WO2015070692A1 - 阵列波导光栅 - Google Patents

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冯文友
陈贵明
李朝阳
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四川飞阳科技有限公司
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    • G02B6/12009Light guides of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides

Abstract

一种阵列波导光栅,包括:位于AWG芯片(201)的光栅区域(2011)背面的加热电极(204),加热电极(204)与光栅区域(2011)的基材直接接触,加热电极(204)在通电时产生热量。阵列波导光栅,避免了使用现有技术中为实现加热的目的而设置的加热片(105)和导热铝板(104)。加热电极(204)在通电时产生的热量能够直接传递给AWG芯片(201)的基材,从而可使器件达到热平衡的时间极大的减少,缩短了AWG的启动时间。加热电极(204)直接集成在AWG芯片(204)的光栅区域(2011)基材上,相对于现有技术中单独设置的加热片(105)和导热铝板(104),使AWG的体积减小、结构简化。

Description

阵列波导光栅
本申请要求于2013年11月15日提交中国专利局、申请号为201310572853.8、发明名称为“阵列波导光栅”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域,更具体地说,涉及一种阵列波导光栅。
背景技术
AWG(Arrayed Waveguide Grating,阵列波导光栅)通常用于DWDM系统(Dense Wavelength Division Multiplexing,密积型波分复用器)的复用及解复用。AWG通过波导光栅衍射实现分波,其中,ITU(Inter-national Telecommunication Union,国际通信联盟)中心波长与波导光栅的材料折射率相关,保证ITU中心波长满足要求,就需要波导光栅的材料折射率稳定。由于波导的基材是石英,其折射率与温度相关,因此,控制ITU中心波长就需控制温度或进行其它补偿。
加热型AWG是采用控制温度的方法实现对ITU中心波长的控制的。如图1和图2所示,目前加热型AWG的基本结构包括:AWG核心组件,所述AWG核心组件包括AWG芯片101、与所述AWG芯片101的输入端相连的输入光纤阵列102和与所述AWG芯片101的输出端相连的输出光纤阵列103,其中,所述AWG芯片101的中间区域为光栅区域;位于所述AWG芯片背面的导热铝板104;位于所述导热铝板104背离所述AWG芯片101的一面上的加热片105;用于将所述AWG芯片101、导热铝板104和加热片105固定在一起的支架框106。除上述结构外,加热型AWG还包括:热敏电阻(图中未示出)、电路板(图中未示出)等结构。
当需要对AWG进行加热时,对加热片105通电,使其产生的热量通过导热铝板104传递给AWG芯片101,从而使AWG的温度升高。但是,由于上述加热 方法通过导热铝片104传热,因此达到热平衡时间需10至15分钟,造成AWG的启动时间较长。
发明内容
本发明提供了一种阵列波导光栅,以缩短AWG的启动时间。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种阵列波导光栅,包括:AWG核心组件,所述AWG核心组件包括中间区域为光栅区域的AWG芯片,所述阵列波导光栅还包括:位于所述AWG芯片的光栅区域背面的加热电极,所述加热电极与所述光栅区域的基材直接接触,所述加热电极在通电时产生热量。
优选的,所述加热电极为弯折分布的加热丝。
优选的,所述加热电极呈S型或呈N型弯折分布。
优选的,所述加热电极为整片的结构。
优选的,所述加热电极的材料为铬、铬合金、钨或钨合金。
优选的,所述阵列波导光栅还包括:位于所述AWG芯片背面,且分别与所述加热电极的两端电性相连的第一焊盘和第二焊盘,所述第一焊盘和所述第二焊盘分别与正极和负极电性相连。
优选的,所述第一焊盘和所述第二焊盘分别位于所述AWG芯片的两端。
优选的,所述第一焊盘和所述第二焊盘位于所述AWG芯片的同一端。
优选的,所述第一焊盘和所述第二焊盘的材料为金、铝或铝硅合金。
优选的,所述阵列波导光栅还包括:位于所述AWG芯片背面的支撑结构,所述支撑结构用于支撑所述AWG芯片。
与现有技术相比,本发明所提供的技术方案至少具有以下优点:
本发明所提供的阵列波导光栅,避免了使用现有技术中为实现加热的目的而设置的加热片和导热铝板,在AWG芯片的光栅区域的背面设置加热电极,加热电极与光栅区域的基材直接接触,加热电极在通电时产生的热量能够直接传递给AWG芯片的基材,从而可使器件达到热平衡的时间极大的减少,缩短 了AWG的启动时间。
并且,加热电极直接集成在AWG芯片的光栅区域上,这相对于现有技术中单独设置的加热片和导热铝板,使AWG的体积减小、结构简化。
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附图。
图1为现有技术中AWG的正面结构图;
图2为现有技术中AWG的背面结构图;
图3为本发明实施例所提供的AWG的正面结构图;
图4为本发明实施例所提供的AWG的背面结构图;
图5为本发明实施例所提供的AWG的加热电极和焊盘的结构图;
图6为本发明实施例所提供的AWG的加热电极和焊盘的另一种结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本实施例提供了一种阵列波导光栅,如图3和图4所示,该阵列波导光栅包括:AWG核心组件,所述AWG核心组件包括中间区域为光栅区域2011的AWG芯片201,该阵列波导光栅还包括:位于所述AWG芯片201的光栅区域2011背面的加热电极204,所述加热电极204与所述光栅区域2011的基材直接接触,所述加热电极204在通电时产生热量。
需要说明的是,AWG芯片光栅区域的基材即AWG芯片的基材,优选为硅基。
由于加热电极204与AWG芯片201集成在一起,二者之间直接接触,因此当加热电极204通电产生热量时,能够迅速的将热量传导给AWG芯片的基材,实现对AWG芯片的加温,达到热平衡的时间少于10分钟。而现有技术中,单独设置加热片,由加热片产生热量,再通过导热铝片传导热量至AWG芯片上,热传导速度较慢,达到热平衡的时间通常在15分钟左右。因此,本实施例所提供的技术方案,器件达到热平衡的时间更短,从而使AWG的启动时间极大的缩短。
之所以将加热电极204设置在AWG芯片光栅区域2011的背面,是由于AWG芯片本身是导热器件,器件要控制光栅区域温度,因此将加热电极204电极放在光栅区域2011对温度的控制精度更高。
另外,由于直接将加热电极204集成在AWG芯片201上,避免了使用加热片和导热铝板,所用部件更少,因此,本实施例中的AWG的结构比现有技术中的更简单,器件出现故障时维护时间更少和备库部件更少,器件使用的可靠性更高,在器件系统切换或升级时性能更优。
加热电极204与AWG芯片201集成在一起的方式优选为加热电极204附着在AWG芯片201光栅区域背面的基材上。
加热电极204的具体结构本实施并不限定,优选的可以为整片的结构,如:整片的金属层或金属薄膜,也可以为弯折分布的加热丝。当加热电极204为加热丝时,其具体的弯折形态可以根据实际情况设计,本实施例中加热电极204优选的可以呈S型或呈N型弯折分布;进一步的,为了提高热传导的均匀性,并且增加加热面积,优选的可以增加S型或N型加热丝的分布密度。
本实施例中,所述加热电极204的材料优选为铬、铬合金、钨或钨合金,在本发明的其它实施例中,也可以选择其它的材料形成加热电极204。
加热电极204的形成方法简单来说为:在制作完毕的AWG芯片的光栅区域背面形成加热电极,具体细节步骤可根据实际情况设计。以加热电极204为弯折分布的加热丝为例,其形成过程优选的可为:采用蒸发、溅射、化学气相淀积、电镀等工艺在AWG芯片光栅区域的背面生长电极层,采用光刻工艺和腐蚀工艺去除一部分电极层材料,以在电极层上形成弯折分布的加热丝的图案,最后对AWG芯片进行清洗等标准清洁工艺,得到集成有加热电极的AWG芯片。
经过具体的核算对比可知,本实施例制作阵列波导光栅比现有技术中单独设置加热片和导热铝板的阵列波导光栅的制作成本更低。
为了优化AWG的性能,使加热电极能够更方便的通电,本实施例所提供的AWG优选的还包括:位于所述AWG芯片201的背面,且分别与所述加热电极204的两端电性相连的第一焊盘205和第二焊盘206,所述第一焊盘205和所述第二焊盘206分别与正极和负极电性相连。
根据加热电极的分布形式不同,第一焊盘和第二焊盘的位置也会不同。如图5所示,加热电极301的两端分别靠近AWG芯片的两端,则第一焊盘302和第二焊盘303分别位于AWG芯片的两端(即输入端和输出端)。如图6所示,加热电极401的两端均靠近AWG芯片的一端,则第一焊盘402和第二焊盘403位于AWG芯片的同一端(即输入端或输出端),这种设置形式连接线更短、更紧凑。
第一焊盘和第二焊盘的材料可根据实际情况选择,本实施例中所述第一焊盘和所述第二焊盘的材料优选为金、铝或铝硅合金。
另外,本实施例中所提供的AWG优选的还包括:位于所述AWG芯片背面的支撑结构,所述支撑结构用于支撑所述AWG芯片。
由于本实施例中的支撑结构仅用于支撑AWG芯片,因此,其体积相对于现有技术中用来将AWG芯片、导热铝板和加热片固定在一起的支架框小的多,从而本实施例中的AWG的体积相对于现有技术减小。
需要说明的是,本实施例中所述的“正面”和“背面”仅仅是为了区分 AWG芯片的相对的两侧,并不代表实际的意义,也不能对AWG芯片本身的结构、加热电极、焊盘等的具体位置构成限定。
本实施例所提供的AWG,避免采用单独设置加热片和导热铝板控制器件温度的方式,其AWG芯片的光栅区域背面直接集成了加热电极,从而加热电极通电产生的热量能够更迅速的传导至AWG芯片上,实现对AWG温度的控制。相比现有技术中的AWG,本实施例中的AWG达到热平衡所需的时间更短,因此器件启动更快,并且使用部件减少,结构更简单,器件出现故障的几率更少,可靠性增强,器件系统切换或升级时性能更优。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

  1. 一种阵列波导光栅,包括:AWG核心组件,所述AWG核心组件包括中间区域为光栅区域的AWG芯片,其特征在于,所述阵列波导光栅还包括:
    位于所述AWG芯片的光栅区域背面的加热电极,所述加热电极与所述光栅区域的基材直接接触,所述加热电极在通电时产生热量。
  2. 根据权利要求1所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述加热电极为弯折分布的加热丝。
  3. 根据权利要求2所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述加热电极呈S型或呈N型弯折分布。
  4. 根据权利要求1所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述加热电极为整片的结构。
  5. 根据权利要求1所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述加热电极的材料为铬、铬合金、钨或钨合金。
  6. 根据权利要求1所述的阵列波导光栅,其特征在于,还包括:位于所述AWG芯片背面,且分别与所述加热电极的两端电性相连的第一焊盘和第二焊盘,所述第一焊盘和所述第二焊盘分别与正极和负极电性相连。
  7. 根据权利要求6所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述第一焊盘和所述第二焊盘分别位于所述AWG芯片的两端。
  8. 根据权利要求6所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述第一焊盘和所述第二焊盘位于所述AWG芯片的同一端。
  9. 根据权利要求6所述的阵列波导光栅,其特征在于,所述第一焊盘和所述第二焊盘的材料为金、铝或铝硅合金。
  10. 根据权利要求1~9任一项所述的阵列波导光栅,其特征在于,还包括:位于所述AWG芯片背面的支撑结构,所述支撑结构用于支撑所述AWG芯片。
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