CN206863273U - 一种无热阵列波导光栅波分复用器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种无热阵列波导光栅波分复用器，包括底座、阵列波导光栅芯片和补偿调节螺杆，芯片设置于底座的表面上；底座被切割面切割成第一子底座及第二子底座，第一子底座及第二子底座可相对移动地连接；芯片被切割面切割成第一芯片体和第二芯片体；切割面穿过芯片的输入平板波导内或输入平板波导的入口端面；第一芯片体设置于第一子底座上，第二芯片体设置于第二子底座上；补偿调节螺杆的两端分别与第一子底座及第二子底座连接。本实用新型通过切割芯片，并设置补偿调节螺杆，使芯片受温度影响而产生变化时，补偿调节螺杆的膨胀使平面波导移动，补偿了温度对芯片中心波长的影响，消除了温度变化对芯片中心波长产生的偏移影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种无热阵列波导光栅波分复用器。
背景技术
随着通信技术及其业务的飞速发展，大容量光纤通信系统的研究具有很大的应用价值。迄今已获得的光纤最大传输容量只相当于其潜在容量的0.24。密集波分复用(DWDM)技术能很好地挖掘光纤的传输潜能，对它的研究与应用正在同时进行基于阵列波导光栅(AWG)的光器件在WDM技术中有重要的应用前景，其研究与开发工作最近几年得到了很快的发展。
AWG的概念首先是由荷兰Delft大学的Smit在1988年提出的；其重要的应用价值引起了NTT公司和Bell实验室等的关注，研究人员在Si和InP材料上研制了不同指标的AWG器件样品.并开始用于系统。随着通信业务的发展和传输容量的激增，密集波分复用系统(DWDM)越来越受到人们的重视。早期应用于北美骨干网络的DWDM，现在已经迅速的推进到全世界，而且广泛应用到了城域网之中。DWDM的通信信道已由原来的16、32，发展到40甚至更多。
现有技术中，国内外开发的DWDM技术主要有三种类型，它们分别基于阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)、介质膜滤光片(TFF)以及光纤光栅(FBG)技术。其中，AWG是一种平面波导器件，是利用PLC技术在芯片衬底上制作的阵列波导光栅；与FBG和TTF相比，AWG具有集成度高、通道数目多、插入损耗小，易于批量自动化生产等优点。
但是，普通的AWG是利用硅基二氧化硅制作而成，而二氧化硅的热光系数为正，硅的热膨胀系数也为正；因此，传统的硅基AWG芯片对温度比较敏感(中心波长随温度的漂移为0.011nm/℃)，当温度每上升一度时，AWG芯片各通道波长约有0.0112纳米的增加。而DWDM系统中各信道之间波长间隔很小，为了降低信道间的串扰，AWG的中心波长必须稳定。
现有技术为了解决上述硅基AWG芯片对温度敏感的特点，通常使用温度控制器和温度控制电路来稳定中心输出波长；但是，这也增加了AWG芯片的成本、尺寸，并且限制了AWG的应用范围。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供无热阵列波导光栅波分复用器。
本实用新型的提供一种无热阵列波导光栅波分复用器，包括底座1、阵列波导光栅芯片4和补偿调节螺杆3，所述阵列波导光栅芯片4设置于所述底座1的表面上；所述底座1被切割面切割成第一子底座11及第二子底座12，所述第一子底座11及所述第二子底座12可相对移动地连接；所述阵列波导光栅芯片4被所述切割面切割成第一芯片体41和第二芯片体42；所述切割面穿过所述阵列波导光栅芯片4的输入平板波导402内或所述输入平板波导402的入口端面；所述第一芯片体41设置于所述第一子底座11上，所述第二芯片体42设置于所述第二子底座12上；所述补偿调节螺杆3的两端分别与所述第一子底座11及所述第二子底座12连接。
其中，所述底座1上设置有切割线，所述切割线沿所述阵列波导光栅芯片4的自由波导横向方向；所述阵列波导光栅芯片4沿所述切割线被所述切割面切割，所述第一芯片体41和第二芯片体42之间形成直线槽5。
其中，所述阵列波导光栅芯片4包括至少一个输入波导401、输入平板波导402、阵列波导403、输出平板波导404和至少一个输出波导405；所述输入波导401依次与所述输入平板波导402、所述阵列波导403、所述输出平板波导404和所述输出波导405连接。
所述无热阵列波导光栅波分复用器还包括至少四个螺母2；所述补偿调节螺杆3通过至少两个所述螺母2与所述第一子底座11连接；所述补偿调节螺杆3通过至少两个所述螺母2与所述第二子底座12连接。
其中，所述底座1为金属底座，所述阵列波导光栅芯片4粘贴固定在所述金属底座上。
其中，所述阵列波导光栅芯片4为52通道阵列波导光栅芯片。
其中，所述直线槽5内设置有UV硅胶，所述螺母2与所述补偿调节螺杆3之间设置有螺纹胶。
其中，所述切割面与所述底座1及所述阵列波导光栅芯片4的上表面垂直。
其中，所述底座1的热膨胀系数小于0.7×10-6℃，所述补偿调节螺杆3的热膨胀系数为12.7×10-6℃，所述螺母2的热膨胀系数小于1.8×10-6℃。
本实用新型提供的无热阵列波导光栅波分复用器，通过切割AWG芯片，并设置补偿调节螺杆，使AWG芯片受温度影响而产生变化时，补偿调节螺杆的膨胀使平面波导移动，补偿了温度对AWG中心波长的影响，消除了温度变化对AWG中心波长产生的偏移影响，降低了AWG芯片的成本和尺寸；并且两个子底座可相对移动地连接使得底座易于制造，芯片易于切割，复用器作为一个整体易于安装。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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附图。
图1为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的底座的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的阵列波导光栅芯片的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的传统AWG芯片工作原理示意图；
图5为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的无热AWG芯片工作原理示意图；
图6为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的无热AWG芯片补偿曲线；
图中，1：底座；11：第一子底座；12：第二子底座；2：螺母；3：补偿调节螺杆；4：阵列波导光栅芯片；41：第一芯片体；42：第二芯片体；5：直线槽；401：输入波导；402：输入平板波导；403：阵列波导；404：输出平板波导；405：输出波导。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
图1为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的结构示意图，如图1所示，包括底座1、阵列波导光栅芯片4和补偿调节螺杆3，所述阵列波导光栅芯片4设置于所述底座1的表面上；所述底座1被切割面切割成第一子底座11及第二子底座12，所述第一子底座11及所述第二子底座12可相对移动地连接；所述阵列波导光栅芯片4被所述切割面切割成第一芯片体41和第二芯片体42；所述切割面穿过所述阵列波导光栅芯片4的输入平板波导402或所述输入平板波导402的入口端面；所述第一芯片体41设置于所述第一子底座11上，所述第二芯片体42设置于所述第二子底座12上；所述补偿调节螺杆3的两端分别与所述第一子底座11及所述第二子底座12连接。
其中，图3为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的阵列波导光栅芯片的结构示意图，阵列波导光栅芯片4(以下简称AWG芯片)，通常为如图3所示的曲线形。
具体地，本实用新型实施例主要提供一种用于WDM系统中密集波分复用器件，且无需外部能耗，仅通过底座1和补偿调节螺杆3的配合达到在-20°到80°之间的中心波长稳定的阵列波导光栅波分复用器。
所述复用器主要包括底座1、AWG芯片4和补偿调节螺杆3，AWG芯片4固定设置在底座1的上表面上，底座1用于对AWG芯片4的固定和限位。
底座1和AWG芯片4均被切割面切割，例如使用自动切割机；能够将AWG芯片4的自由波导切断，并使切割端面平整；AWG芯片4被切割成两个部分：第一芯片体41和第二芯片体42；其中，第一芯片体41的尺寸小于第二芯片体42，第一芯片体41与第二芯片体的尺寸比可以为3:7；并且，切割端面为AWG芯片4的输入平板波导402中或者输入平板波导的入口端面。
而底座1也被同一切割面切割，被分为两部分：第一子底座11和第二子底座12；第一子底座11和第二子底座12可以是完全断开的，完全断开后，第一子底座11和第二子底座12可以相对移动；或者第一子底座11和第二子底座12可以是不完全断开的，但部分连接的第一子底座11和第二子底座12仍能够相对移动。第一芯片体41对应固定在第一子底座11上，第二芯片体42对应固定在第二子底座12上。
补偿调节螺杆3的一端与第一子底座11连接，补偿调节螺杆3的另一端与第二子底座12连接；补偿调节螺杆3的长度随着温度的变化而变化，从而调整第一子底座11和第二子底座12的相对位置；进一步调整第一芯片体41和第二芯片体42的位置，使波导输入端相对阵列光栅的位置发生偏移，通过控制平板波导的聚焦点来实现中心波长的稳定。
因此，AWG芯片4的中心波长可以在封装时进行调整，这样可以消除AWG芯片生成过程中本身的中心波长不一致性，使得无热AWG芯片能够进行产品化。
图4为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的传统AWG芯片工作原理示意图、图5为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的无热AWG芯片工作原理示意图。如图4所示，(a)为传统AWG芯片在低温状态下焦点转移的示意图，(b)为传统AWG芯片在中温状态下的示意图，(c)为传统AWG芯片在高温状态下焦点转移的示意图；如图5所示，(a)为无热AWG芯片在低温状态下波导通过热收缩而移动的示意图，(b)为无热AWG芯片在中温状态下的示意图，(c)为无热AWG芯片在高温状态下波导通过热膨胀而移动的示意图。由图4和图5可知，传统AWG芯片的焦点随温度变化而转移，无热AWG芯片的焦点随温度变化而保持稳定。
AWG芯片4依靠热膨胀系数大的补偿调节螺杆3带动输入端的波导移动，其移动距离与材料本身的热膨胀系数和金属的补偿调节螺杆3的长度有关；输入波导随温度移动的距离dX与环境温度T变化满足下述公式：
其中，Lf为平板波导部分的聚焦长度，D为相邻阵列波导之间间距，ΔL为相邻阵列波导的长度差，λo为中心波长，ng为群折射率，ns为平板波导的有效折射率。
图6为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的无热AWG芯片补偿曲线，AWG芯片的折射率变化以及金属的热膨胀系数尽管近似为常数，确均有一定的温度相关性，所以，实际补偿后的波长与温度的关系会呈现为一个如图6所示的凹陷。
本实用新型提供的无热阵列波导光栅波分复用器，通过切割AWG芯片，并设置补偿调节螺杆，使AWG芯片受温度影响而产生变化时，补偿调节螺杆的膨胀使平面波导移动，补偿了温度对AWG中心波长的影响，消除了温度变化对AWG中心波长产生的偏移影响，降低了AWG芯片的成本和尺寸；并且两个子底座可相对移动地连接使得底座易于制造，芯片易于切割，复用器作为一个整体易于安装。
在上述任一实施例的基础上，所述底座1上设置有切割线，所述切割线沿所述阵列波导光栅芯片4的自由波导横向方向；所述阵列波导光栅芯片4沿所述切割线被所述切割面切割，所述第一芯片体41和第二芯片体42之间形成直线槽5。
图2为本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器的底座的结构示意图，如图2所示，可以预先在底座1上设置一条切割线；将AWG芯片4设置在底座1的预定位置后，该切割线也是沿着AWG芯片4的自由波导横向方向；在切割时，可以直接沿该切割线进行切割，最后形成直线槽5。
另外，切割后可以采用清洗液对直线槽5进行清洗。
通过预先在底座上设置切割线，安装完AWG芯片后进行切割，方便地控制直线槽的位置。
在上述任一实施例的基础上，所述阵列波导光栅芯片4包括至少一个输入波导401、输入平板波导402、阵列波导403、输出平板波导404和至少一个输出波导405；所述输入波导401依次与所述输入平板波导402、所述阵列波导403、所述输出平板波导404和所述输出波导405连接。
如图3所示，采用至少一个输入波导401、输入平板波导402、阵列波导403、输出平板波导404和N个输出波导405，组成共同沉积在硅衬底上的曲线形AWG芯片4。
在上述任一实施例的基础上，所述无热阵列波导光栅波分复用器还包括至少四个螺母2；所述补偿调节螺杆3通过至少两个所述螺母2与所述第一子底座11连接；所述补偿调节螺杆3通过至少两个所述螺母2与所述第二子底座12连接。
如图1所示，螺母2用于固定补偿调节螺杆3与底座1；补偿调节螺杆3通过两个螺母2与第一子底座11连接；同样地，补偿调节螺杆3通过两个螺母2与第二子底座12连接。
并且，通过调节螺母2能够调整第一芯片体41和第二芯片体42的相对位置，进一步调节中心波长。
在上述任一实施例的基础上，所述底座1为金属底座，所述阵列波导光栅芯片4粘贴固定在所述金属底座上。
具体地，底座1为金属材质，AWG芯片4粘贴并固化在金属底座上；金属底座应当具有较小的热膨胀系数，用于对AWG芯片4的固定。
在上述任一实施例的基础上，所述阵列波导光栅芯片4为52通道阵列波导光栅芯片。
具体地，AWG芯片4具有52通道，并且可以通过调节螺母2，使52通道AWG芯片4的中心波长为ITUT波长。
在上述任一实施例的基础上，所述直线槽5内设置有UV硅胶，所述螺母2与所述补偿调节螺杆3之间设置有螺纹胶。
具体地，切割完直线槽5之后，在直线槽5上点上UV硅胶，进行粘连；在螺母2和补偿调节螺杆3之间点上螺纹胶，进行固定。
在上述任一实施例的基础上，所述切割面与所述底座1及所述阵列波导光栅芯片4的上表面垂直。
具体地，使切割面与上表面垂直能够获得垂直的切口端面，不影响AWG芯片4的使用性能。
在上述任一实施例的基础上，所述底座1的热膨胀系数小于0.7×10-6℃，所述补偿调节螺杆3的热膨胀系数为12.7×10-6℃，所述螺母2的热膨胀系数小于1.8×10-6℃。
具体地，在-40～85℃时，底座1的热膨胀系数小于0.7×10-6℃，补偿调节螺杆3的热膨胀系数为12.7×10-6℃；当AWG芯片受到温度的影响每摄氏度变化11.4pm，螺杆的膨胀使平面波导移动，补偿温度对AWG中心波长的影响。
针对本实用新型上述实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器，本实用新型实施例还提供制造上述无热阵列波导光栅波分复用器的方法：
步骤1，如图3所示，准备包括至少一个输入波导401、输入平板波导402、阵列波导403、输出平板波导404和至少一个输出波导405组成共同沉积在硅衬底上的曲线形AWG芯片；准备如图2所示的底座1；
步骤2，采用夹具及粘接胶，将曲线形AWG芯片4粘贴并固化在金属底座1的表面上；
步骤3，将固化在夹层上的曲线形AWG芯片4固定在芯片夹具上，将输入光纤阵列和输出光纤阵列固定在光纤阵列夹具上并分别放置在六维微调整架上，进行与曲线形AWG芯片4的输入波导和输出波导的耦合调试后，进行紫外胶固化；
步骤4，将固化在夹层(图2)上的曲线形AWG芯片4沿分割线切割线割切开形成一个直线槽5；具体沿AWG芯片4的自由波导横向方向采取直线切割的方式将AWG芯片4切成3:7两部分，并且第一芯片体41小于第二芯片体42；
步骤5，将第二AWG芯片与基板粘接固定在一起；
步骤6，用纯净水和清洗液将直线槽5清洗干净，并点上UV硅胶；
步骤7，将补偿调节螺杆3安装在金属底座1上，调节两边的螺母2，使AWG芯片4的中心波长为ITUT波长，将螺母2固定并打上螺纹胶；
步骤8，将制作的无热AWG从夹具上取下，制作完成。
本实用新型实施例提供的无热阵列波导光栅波分复用器，在AWG平板波导入口处或平板波导中切断，使AWG芯片分成两部分，温度变化时，补偿板膨胀或者收缩，使输入端相对阵列光栅的位置发生偏移，通过控制平板波导的聚焦点来实现中心波长的温度稳定；解决了AWG芯片中心波长的偏移，支持AWG各种高通道的需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，包括底座(1)、阵列波导光栅芯片(4)和补偿调节螺杆(3)，所述阵列波导光栅芯片(4)设置于所述底座(1)的表面上；
所述底座(1)被切割面切割成第一子底座(11)及第二子底座(12)，所述第一子底座(11)及所述第二子底座(12)可相对移动地连接；
所述阵列波导光栅芯片(4)被所述切割面切割成第一芯片体(41)和第二芯片体(42)；所述切割面穿过所述阵列波导光栅芯片(4)的输入平板波导(402)内或所述输入平板波导(402)的入口端面；
所述第一芯片体(41)设置于所述第一子底座(11)上，所述第二芯片体(42)设置于所述第二子底座(12)上；所述补偿调节螺杆(3)的两端分别与所述第一子底座(11)及所述第二子底座(12)连接。
2.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述底座(1)上设置有切割线，所述切割线沿所述阵列波导光栅芯片(4)的自由波导横向方向；所述阵列波导光栅芯片(4)沿所述切割线被所述切割面切割，所述第一芯片体(41)和第二芯片体(42)之间形成直线槽(5)。
3.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述阵列波导光栅芯片(4)包括至少一个输入波导(401)、输入平板波导(402)、阵列波导(403)、输出平板波导(404)和至少一个输出波导(405)；
所述输入波导(401)依次与所述输入平板波导(402)、所述阵 列波导(403)、所述输出平板波导(404)和所述输出波导(405)连接。
4.根据权利要求2所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，还包括至少四个螺母(2)；
所述补偿调节螺杆(3)通过至少两个所述螺母(2)与所述第一子底座(11)连接；
所述补偿调节螺杆(3)通过至少两个所述螺母(2)与所述第二子底座(12)连接。
5.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述底座(1)为金属底座，所述阵列波导光栅芯片(4)粘贴固定在所述金属底座上。
6.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述阵列波导光栅芯片(4)为52通道阵列波导光栅芯片。
7.根据权利要求4所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述直线槽(5)内设置有UV硅胶，所述螺母(2)与所述补偿调节螺杆(3)之间设置有螺纹胶。
8.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述切割面与所述底座(1)及所述阵列波导光栅芯片(4)的上表面垂直。
9.根据权利要求4所述的无热阵列波导光栅波分复用器，其特征在于，
所述底座(1)的热膨胀系数小于0.7×10-6℃，所述补偿调节螺杆(3)的热膨胀系数为12.7×10-6℃，所述螺母(2)的热膨胀系数 小于1.8×10-6℃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3745171A4 (en) * | 2018-01-24 | 2021-12-08 | Polslab Inc. | ATHERMAL NETWORK WAVEGUIDE NETWORK USING PRECISE PARALLEL MOVEMENT MODULE, AND MANUFACTURING PROCESS |
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2017
- 2017-09-22 CN CN201721223528.0U patent/CN206863273U/zh active Active
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| EP3745171A4 (en) * | 2018-01-24 | 2021-12-08 | Polslab Inc. | ATHERMAL NETWORK WAVEGUIDE NETWORK USING PRECISE PARALLEL MOVEMENT MODULE, AND MANUFACTURING PROCESS |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |