非規(guī)則排列陣列波導光柵結構的制作方法

專利名稱：非規(guī)則排列陣列波導光柵結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陣列波導光柵結構，尤其是一種非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，屬于 集成光學器件領域。
背景技術：
陣列波導光柵(AWG)是一種重要的角色散型無源器件，以其設計靈活、濾波特性良 好、性能穩(wěn)定可靠、插入損耗小、易于集成等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用。隨著人們對大 容量數據交換的需求不斷增加，大通道數的陣列波導光柵成了目前一個重要的研究方向。 另一方面，全光網絡中也迫切需要一種能夠工作在各個波段陣列波導光柵。
如圖1所示，傳統(tǒng)的陣列波導光柵通常由輸入波導l、第一平板波導2、波導陣列3、第 二平板波導4、輸出波導5組成，這些部件集成在同一襯底上。通常兩個平板波導又稱為自 由傳播區(qū)域(FPR)，而其中的波導陣列3是整個陣列波導光柵的核心，輸入/輸出波導分別 位于兩個羅蘭圓(Rowland圓)圓周上， 一般對稱地分布在器件的兩端。兩個自由傳播區(qū)(羅 蘭圓結構)由陣列波導連接，陣列波導中各個波導在兩個羅蘭圓的接口處等間隔排列，且 相鄰波導的長度差為一常數，該常數等于陣列波導光柵中心通道波長的整數倍。不同波長 的光信號通過輸入波導進入自由傳播區(qū)域(第一平板波導)，發(fā)生衍射，耦合入陣列波導， 經過陣列波導的色散作用，引起波前傾斜，再經過第二個自由傳播區(qū)(第二平板波導)在輸 出波導端的不同位置上成像，完成解復用功能。反之，可將不同輸入波導中的具有不同波 長的光信號匯集到同一根輸出波導中，完成復用功能。
由于傳統(tǒng)AWG的陣列波導部分采用的是等間隔排列，相鄰陣列波導間的光程差也都相 等，這就導致了一個不容忽視的缺點波導陣列對光束的偏轉角度受到柵瓣的限制，通常 只有幾度，在要求通道數很大的情況下，要求AWG的平板波導區(qū)很長，因而使得整個AWG 的面積急劇增大，以至于無法制作在一片晶片上。由于波導的彎曲半徑已經可以做得很小， 達到2000wm左右，因此對大通道數陣列波導光柵來說，影響器件尺寸的關鍵因素就是自 由傳播區(qū)的長度。已知的現(xiàn)有技術中，在單片4英寸晶片上制作的AWG的最大通道數為512， 日本制造商NTT制作的超過1000個通道數的AWG是通過制作在幾片晶片上實現(xiàn)的，這不 僅對微電子工藝是個嚴峻的考驗，也極大地增加了成本。在目前光通信對大通道數的陣列 波導光柵的迫切要求下，低成本的大通道數陣列波導光柵越來越受到了人們的關注。然而 由于傳統(tǒng)陣列波導光柵結構和原理上的限制，傳統(tǒng)的大通道數的陣列波導光柵必然導致器 件尺寸很大，以至于相應的加工難度增大，甚至無法集成在一片晶片上。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種新的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構及其構造方法， 這種結構在實現(xiàn)大通道數時能明顯地減小器件的尺寸，這樣不僅降低了器件的制作難度， 還增加了器件的集成度，降低了成本。本發(fā)明是基于這樣的構思由于非規(guī)則排列的波導 陣列具有很大的光束偏轉角度，可以用來改善大通道數陣列波導光柵因為偏轉角度受到柵
瓣限制而導致的器件過大的問題，從而大大提高在單個晶片上集成大通道數陣列波導光柵 的能力。
根據以上發(fā)明構思，非規(guī)則排列陣列波導光柵的結構依次包括輸入波導、第一平板 波導、波導陣列、第二平板波導和輸出波導，其特征在于，所述的波導陣列是非等間隔排 列的，相鄰的陣列單元波導間的光程差不完全相等。
所述相鄰的陣列波導間的間隔非規(guī)則和光程差不完全相等可以有很多種實現(xiàn)方法，較 佳地有下面兩種。
第一種實現(xiàn)方法所述陣列波導由L個陣列單元個數(也就是光波導個數)組成，相鄰 單元間距di和相鄰單元光程差ncAli (i=l,2,…，L-1)滿足如下的關系-
"X =夂y^
其中，nc為波導的基模等效折射率，i-l,2,…，L-1， ns為平板波導的等效折射率，ki 為波導陣列的衍射級數，ga為角度偏轉范圍因子，IAWG波導陣列的最大偏轉角度為士 arcsin(l/ga)， Ao為中心波長，即，如果要求非規(guī)則陣列波導光柵(IAWG)的工作波長在
PH 12之間，則中心波長Ao-(、+入2)/2， A入max =(入2-^1)/2, △入=入0-入，入為工作波長
范圍內的任意波長。在實際的設計中，如果所有的通道不需要對稱分布，則中心波長入o
的取值可以在("+X2)/2的基礎上作小范圍的調整，AAmax也可以在a2-^)/2的基礎上作 小范圍的調整。制作一個實際的非規(guī)則陣列波導光柵需要確定陣列波導的結構尺寸，也就
是要確定陣列單元個數L，相鄰單元間距di和相鄰單元光程差ncAli，通常的做法是，先在 一定范圍內選取L個ki的值(都為整數， 一般允許重復選取)，然后根據公式(l)分別確定 出di和ncAli來。這些參數很大程度上決定了整個陣列波導光柵的性能，優(yōu)化這些參數是 優(yōu)化整個器件的性能的第一步，因而這一部分參數的確定和優(yōu)化也是整個設計的關鍵。
第二種實現(xiàn)方法所述的波導陣列包括若干個非等間隔排列的子波導陣列(簡稱子陣
列)，每個子陣列都具有相同的特征，共用一組結構尺寸參數，所述的特征參數包括陣列
單元(波導)數N、相鄰單元間距di和相鄰單元光程差ncAlj (i:l，2,…，N-l)，其中nc為
波導的基模等效折射率，Ali為相鄰單元波導的長度差。各個子陣列之間的關系，由另一
組結構參數即母陣列的特征參數來描述，包括子陣列的個數M、相鄰子陣列的間距Dj和相 鄰子陣列的光程差ncALj (j-l,2，…，M-1)，其中Dj為相鄰子陣列對應波導間(在各自子 陣列中處于相同位置的兩個波導)的間距，ALj為相應的長度差。這三個參數分別與上述 子陣列的三個參數N, di，和Ali對應，且描述的是各個子陣列之間的關系，因此將這三個參 數所描述的陣列稱為母陣列。從邏輯結構上看，整個陣列波導可以看成是由滿足這些關系 的"子波導陣列"所組成的大的陣列，其參數包括子陣列的個數M、相鄰子陣列之間相應 陣列單元間的間隔Dj和相鄰子陣列之間相應陣列單元間的光程差ALj 。
當子陣列和母陣列的對應的結構參數分別滿足一定的關系時，整個非規(guī)則陣列波導光 柵的各個陣列單元才能夠在主瓣方向上相位一致，形成相干加強的主瓣，而在其他任何方 向上相位都各不相等，不形成相干加強，以噪聲的形式分布在主瓣周圍。主瓣的方向隨輸 入光波長的變化而改變，從而達到角色散的效果，可用來完成復用和解復用的功能。這種 關系可以用下述公式表示
<formula>formula see original document page 6</formula>(2)
<formula>formula see original document page 6</formula>(3)
其中，ns為平板波導的等效折射率，Pi為子陣列的衍射級數，qj為母陣列的衍射級數，ga 為角度偏轉范圍因子，IAWG波導陣列的最大偏轉角度為<formula>formula see original document page 6</formula>/為中心波長， 即，如果要求非規(guī)則陣列波導光柵(IAWG)的工作波長在、 ^2之間，則中心波長 入0=(、+人2)/2， <formula>formula see original document page 6</formula>為工作波長范圍內的任意波長。在實 際的設計中，中心波長入0的取值可以在<formula>formula see original document page 6</formula>的基礎上作小范圍的調整，AAmax也可
以在a廠m)/2的基礎上作小范圍的調整。較佳地，相鄰子陣列間的間距要大于每個子陣 列自身的寬度與相鄰單元波導之間的最小間隔之和。
上述非規(guī)則排列陣列波導光柵的構造方法的設計思路是陣列波導區(qū)的設計就是分別
確定子陣列和母陣列所包含的單元(波導)個數N、 M，相鄰單元的間距di, Dj和光程差A
li, ALj。同樣，這些參數很大程度上決定了整個陣列波導光柵的性能，優(yōu)化這些參數是優(yōu)
化整個器件的性能的第一步，因而這一部分參數的確定和優(yōu)化也是整個設計的關鍵。從公式(2)和(3)可以推導出非規(guī)則陣列的主瓣方向為
6L" =arcsin(-~^~~). (4)
本發(fā)明的技術效果是針對大通道數陣列波導光柵的單片集成需求和制作成本降低的 趨勢，通過非規(guī)則排列波導陣列的陣列單元，可以消除規(guī)則波導陣列中由于單元間距不可 能做得很小而導致的柵瓣，從而使波導陣列對光束的偏轉角度增大并且不受柵瓣的限制， 大大減小了自由傳播區(qū)的長度，從而縮小了大通道數陣列波導光柵的器件尺寸，實現(xiàn)大通 道數陣列波導光柵的單片集成，以降低制作成本。主要應用于光學濾波，光通信，光網絡 等領域。


圖1表示現(xiàn)有的陣列波導光柵的結構示意圖； 圖2表示本發(fā)明實施例之一的結構示意圖3表示本發(fā)明另一實施例的非規(guī)則陣列波導光柵的結構示意圖4 (a)和(b)分別表示本發(fā)明實施例一和二的仿真結果(全部1075通道的傳輸譜)； 圖5 (a)和(b)分別表示實施例一和二的任一通道的傳輸譜；
圖6 (a)和(b)分別表示實施例一和二的折中工作模式的傳輸譜(即只使用其中的64 或者128個連續(xù)通道，這種工作模式可以在IAWG的整個工作波長范圍內的任意位置)。
具體實施例方式
以下結合附圖，通過兩種實現(xiàn)方法的實施例更詳細地描述本發(fā)明，但不構成對本發(fā)明 的限制。
實施例一不包含子陣列的非規(guī)則排列陣列波導光柵的實現(xiàn)。
(1) 假定設計要求為波長范圍(相當于傳統(tǒng)AWG中的自由譜范圍)1.435um 1.650 um，通道間隔AA為0.2nm，通道總數為Nch=1075個，這些是最基本的參數。將中心波 長入o定為(1. 435+1. 650) /2 = 1. 5425 y m，定義參數△入隨=(1. 65-1. 435) /2=0. 1075 y m。
(2) 作為一個例子，采用常用的折射率差為2.5%的硅基二氧化硅材料來實現(xiàn)該器件， 波導的芯子截面尺寸設計為3umX3um，則根據BPM數值計算可知，其陣列波導的基模等 效折射率nc為1.482043，自由傳播區(qū)的等效折射率ris為1.457507。
(3) 先根據子陣列單元波導的寬度a確定衍射角度，通常用e二人/a來估算。單元波 導的寬度通常由制作器件的材料、波導的設計結構、器件對插入損耗的要求、微加工方的
加工水平等幾個方面決定的，本實施例中取入為1.55um用于估算，a=3ym，所對應的衍射 角度為e=、/a"29.6。。
(4) 確定角度偏轉范圍因子ga， IAWG的陣列波導輻射光束的最大偏轉角度為 arcsin(l/ga)。 IAWG的陣列波導的角度偏轉范圍要小于單個陣列波導單元的衍射角度，即 arcsin(l/ga)《9/2，或者ga>l/sin( e/2) "4，否則IAWG的通道均勻性變差；當然ga 越大，通道均勻性越好，代價是器件損耗增加，尺寸也可能增大。根據以上條件，本實 施例中選取ga=10. 5994。
(5) 根據波導的尺寸和結構，以及芯子和包層間的折射率差等參數確定單元波導間的 最小間距(即陣列中所有相鄰單元間隔di中的最小值(di)mJ ，在設計時通常使相鄰波導間
的串擾低于-1 OOdB，本實施例中取(di) min = 12 u m。
(6) 為了使通道間的串擾和各個通道的損耗達到一個合理的水平，同時考慮到單片集 成能力，選取陣列波導的個數為1400個。接下來選定1399個衍射級數(也就是一組整數)， 用于確定整個波導陣列的尺寸，包括相鄰波導單元間距di和相鄰單元長度差A" (i-l，2，…，1399)。這組整數選定后整個陣列波導區(qū)的尺寸參數就都定下來了，器件的性 能也隨之確定了，因此實際上設計整個陣列波導區(qū)的參數就是如何選定這組整數的問題。 對IAWG來說，這套衍射級數的選擇對其性能的影響很顯著，很大程度上決定了器件的串 擾，因而成了整個設計過程中的一個關鍵步驟之一，對器件性能的前期優(yōu)化工作也是優(yōu)化 這套整數。
通常是在某個給定的范圍內選取出一組衍射級數的，不同的整數組合和排列所得到的 器件性能都有所不同，利用遺傳算法，模擬退火算法等優(yōu)化算法可以搜索出一組使得器件 性能最好的整數組合和排列來。先計算出波導陣列所對應衍射級數ki的最小值為nsx (di)*/ (AAmaxXga) " 16，其中ns為光在兩個自由傳播區(qū)的等效折射率。通常把整數 ki的選擇范圍取為(di)^ 2(di)^之間，這樣既可以得到較好性能，也不會產生較大的器件
尺寸，當然如果能夠得到更好的器件性能的話，這個范圍也可以擴大。事實上，在利用遺 傳算法等方法對波導陣列的衍射級數選取組合進行優(yōu)化時，其選取范圍也是需要優(yōu)化的目
標之一。
本實施例中子陣列的選取范圍選為16 48之間。隨機選取出以下一組衍射級數ki:
27 34 24 34 38 36 29 22 37 16 25 27 24 34 30 38 26 33 24 19 32 19 19 35 36 25
37 18 21 24 23 26 26 21 27 38 31 36 38 19 17 29 20 32 28 35 17 33 28 34 37 19 38
26 36 22 23 34 22 21 33 18 38 37 21 27 17 24 16 18 25 18 26 17 30 28 20 31 18 31
25 27 25 21 27 26 35 21 21 17 32 28 24 23 16 37 29 36 18 30 28 25 19 28 36 16 29
28 28281722231920183530352716353816332926382618332818 36
2038302717192738292618283617203732233331342121361632 38
3437302431342824362235262937263718362022262824342338 22
3737211721362428373630352925273525312126272134172524 30
2730332425242418213237283524312124272636352935342016 18
2017193035191922242829282034192716262835281824243526 26
3218303427282722372133173816203730323428383026161734 19
2823181921232518321932351618293424312418283138373725 33
1832282731342218342326373833341725322834161922293034 35
3227222437361618332237221821203238331928303731343228 22
1938243236361725183428282516182418373318303322312323 23
2016343034261922383017243138272523322624241834373320 22
2736362623322017363724162838203324343828213024282335 21
3219283237291619221624161832312026322918221935372325 37
2132331724353638302923303129232032173131293721222218 28
2517253819182729242520362816222617232529202419212321 28
20 33362132343716271638373638381620211727262235192926 21
2216331724321933251720162036272117162521183218182119 35
2034342638243817292921201631323129162329292035333326 34
3235233516282030271637371926341934283018283524332624 37
2925223132313018342527172028203022192936353536172138 29
3334292831172127243226273429273432252631333218302435 20
27 35201632362738203421293526252723332326182722362429 18
2816363318371821231629273417383433191619223137163129 33
3128173838333121253523382218251716362430253816322020 19
2831333419301718251619313617262026351731163530243828 16
2738363218162218202224343617352631191927373629303029 22
23 33273219312732342018271936302926172228301823293834 35
3738343032172916242823302525312721183429162422203638 28
3219372023233235201628292232262222323736163721322016 20
1722382418322531353830242534333522283629293021343629 20
16 3817262424273023183118363135253223372630162324263627
24 25252919352238202029303730331916182831362223233422 3520 3531353826242931303731181824203433172133222416181831
23 28232329342920262830243327323519342623171820291729 2318 3234172620342131333822222023241826293118323030353537
19 3521182426362122291626182337332036351633202619372131
28 3232201729173629272323271829263837231921211627352231
22 2920182030342518212432362934302030173632221716323123
20 2430223438213223323016173028292420312722283031271929
37 3619281936333636302321323227183638292838282828362822
24 2431272124211936192330162835381638162223211838212433
23 3533371619331820343426362926203229352422262116223119
16 2020222529302624341635303716222027253718302030233216
29 3633262628321719371736292334222532332420293526323128
29 1825172021343625343730193322302832362836162532302723
16 2226282618202934262419192924162120331928211825223122
23 30 29 30 22 33 33 32 18 19 25 38 20 20 35 18 26 29 25 34 32 28 31
得到波導陣列的衍射級數kj后，就可以根據公式(l)得到波導陣列的各個相鄰單元間 距di和各個相鄰單元間的長度差Ali，這樣整個非規(guī)則相控陣的陣列波導部分的尺寸就完 全確定了。非規(guī)則相控陣其他部分的尺寸的確定與常規(guī)相控陣完全相同。
根據上述的設計方法，可以得到如圖2所示的非規(guī)則排列陣列波導光柵。
實施例二包含子陣列的非規(guī)則排列陣列波導光柵的實現(xiàn)
作為實施例一的一種特殊情況，實施例二的設計思想是在實施例一基礎上的進一步改 進和優(yōu)化，其結構設計如下
步驟(1) 一 (5)同實施例一； (6)為了使通道間的串擾和各個通道的損耗達到一個合理的水平，同時考慮到單片集 成能力，子陣列單元數N設計為40個，母陣列單元數M設計為35個，子陣列和母陣列的
單元數越多則串擾越小，但代價是器件的尺寸增大，要在器件尺寸和串擾之間找到一個平 衡，這里選定的子陣列和母陣列的單元個數所對應的串擾約為-20dB，當然經過合理優(yōu)化， 這個串擾還可以進一步降低，這一點后面還會講到。
接著為子陣列和母陣列選定兩組各自陣列的衍射級數，也就是兩組整數，每組整數的 個數分別為子陣列和母陣列的單元數減l，即分別為39個和34個，用于確定子陣列和母 陣列各個單元的具體尺寸，包括相鄰單元間距di， Dj和相鄰單元的長度差Ali， ALj (i=l, 2，…，39， j=l, 2,…，34)。規(guī)則陣列波導光柵和非規(guī)則陣列波導光柵的區(qū)別就在于， 前者的衍射級數各自相等，相當于只有一個整數，而后者的衍射級數不完全相等，因而有 很多個衍射級數(子陣列有N-l個，母陣列有M-l個)。這兩組整數選定后整個陣列波導區(qū) 的尺寸參數就都定下來了，器件的性能也隨之確定了，因此實際上設計整個陣列波導區(qū)的 參數就是如何選定兩組整數的問題。對IAWG來說，兩套衍射級數的選擇(分別對應子陣列 和母陣列)對其性能的影響很顯著，很大程度上決定了器件的串擾，因而成了整個設計過 程中的一個關鍵步驟之一，對器件性能的前期優(yōu)化工作也是優(yōu)化這兩套整數。
兩組整數分別是在兩個不同的范圍內選定的，不同的整數組合和排列所得到的器件性 能都有所不同，利用遺傳算法，模擬退火算法等優(yōu)化算法可以搜索出兩組使得器件性能最 好的整數組合和排列來。先計算出子陣列所對應衍射級數Pi的最小值為nsX(di)mi / (A
入maxXga) " 16，其中ns為光在兩個自由傳播區(qū)的等效折射率。通常把整數Pi的選擇范
圍取為(di)^ 2(di)^之間，這樣既可以得到較好性能，也不會產生較大的器件尺寸，當 然如果能夠得到更好的器件性能的話，這個范圍也可以擴大。事實上，在利用遺傳算法等 方法對子陣列和母陣列的整數選取組合進行優(yōu)化時，他們各自的選取范圍也是需要優(yōu)化的 目標之一。
按照上面的步驟選好一組子陣列的衍射級數后，接下來就是選擇母陣列相應的衍射級 數了。母陣列所對應的整數選擇范圍與子陣列的整數選取有關系。由于相鄰子陣列間的間 距必須大于每個子陣列本身的寬度，否則相鄰兩個子陣列的首尾陣列單元會出現(xiàn)重疊的情 況，而且至少要比每個子陣列的寬度大(di)一，否則相鄰兩個子陣列首尾兩個單元之間的間 距就會小于(di)^,這將導致這兩個單元間出現(xiàn)不希望的耦合。因此(0》一=1^+ (di)min， 由于子陣列整數的選取是隨機的(我們采用了隨機選取整數的方法，當然也可以不是隨機 的，但特征是陣列單元間距不完全相等。)，這就導致每次選取出來的整數組合所得到子 陣列總寬度Edi (因為Ed產A入隨XgaXi:pi/ns)—般各不相同，所以為了使相鄰子陣列首 尾兩個單元間的間隔大于(di)^，必須先選定子陣列的尺寸，再選定母陣列的尺寸。至于母 陣列衍射級數的選取范圍，通常為了盡可能地壓縮器件的尺寸(衍射級數取得越大，相應
的單元間距和光程差也越大，這將導致器件尺寸增大。)，模擬比較發(fā)現(xiàn)，范圍選為(Dj)min (Di)min+ (di)min,或者(Dj)min (Dj)min + 2(di)mh，兩者所對應器件的性能差別不大。
本實施例中子陣列的選取范圍選為16 32之間。隨機選取出以下一組衍射級數Pill28 17 18 23 25 30 30 29 20 22 30 30 26 25 26 18 22 25 16 18 16 30 23 18 17 29 30 18 18 16 22 16 21 28 18 20 24 21 25
在這個基礎上，選取母陣列所對應的衍射級數qi: 922 922 919 928 908 929 913 905 922 931 925 908 925 925 911 911 912 917 925 919 919 915 929 905 913 930 930 910 919 913 916 914 922 931
得到子陣列和母陣列的衍射級數Pi和qi后，就可以根據公式(2)和(3)分別得到子陣列 的各個相鄰單元間距di和各個相鄰單元間的長度差A Ij，以及各個相鄰子陣列間距Dj和各 個相鄰子陣列間的長度差A Lj，這樣整個非規(guī)則相控陣的陣列波導部分的尺寸就完全確定 了。至于非規(guī)則相控陣其他部分的尺寸的確定，與常規(guī)陣列波導光柵完全相同，這里就不 再重復敘述了。
我們采用傅立葉光學理論模型來計算IAWG的傳輸譜，實施例1所得到的仿真結果如圖 4(a)所示，實施例2所得到的仿真結果如圖4(b)所示。從以上兩個圖可以看到所有通道對 某個特定通道的影響，邊緣通道的串擾值高達約-19dB,中心通道的串擾也達到-23dB。 IAWG 傳輸譜的特征是，各個通道對其附近通道的串擾很小，而對遠方通道的串擾很大，如圖5(a) 和圖5(b)所示，通常某個通道對遠方通道的串擾要比它附近通道高出約15dB，這個結論 正好與傳統(tǒng)的AWG相反。由于傅立葉光學理論中無法考慮在波導陣列的輸入端引入taper 波導，所以各個通道的插入損耗都比較大(為了能夠有更多的陣列波導個數，我們選擇輸 入波導的寬度3um，目的是使輸入光場能夠在第一個自由傳播區(qū)有足夠大的衍射角)，這是 我們的理論模型導致的，在實際中并不會出現(xiàn)這么大的插入損耗(在波導陣列的輸入端引 入t印er波導)<>
降低串擾水平主要有三條措施1、增加波導陣列的單元個數，2、優(yōu)化各個單元波導 的位置，3、優(yōu)化整IAWG的設計等。其中第1點可以通過釆用多層光波導工藝(MLC)來實 現(xiàn)，而第2第3點則是通過合理的優(yōu)化來實現(xiàn)。在不能做到這些措施的情況下，可以采用 一種折中的辦法，即，只用某個通道附近的那些通道(各個通道對其附近通道的串擾很小， 而對遠方通道的串擾很大)，而不使用該通道遠方的通道，這樣通道間的串擾就降低到了 -33dB -36dB，如圖6(a)和圖6(b)所示(分別對應實施例一和二)， 一共有64個連續(xù)的 通道可以同時使用。這相當于一個可以在0. 25um的波長范圍內連續(xù)且任意移動的64通道 (通道間隔為0.2rra)的陣列波導光柵，這種功能在未來的全光網絡中將會很有作用。我們 也可以同時使用128個連續(xù)通道，只是串擾要稍微增大了一些，但也在-30dB以上。比較
以上兩個實施例所得到的結果可以發(fā)現(xiàn)，這兩種實現(xiàn)方法的效果很接近，幾乎沒什么差別， 只是在第二種結構的實現(xiàn)過程中所選的衍射級數個數(即那套整數的個數)較少。
權利要求
1.一種非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，包括輸入波導、第一平板波導、波導陣列、第二平板波導和輸出波導，其特征在于，所述的波導陣列非等間隔排列，相鄰的陣列單元波導間的光程差不完全相等。
2. 如權利要求1所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所述波導陣列由L個陣列單元組成，且相鄰單元間距di和相鄰單元光程差ncAli滿足如下 關系<formula>complex formula see original document page 2</formula>其中，i:l，2,…，L-1， nc為波導的基模等效折射率，ru為平板波導的等效折射 率，ki為波導陣列的衍射級數，ga為角度偏轉范圍因子，如果要求所述波導光柵的 工作波長在/^和入2之間，則入0= (Zh+入2) /2, aamax=(入2—、) /2，其中，入o和AAmax都可以在小范圍內調整。
3. 如權利要求2所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所述波導陣列中的單元波導之間的間距和光程差為非規(guī)則數列。
4. 如權利要求1或2所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所 述的波導陣列是一個由若干個非等間隔排列且具有相同特征的子波導陣列組成的母陣列，所述子陣列滿足以下關系 并且所述母陣列滿足以下關系<formula>complex formula see original document page 2</formula>其中，i=l,2,…，N-1， ,1,2,…，M-1， nc是波導的基模等效折射率，Ali是子陣 列中相鄰單元波導的長度差，ALj是相鄰子陣列對應波導間的長度差，Pi是子陣列 的衍射級數，qj是母陣列的衍射級數，ns是平板波導的等效折射率，di是子陣列中 相鄰波導單元間的間距，Dj是相鄰子陣列對應波導間的間距，ga是角度偏轉范圍因子；如果要求所述波導光柵的工作波長在、和A2之間，則入0= (、+入2)/2， AAmax =(A2—、)/2，其中，Ao和AAmax都可以在小范圍內調整。
5. 如權利要求4所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所述相鄰子陣列間的間距大于每個子陣列自身的寬度與相鄰單元波導之間的最小間隔之和。
6. 如權利要求4所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所述的子 陣列單元波導之間的間距和光程差為非規(guī)則數列。
7. 如權利要求4所述的非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其特征在于，所述的相 鄰子陣列對應單元的間隔和長度差為非規(guī)則數列。
全文摘要
一種非規(guī)則排列陣列波導光柵結構，其結構依次包括輸入波導、第一平板波導、波導陣列、第二平板波導和輸出波導，其特征在于，所述的波導陣列非等間隔排列，相鄰的陣列單元波導間的光程差不完全相等。針對大通道數陣列波導光柵的單片集成需求和制作成本降低的趨勢，該結構通過非規(guī)則排列波導陣列的陣列單元，可以消除規(guī)則波導陣列中由于單元間距不可能做得很小而導致的柵瓣，從而使波導陣列對光束的偏轉角度增大并且不受柵瓣的限制，大大減小了自由傳播區(qū)的長度，從而縮小了大通道數陣列波導光柵的器件尺寸，實現(xiàn)大通道數陣列波導光柵的單片集成，以降低制作成本。
文檔編號G02B6/34GK101191872SQ20061014481
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權日2006年11月21日
發(fā)明者徐安士, 李光元, 峰 肖 申請人:北京大學