性表示按本发明第一实施例的阵列波导光栅的中心波长校正过程的例子的说明图。

图3是表示用于按本发明第一实施例的阵列波导光栅的中心波长校正的夹具示例的说明图。

图4是表示光的传输特性图表，它表示：在施加进行该校正的应力时，在按本发明第一实施例阵列波导光栅的中心波长校正之前的光传输特性，和在中心波长校正后的光传输特性。

图5A是表示本发明第二实施例的阵列波导光栅主要部分结构的平面图。

图5B是表示图5A所示结构的侧视图。

图5C是表示第二实施例中设置的滑移部件的塑性变形操作的平面说明图。

图5D是表示该塑性变形操作的侧视图。

图6是表示按本发明第二实施例的阵列波导光栅的中心波长校正过程的典型示例的说明图。

图7A是表示本发明另一个实施例的阵列波导光栅主要部分结构的平面图。

图7B是表示图7A所示结构的侧视图。

图7C是表示图7A和7B所示实施例中设置的滑移部件的塑性变形操作的平面说明图。

图7D是表示该塑性变形操作的侧视图。

图8A是表示本发明另一实施例的阵列波导光栅主要部分的结构的平面图。

图8B是表示图8A所结构的侧视图。

图8C是表示图8A和8B所示实施例中设置的滑移部件的塑性变形操作的平面说明图。

图8D是表示该典型变形操作的侧视图。

图9A是表示本发明另一实施例的阵列波导光栅的主要部分结构的平面图。

图9B是表示图9A所示结构的侧视图。

图9C是表示图9A和9B所示实施例中设置的滑移部件的塑性变形操作的平面说明图。

图9D是表示该塑性变形操作的侧视图。

图10是表示阵列波导光栅中心波长的偏移与光输入波导和光输出波导的位置关系的说明图。

图11是表示传统阵列波导光栅的说明图。

图12A是表示从阵列波导光栅的一根光输出波导输出的光的光传输特性的示例的曲线图。

图12B是表示从阵列波导光栅的一根光输出波导输出的光的光传输特性的另一示例的曲线图。

图13是重叠和表示从阵列波导光栅的多个光输出波导输出的光的光传输特性的曲线图。

图14是表示从阵列波导光栅的一根光输出波导输出的光的光传输特性随温度偏移的示例的曲线图。

图15是表示通过设置传统Peltier装置构造的阵列波导光栅的说明图。

本发明的具体实施方式

现在将参照附图根据各实施例描述本发明，其中类似参考数字表示贯穿各附图的相应或相同的部件。

图1A和1B代表性地表示本发明中阵列波导光栅的第一实施例的示意图。图1A和1B分别是第一实施例中该阵列波导光栅的平面图和侧视图。

如图1A和1B所示，在第一实施例的阵列波导光栅中，在基板1上设置核心(core)波导结构。然而，在第一实施例的阵列波导光栅中，第一平板波导3在与穿过第一平板波导3的光路交叉的交叉面8上被分隔开来。

交叉面8从波导设置区域10的一侧端(图1A和1B的左手端侧)延伸到波导设置区域的中间部分。与第一平板波导3不交叉的非交叉面18与该交叉面8连通。在第一实施例中，非交叉面18垂直于交叉面8，但是也可以不垂直于交叉面8。图1A表示非交叉面18与交叉面8彼此垂直的状态。

交叉面8和非交叉面18将波导设置区域10分成第一波导设置区域10a和第二波导设置区域10b，第一波导设置区域包括位于一侧上的分隔平板波导3a，第二波导设置区域包括位于另一侧上的分隔平板波导3b。

由于上述第一波导设置区域10a和第二波导设置区域10b彼此分离，因此这些波导设置区域之间形成了一间隙。例如，图1A中所示A部分的距离(非交叉面8之间的距离)约设定为100um。图1A中所示B部分的距离(交叉面8之间的距离)约设定为25um。

在第一实施例中，设置了滑移部件17，它能根据阵列波导光栅的温度，使第一波导设置区域10a沿交叉面8相对第二波导设置区域10b产生移动。该滑移部件17可构造成使移动沿降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性的方向进行。

上述滑移部件17由热膨胀系数高于基板1的热膨胀系数的金属铜板制成。铜的热膨胀系数是1.65×10^-5(1/K)。滑移部件17的下侧设有粘接剂30，滑移部件17装配到波导设置区域10a、10b的固定部分上。

在第一实施例中，上述波导结构的每个参数按下述方式构成。

即，第一平板波导3的焦距L_f’和第二平板波导5的焦距L_f彼此相等，它们都设置为9mm(9000um)。25℃下第一平板波导3和第二平板波导5的两个等效折射率都设为n_s，相对于波长为1.55um的光的等效折射率设为1.453。另外，将阵列波导4的多个信道波导4a的相邻光路长度差ΔL设为65.2um，在阵列波导4末端，将相邻信道波导4a1之间的间隔d设置为15um。阵列波导光栅的衍射级m设为61，阵列波导4相对于波长为1.55um的光的等效折射率n_c设为1.451。阵列波导4相对于波长1.55um的光的群折射率n_g设为1.475。

由此，在第一实施例的阵列波导光栅中，从上面的(公式2)中能够看到，使衍射角Φ＝0的中心波长λ₀设置为λ₀＝1550nm。

在第一实施例中，通过移动分隔平板波导3a的一侧，实现的光输入波导2的输出端移动量设为dx’。在计算该移动量dx’与中心波长偏移量dλ’的相对值时，获得dx’＝25.6dλ’。于是可以看到，为了将中心波长改变0.1nm，需要在滑移部件17的纵向方向上使热膨胀系数利用区域的长度改变2.56um。

另外，由于基板1的热膨胀系数与滑移部件17的热膨胀系数相比非常小，因此可通过忽略基板1的热膨胀系数，来计算为补偿阵列波导光栅中心波长的温度相关性0.01nm/℃所需的铜板热膨胀系数利用区域的长度。于是，上述热膨胀系数利用区域的长度值J_c(计算值)设为J_c＝17mm。当通过实验根据该计算值计算滑移部件17的装配位置距离长度(图1A中的J)的最佳值时，发现将该最佳值设定为20mm就足够。

因此，在第一实施例中确定滑移部件17的整个长度和装配位置距离长度，以便将J的长度设定为20mm，由此制造出了阵列波导光栅。

另外，在第一实施例中，在滑移部件17中设置了孔部分38、39。正如图1C和1D中的箭头E所示，向滑移部件17施加拉伸应力，使滑移部件17按上述滑移方向(这些图中的X方向)发生塑性变形。

由于在滑移部件17中设置了孔部分39，因此能容易使滑移部件17发生变形。由于孔部分39的设置位置位于滑移部件17的中心部分，因此当大致维持滑移部件17在其弯曲方向上的力时，能使滑移部件17产生膨胀压缩。

将滑移部件17的长度设定为能够通过上述拉伸应力在滑移方向上产生塑性变形来校正与短波长侧的设定波长相偏离的阵列波导光栅中心波长的长度。

图1C和1D表示放大后的滑移部件17的长度改变量。即，图1C和1D表示放大后的非交叉面18的距离改变量。然而，该改变量与图1C和1D中输出的改变量相比实际要小得多。

例如，可利用应力施加装置——台钳49使上述滑移部件17发生塑性变形。即，将台钳49内设置的每个销钉55、56分别插入到滑移部件17的每个孔部件38内，来调节施加给滑移部件17的上述拉伸应力。在插入销钉55、56的状态下，操作手柄57调节销钉56的位置，来调节施加给上述滑移部件17的拉伸应力。

在第一实施例中，如图2所示，在向上述滑移部件17施加拉伸应力时，使放大自发射(ASE)光源42与阵列波导光栅的一根光输入波导2相连。另外，使光谱分析仪43与阵列波导光栅的一根光输出波导6相连。当通过光谱分析仪43监控阵列波导光栅的中心波长时，可沿图2中箭头所示方向向滑移部件17施加拉伸应力，使滑移部件发生塑性变形。

在图2中，参考数字21、22表示光纤阵列，参考数字23、25表示光纤，参考数字24表示光纤带。

图4的特征曲线a表示向滑移标记17施加拉伸应力以前阵列波导光栅的光传输损失特征(光传输光谱)。在第一实施例中，如图4的特性曲线b所示，当阵列波导光栅的中心波长约变化-0.5nm时，会释放拉伸应力，台钳49从滑移部件17处脱离开。另外，当在上述拉伸应力释放后测量阵列波导光栅的光传输光谱时，能获得由图4的特性曲线c表示的结果。

正如这些特性曲线a到c所示，在施加上述拉伸应力时或在释放拉伸应力后，除了中心波长与施加拉伸应力前的情况相比发生了偏移外，在光传输光谱中都没看到光学特性发生变化。

另外，尽管在施加上述拉伸应力时阵列波导光栅的中心波长偏移了-0.5nm，但在释放上述拉伸应力时中心波长的偏移量却是-0.1nm。这意味着滑移部件17发生了-0.1nm的塑性变形，这就是阵列波导光栅的中心波长偏移量。这还表示拉伸时通过施加该塑性变形和弹性变形实现的中心波长偏移量(改变量)为-0.5nm。

由此，最好是预先相对于向滑移部件施加拉伸应力的每个施加时间和拉伸应力的释放时间由初始值计算阵列波导光栅中心波长的改变量，从而获得预先期望的中心波长改变量。例如，在测得了这些中心波长改变量时，能将中心波长设置成栅波长。

正如上面所提到的，在阵列波导光栅中从每根光输出波导6输出的光的中心波长的温度相关性是相同的。由此，如上而所提到的，当将来自一根光输出波导6的中心波长设置成栅波长时，来自其它光输出波导6的中心波长也被设置成栅波长。

第一实施例就是按照上述方式构造的，如图1C和1D的箭头所示，在滑移方向上通过向滑移部件17施加拉伸应力使滑移部件17发生塑性变形。在第一实施例中，将滑移部件17的长度设置为通过该塑性变形能校正阵列波导光栅的中心波长与设定波长的偏离的长度。由此，在第一实施例中能通过非常简单的结构将阵列波导光栅的中心波长设置成设定波长(栅波长)。

另外，依照第一实施例，当阵列波导光栅的温度发生变化时，上述滑移部件17随温度膨胀和收缩。由于该膨胀和收缩，分隔平板波导3a的一侧沿分隔面8按降低阵列波导光栅的每个中心波长的温度依存变化的方向滑移。每个中心波长温度相关性的降低方向是图1A和1B的箭头C或D所指的方向。

因此，依照第一实施例，即使在阵列波导光栅的温度发生变化时，也能通过校正与设定波长的偏离来解决由该温度变化产生的中心波长偏移问题。即，在第一实施例中，可以设置与温度不相关的所谓温度无关型阵列波导光栅。

由此，在第一实施例中，可在使用温度范围内的任意温度下，将阵列波导光栅的中心波长设置成设定波长(栅波长)。

在0℃到80℃的范围内，当本发明人测量在第一实施例的阵列波导光栅中的中心波长的温度变化时，中心波长的偏移量不超过0.01nm。即，通过该测量，可以断言第一实施例的阵列波导光栅是中心波长几乎不会偏移的阵列波导光栅，即使温度在0℃到80℃的范围内变化时也是如此，该中心波长总是栅波长。

图5A和5B表示本发明第二实施例的阵列波导光栅的典型示意图。第二实施例的构造大致类似于上述第一实施例的构造。在该第二实施例的说明中，省略或简化与上述第一实施例重复的说明。

该第二实施例与上述第一实施例的特征区域在于：通过向滑移部件17施加压应力使滑移部件17按上述滑移方向(图5A和5B的X方向)产生塑性形变。如图5C和5D所示，是通过沿图5C和5D的箭头E方向从左侧和右侧夹住滑移部件17施加该压应力。在第二实施例中，滑移部件17中未设置孔部分38、39。

在第二实施例中，将滑移部件17的长度设定为可校正阵列波导光栅的中心波长与长波长侧的设定波长的偏离的长度，该校正是通过按上述滑移方向产生塑性变形实现的。

在图5C和5D中示出了滑移部件17的放大的长度变化量。即，示出了非交叉面18的放大的距离改变量。但是，滑移部件17的长度变化量实际上比这些图所示的变化量要小得多。

可利用诸如台钳等的压应力施加装置45实现上述塑性形变。压应力施加装置45具有调节滑移部件17的形变的导向器和通过向滑移部件17施加压应力，精确改变滑移部件17在其纵向方向上的长度的加压夹具48。

在第二实施例中，在向滑移部件17施加压应力时，与上述第一实施例类似的是，通过图6所示光谱分析仪43监控阵列波导光栅的中心波长。然后使滑移部件17发生塑性变形，以便使受监控的中心波长变成设定波长。

作为一个示例，在上述滑移部件17的塑性变形过程中，本发明人测量了滑移部件17发生塑性变形前从作为阵列波导光栅第8个端口的第8根光输出波导6输出的光的中心波长。结果，中心波长值为1550.20nm。因此，通过上述方法使滑移部件17沿上述滑移方向发生塑性变形，可使阵列波导光栅第8端口的中心波长变为上述栅波长1550.116nm。

在第二实施例中，当将来自一根光输出波导6的中心波长设定为栅波长时，来自其它光输出波导6的中心波长也被设定为栅波长。在第二实施例中也可以获得与上述第一实施例相类似的效果。

本发明并不限于上述各实施例，而是可以采用各种实施模式。例如，在第一实施例中，可通过向滑移部件17施加拉伸应力使滑移部件17发生塑性变形。然而，例如，如果利用台钳49将销钉56的位置调节方向设定为与实施第一实施例中的方向相反，由此可向滑移部件17施加压应力。在该情况下，阵列波导光栅的中心波长向长波长侧变化。

例如，如图7A和7B所示，可在滑移部件17的表面一侧上为拉伸夹具设置凹口32来设置滑移部件17。在该结构中，如图7C和7D的箭头E所示，可通过施加拉伸应力使滑移部件17发生塑性变形。例如，可利用图7D所示的拉伸夹具33施加拉伸应力。

在该结构中，与上述第一实施例类似，可通过使滑移部件17按上述滑移方向塑性变形，将阵列波导光栅的中心波长与设定波长的偏离校正到短波长侧。

另外，例如，如图8A和8B所示，还可以在滑移部件17的移动区域(这些图中用J表示的区域)上沿移动方向设置洞或孔34。如图8C和8D所示，还可以将作为装配部件的楔部件35装配到上述洞扩孔34中，所述楔部件具有大的插入部分，其直径大于上述洞或孔34的开口直径。在该情况下，还可以通过楔部件35装配到洞或孔34中将滑移部件17的长度设置成能校正阵列波导光栅的中心波长与设定波长的偏离的长度。由此，能够获得与上述第一实施例类似的效果。

在图8C和8D所示的结构中，由于楔部件35装配到洞或孔34中，因此不必通过滑移部件17的形变就能使滑移部件17发生塑性变形。即，还可以将楔部件35向洞或孔34的装配设定到所谓的弹性形变范围，其中当楔形部件35从洞或孔34上拆下时，滑移部件17的长度恢复到其原始长度。

另外，例如，本发明的阵列波导光栅还可以按照图9A、9B、9C和9D所示的方式构造。在该结构中，可在滑移部件17的移动区域(图9A中用J表示的区域)内沿其滑动方向设置作为洞或孔的螺纹孔36，将作为装配部件的锥形螺钉37装配到螺纹孔36中。锥形螺钉37是具有大直径部分的螺钉，其直径大于螺钉孔36的开口直径，且直径朝顶端渐渐减小。在该情况下，通过将锥形螺钉37装配到螺钉孔36中，把滑移部件17的长度设定为用于校正阵列波导光栅的中心波长与设定波长的偏离的长度，由此也能获得类似效果。

在该结构中，还可以将由于锥形螺钉37装配到螺钉孔36中引起的滑移部件17的形变设定到上述弹性形变范围。另外，在该结构中，能非常容易地通过锥形螺钉37的插入深度精细调节滑移部件17的形变量。

另外，在该结构中，还可以通过调节锥形螺钉37的紧固量来增加和缩短滑移部件17的长度。因此，在该结构中能够将中心波长略微调节到长波长侧和短波长侧。

例如，可按照以下方式调节上述锥形螺钉37的紧固量。首先，将滑移部件17装配到阵列波导光栅中，其中所示滑移部件17预先处于使锥形螺钉37插到螺钉孔36的中间部分。此后，在想要将阵列波导光栅的中心波长校正到短波长侧时，通过加深锥形螺钉37插入螺钉孔36的深度来加长滑移部件17的长度。与此相反，在想要将阵列波导光栅的中心波长校正到长波长侧时，通过使锥形螺钉37插入螺钉孔36的深度变浅并移出锥形螺钉37来缩短滑移部件17的长度。

另外，在上述第二实施例中，可向滑移部件17施加图5C所示X方向上的压应力。然而，在第二实施例的结构中，例如，还可以改变滑移部件17在上述滑移方向上的长度，使通过沿图5C的Y方向施加压应力来加长该长度。滑移部件17的滑移方向是图5A和5C所示的X方向。

正如上面所提到的，并不特别限定滑移部件17的形变方法，它可以按需要适当设定。重要的一点是，要将滑移部件17的长度设定成能通过滑移部件17沿上述滑移方向发生的形变校正阵列波导光栅中心波长与设定波长的偏差的长度。在调节滑移部件17的长度的阵列波导光栅中能够获得与上述各实施例相同的效果。

另外，正如上面所提到的，在通过例如塑性变形等各种方法使滑移部件17发生变形时，最好在监控阵列波导光栅中心波长的同时使滑移部件17发生形变。即，优选使滑移部件17沿分隔平板波导的分隔面移动，从而受监控的中心波长可变为设定波长。

另外，在上述各实施例中，分隔开第一平板波导，但也可以分隔开第二平板波导5。即，由于阵列波导光栅是利用光的可逆性形成的，因此即使在分隔第二平板波导5时也能获得与上述实施例相同的效果。

在该情况下，滑移部件17还发生塑性形变。此后在第二平板波导5被分离的结构中，通过滑移部件17使分隔开的平板波导的至少一侧，按降低上述每个中心波长温度依存变化的方向沿上述表面滑移。由此也能够获得与上述各实施例相同的效果，并能解决上述每个中心波长发生温度依存变化的问题。

另外，第一平板波导3或第二平板波导5每个的间隔面(交叉面)8并不限于上述各实施例中与X轴大致平行的表面。交叉面8还可以设置成相对X轴倾斜的倾斜面。即，将交叉面8设置成能在与穿过被分隔波导的光路交叉的表面上分隔平板波导的表面就足够了。

另外，在上述各实施例中，沿交叉面8滑移分隔平板波导3a的一侧的滑移部件17设置成使滑移部件17横跨第一和第二波导设置区域10a、10b。然而，并不对滑移部件17的设置方式作具体限制，可以按需要对其进行适当设置。

例如，设置阵列波导光栅的基座，将第二波导设置区10b装配到该基座上，将第一波导设置区10a设定得可相对基座作自由滑移。将滑移部件17的一端装配到基座上，而另一端装配到第一波导设置区10a上。还可以根据温度利用滑移部件17的热膨胀和收缩使第一波导设置区10a沿上述分隔面8滑移。

在上述各实施例中，滑移部件17可由金属铜制成，但它还可以由除铜以外的其它金属制成。另外，滑移部件17还可以由除金属以外的热膨胀系数大于阵列波导光栅的每个基板和波导设置区热膨胀系数的材料制成。然而，由于相对金属来说容易实现塑性形变等过程，因此其优点是，在滑移部件17由金属制成时容易制造出阵列波导光栅。

另外，如前所述，还可以不设置滑移部件，利用由于热产生的膨胀收缩移动上述分隔平板波导。例如，还可以将滑移部件17的一端装配到分隔平板波导上，将滑移部件17的另一端设置移动上述分隔平板波导的机械移动装置和电移动装置中的至少一种装置上，以此移动分隔平板波导。

另外，构成本发明阵列波导光栅的各波导2、3、4a、5、6的有效折射率、波导数量、波导尺寸等都不是特别限定而是适当设定的。

工业实用性

正如上面所提到的，因为本发明中的阵列波导光栅能够在任意温度、例如使用温度范围内将中心波长大致设置成设定波长，因此阵列波导光栅可适用于波分多路复用传输的光传输装置。

Claims (11)

1.一种阵列波导光栅，其包括：

波导结构，具有：至少一个光输入波导，与至少一个光输入波导的发射边相连的第一平板波导，与第一平板波导的发射边相连、且由长度彼此相差设定量的并排设置的多个信道波导构成的阵列波导，与阵列波导的发射边相连的第二平板波导，多个并排设置且与第二平板波导的发射边相连的光输出波导；

在基板上形成波导结构；

平板波导是通过在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上分隔开所述第一平板波导和第二平板波导的至少一个波导形成的；

设置一滑移部件，它根据温度沿所述分隔面滑移被分隔开的分隔平板波导的至少一侧，来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；以及，

滑移部件的长度设置成能通过滑移方向的塑性变形校正阵列波导光栅的中心波长与设定波长的偏差的长度。

2.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其中，通过向滑移部件施加压应力使滑移部件发生塑性变形。

3.根据权利要求1所述的阵列波导光栅，其中，通过向滑移部件施加拉伸应力使滑移部件发生塑性变形。

4.一种阵列波导光栅，包括：

可在基板上形成波导结构，使第一平板波导与至少一个光输入波导的发射边相连，阵列波导由用于传输从第一平板波导发出的光的、并排设置的多个信道波导构成，其中，所述信道波导的长度彼此相差设定量，该阵列波导与第一平板波导的发射边相连，第二平板波导与阵列波导的发射边相连，以及多个并排设置的光输出波导与第二平板波导的发射边相连；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面上的所述第一平板波导和第二平板波导中的至少一个波导，形成分隔平板波导；

设置一滑移部件，它根据温度沿所述分隔面滑移被分隔开的分隔平板波导来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

在滑移部件的移动区域内沿其滑动方向设置洞或孔；

将所述滑移部件的长度设置成能校正阵列波导光栅中心波长与设定波长的偏差的长度，该校正是通过将具有尺寸大于洞或孔开口尺寸的大插入部分的装配部件装配到所述洞或孔中来实现的。

5.根据权利要求4所述的阵列波导光栅，其中将装配部件设置成朝其顶端直径渐小的锥形螺钉。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的阵列波导光栅，其中滑移部件由金属制成。

7.一种校正阵列波导光栅中心波长的方法，其包括：

波导结构具有至少一根光输入波导、与至少一根光输入波导的输出端相连的第一平板波导，与第一平板波导的发射边相连的阵列波导，该阵列波导由多个长度彼此相差设定量的并排设置的信道波导构成，与阵列波导的发射边相连的第二平板波导，多个与第二平板波导的发射边相连的并排设置的光输出波导；

波导结构设置在基板上；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面处的所述第一平板波导和第二平板波导中的至少一个波导形成分隔平板波导；

在阵列波导光栅中设置滑移部件，它根据温度沿所述分隔面滑移所述被分隔开的分隔平板波导的至少一侧来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；以及，

通过使滑移部件发生塑性变形，沿所述分隔面移动所述分隔平板波导的至少一侧，从而将阵列波导光栅的中心波长设定为设定波长。

8.根据权利要求7所述的校正阵列波导光栅中心波长的方法，其中，通过向上述滑移部件施加压应力使滑移部件发生塑性变形。

9.根据权利要求7所述的校正阵列波导光栅中心波长的方法，其中，通过向上述滑移部件施加拉伸应力使滑移部件发生塑性变形。

10.一种校正阵列波导光栅中心波长的方法，其包括：

波导结构具有：至少一根光输入波导；与光输入波导的输出端相连的第一平板波导；与第一平板波导的发射边相连的阵列波导，该阵列波导由多个长度彼此相差设定量且并排设置的信道波导构成；与阵列波导的发射边相连的第二平板波导；以及多个并排设置且与第二平板波导的发射边相连的光输出波导；

波导结构设置在基板上；

分隔在与穿过平板波导的光路交叉的交叉面处分隔所述第一平板波导和第二平板波导的至少一个波导，形成分隔平板波导；

在阵列波导光栅中设置滑移部件，它根据温度沿所述分隔面滑移所述被分隔开的分隔平板波导的至少一侧，来降低阵列波导光栅中心波长的温度相关性；

在滑移部件移动区域内沿其滑动方向设置了洞或孔；以及，

在滑动方向上改变所述滑移部件的长度，通过将具有尺寸大于洞或孔的开口尺寸的大插入部分的装配部件装配到所述洞或孔内，沿所述分隔面移动分隔平板波导的至少一个，从而将阵列波导光栅的中心波长设定为设定值。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的校正阵列波导光栅中心波长的方法，其中，当监控上述阵列波导光栅的中心波长的同时，通过滑移部件使分隔平板波导沿分隔面移动，从而将受监控的中心波长设置成设定波长。

Images