一种带有螺旋弯曲波导的阵列波导光栅

摘要

本发明公开的带有螺旋弯曲波导的阵列波导光栅，在输入自由传播区域和输出自由传播区域间连接有波导阵列，波导阵列有两种方案。一种是：每条阵列波导由一个螺旋弯曲波导、多段直波导和多段弯曲波导连接而成；另一种是：第一条阵列波导由多段直波导和多段弯曲波导连接而成，除第一条阵列波导之外的其它各条阵列波导均由一个螺旋弯曲波导、多段直波导和多段弯曲波导连接而成。本发明将螺旋弯曲波导引入到阵列波导中，增大了设计自由，能使AWG的尺寸显著减小。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光波导集成领域，特别是涉及一种带有螺旋弯曲波导的阵列波导光栅。

背景技术

Si和SiO₂的高折射差(2.0)为实现纳米光波导和超小尺度的集成光波导器件提供了可能性，已有不少相关研究的报道。基于纳米波导的超小尺度光器件越来越具有吸引力。阵列波导光栅(AWG)是一种最具代表性的集成型光波导器件，具有优越的性能和广泛的应用，是波长路由器、多波长接收器、多波长激光器、上下路插分复用器等光通信模块中的核心器件。阵列波导光栅不仅可以用作波分(解)复用器件，还可作为波长路由器、梳状滤波器等。对于AWG波长路由器和梳状滤波器，有Δλ_FSR＝N_chΔλ_ch，其中Δλ_FSR为自由频谱范围，Δλ_ch为通道间隔，N_ch为通道数。此时Δλ_FSR通常较小，根据m＝λ_c/(Δλ_FSRN_g/n_g)，故而衍射级次很大。相应地，阵列波导光栅相邻波导长度差也要求很大。例如，对于Δλ_ch＝0.4nm、Δλ_FSR＝0.8nm的梳状滤波器来说，其衍射级次接近10³(对应的长度差ΔL达数百微米)。此时，若采用传统的阵列波导光栅结构，相邻阵列波导间距要非常大(几百微米)，远远大于硅纳米光波导的去耦合间距很小(～1.5μm)。因此，若采用传统的阵列波导光栅结构，不能充分发挥硅纳米光波导去耦合间距小的特点和优势。尽管硅纳米光波导的弯曲半径很小，但整个器件尺寸仍然相对较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高衍射级次的带有螺旋弯曲波导的阵列波导光栅，以减小阵列波导光栅的尺寸，提高了集成度。

为达上述目的，本发明采用以下两种技术解决方案：

方案1：

带有螺旋结构的阵列波导光栅，包括与输入波导连接的输入自由传播区域以及与输出波导连接的输出自由传播区域，在输入自由传播区域和输出自由传播区域间连接有波导阵列，每条阵列波导包含了四段直波导、两段弯曲波导和螺旋弯曲波导，第一直波导的一端和输入自由传播区域的输出端相连，第一直波导的另一端依次经第一弯曲波导、第二直波导、螺旋弯曲波导、第三直波导、第二弯曲波导与第四直波导的一端相连，第四直波导的另一端与输出自由传播区域的输入端相连。

方案2：

带有螺旋结构的阵列波导光栅，包括与输入波导连接的输入自由传播区域以及与输出波导连接的输出自由传播区域，在输入自由传播区域和输出自由传播区域间连接有波导阵列，波导阵列中除第一条阵列波导以外的其它各条阵列波导包含了四段直波导、两段弯曲波导和螺旋弯曲波导，第一直波导的一端和输入自由传播区域的输出端相连，第一直波导的另一端依次经第一弯曲波导、第二直波导、螺旋弯曲波导、第三直波导、第二弯曲波导与第四直波导的一端相连，第四直波导的另一端与输出自由传播区域的输入端相连；所说的第一条阵列波导包含了五段直波导和四段弯曲波导，第五直波导的一端和输入自由传播区域的输出端相连，第五直波导的另一端依次经第三弯曲波导、第六直波导、第四弯曲波导、第七直波导、第五弯曲波导、第八直波导、第六弯曲波导与第九直波导的一端相连，第九直波导的另一端与输出自由传播区域的输入端相连。

上述两方案中的输入自由传播区域和输出自由传播区域可以交叠，也可以不交叠。通常为进一步减小器件尺寸，宜采用交叠为好。

本发明具有的优点是：

1.将螺旋弯曲波导引入到阵列波导中，可在小面积范围内延长波导长度，实现很大的光程差，实现了结构紧凑的高衍射级AWG；

2.将螺旋弯曲波导引入到阵列波导中，增大了设计自由度。

附图说明

图1是方案1带有螺旋结构的阵列波导光栅结构示意图；

图2是方案2带有螺旋结构的阵列波导光栅结构示意图。

具体实施方式

参照图1，带有螺旋结构的阵列波导光栅包括与输入波导1连接的输入自由传播区域2以及与输出波导13连接的输出自由传播区域12，图示实例中，输入自由传播区域2和输出自由传播区域12交叠。在输入自由传播区域2和输出自由传播区域12间连接有波导阵列，每条阵列波导包含了四段直波导3、5、9、11，两段弯曲波导4、10和螺旋弯曲波导14；第一直波导3的一端和输入自由传播区域2的输出端相连，第一直波导3的另一端依次经第一弯曲波导4、第二直波导5、螺旋弯曲波导14、第三直波导9、第二弯曲波导10与第四直波导11的一端相连，第四直波导11的另一端与输出自由传播区域12的输入端相连。

参照图2，带有螺旋结构的阵列波导光栅包括与输入波导1连接的输入自由传播区域2以及与输出波导13连接的输出自由传播区域12，图示实例中，输入自由传播区域2和输出自由传播区域12交叠。在输入自由传播区域2和输出自由传播区域12间连接有波导阵列，波导阵列中除第一条阵列波导以外的其它各条阵列波导包含了四段直波导3、5、9、11、两段弯曲波导4、10和螺旋弯曲波导14，第一直波导3的一端和输入自由传播区域2的输出端相连，第一直波导3的另一端依次经第一弯曲波导4、第二直波导5、螺旋弯曲波导14、第三直波导9、第二弯曲波导10与第四直波导11的一端相连，第四直波导11的另一端与输出自由传播区域12的输入端相连；所说的第一条阵列波导包含了五段直波导15、17、19、21、23和四段弯曲波导16、18、20、22，第五直波导15的一端和输入自由传播区域2的输出端相连，第五直波导15的另一端依次经第三弯曲波导16、第六直波导17、第四弯曲波导18、第七直波导19、第五弯曲波导20、第八直波导21、第六弯曲波导22与第九直波导23的一端相连，第九直波导23的另一端与输出自由传播区域12的输入端相连。