專利名稱：一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法
技術領域：
本發明涉及一種陣列波導光柵，具體涉及一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法。
背景技術：
在光通信技術領域，實現波分復用功能的器件很多，主要有多層介質薄膜波分復用器件(MDTFF)、光纖布拉格光柵型(FBG)波分復用器件，蝕刻衍射光柵型(EDG)波分復用器件和陣列波導光柵型(AWG)波分器件。但考慮到較多波長信道和與硅基CMOS工藝的兼容性， 陣列波導光柵仍是最佳選擇之一。AWG具有結構緊湊、易于集成、性能優良和可靠性高等眾多優點。偏振敏感性問題一直是AWG應用中十分關鍵的問題。由于信號光經過普通單模光纖傳輸后，其偏振態將發生隨機變化。因此，對于光纖線路上的光器件來說，偏振不敏感問題就變得非常重要。然而，在實際應用中，光路上的光波導對不同的入射偏振態常常會表現出不同的傳播特性，這主要在于波導中的橫電模(TE)和橫磁模(TM)的傳播常數不同，引起 TE模和TM模的光在成像面上的像點發生偏移，即產生偏振相關波長漂移，從而使通道的頻譜響應發生偏移，這就是所謂的偏振敏感性。該特性帶來的偏振相關波長漂移將會對傳輸系統產生顯著影響，劣化傳輸信號，增大光通信系統的誤碼率。因此，為了加大AWG在光通信系統中的進一步應用，它的偏振敏感性必須要被消除。目前，國內外已報道的關于AWG的偏振色散補償技術主要有半波片法、無雙折射波導法、輸入輸出平板區或陣列波導區加入偏振補償區域法，衍射級匹配法和偏振分束技術等。I Bogaerts 等人(W. Bogaerts, et al, A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonic wires,，，Opt. Express, vol. 15，no. 4，pp. 1567-1578，2007.)利用二維光子晶體光柵將光纖的兩種偏振態分離并耦合到兩個方向的硅納米線波導中傳輸的TE模，這兩個方向傳輸的TE模分別沿相反方向經過同一個AWG，最后在利用一個相同的二維光子晶體光柵將兩個方向傳輸的TE模耦合回光纖中傳輸的TE和TM模，從而實現偏振不敏感。J.-J He等人(J.-J. He， et al, "Polarization dispersion compensated AWG demultiplexer fabricated in single shallow etching step,，，Electron. Lett.，vol. 35，no. 9，pp. 737-738， 1999)通過在平板區增加一個淺刻蝕步驟來引入偏振補償區域，從而達到偏振補償的目的。 Y. Inoue 等人(Y. Inoue, et al, "A novel birefringence compensating AffG design,，， OFC 2001，WB4-1, 2001)通過在AWG的陣列波導區對每一根陣列波導采用兩種不同的纖芯寬度來改變TE和TM模在陣列波導區域傳輸的光程差，從而實現偏振不敏感。國家發明專利(ZL200610050488.4) “一種偏振非敏感的陣列波導光柵”是通過采用傾斜羅蘭圓 (Rowland)入射和相同衍射級次法來實現偏振色散補償。國家發明專利(ZL03118878.8) “偏振無關的折疊式陣列波導光柵”是通過在折疊式陣列波導光柵的反射鏡前安置法拉第旋轉器，使原有的TE(橫電模)變為TM(橫磁模)，原有TE變為TM，從而實現偏振無關。國家發明專利(ZL200810059046.幻“一種偏振不敏感陣列波導光柵”是通過輸入平板波導中的偏振分束器將兩個偏振模式分開，分別經過兩組參數獨立的陣列波導，最后通過輸出平板波導中的偏振合束器將兩個偏振模式合并。然而，以上AWG的偏振色散補償技術的實現大都需要增加額外器件或額外工藝步驟，使器件的制作變的復雜，性能變低、成本變高。特別是對于具有較大幾何雙折射的AWG， 例如，超小尺寸的硅納米線AWG，要實現偏振色散補償，上述方法將變得十分困難，這就限制了該類AWG在光通信中的應用。
發明內容
針對背景技術的不足，本發明的目的在于提供一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，解決傳統偏振色散補償技術對雙折射較大的陣列波導光柵存在的偏振色散補償困難、結構復雜等問題。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，光從輸入波導依次通過輸入平板波導區、陣列波導區和輸出平板波導區傳播至輸出波導時經過陣列波導區中相鄰兩波導所對應的總光程差由輸入平板波導區、陣列波導區和輸出平板區中的光程差共同決定；輸入平板波導區、陣列波導區和輸出平板波導區的各自的兩偏振態模式之間均存在雙折射差異；陣列波導區中的兩種偏振態使用不同衍射級次后，余下的偏振波長漂移由輸入平板波導區和輸出平板波導區共同補償；輸入平板波導區和輸出平板波導區的波導上包層材料的選取由陣列波導區中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定；輸入平板波導區、輸出平板波導區和陣列波導區的幾何形狀由陣列波導區中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定，從而達到對陣列波導光柵各輸出通道波長的均勻偏振色散補償要求。所述的陣列波導區中的兩種偏振態即橫電模TE模和橫磁模TM模， 采用不同衍射級次后余下的偏振波長漂移由輸入平板波導區和輸出平板波導區共同補償；即輸入平板波導區的長度差為/!、，輸出平板波導區中的長度差為Z1Z，陣列波導區中的長度差為ALa, AL^AL和ZlZ3三者之間的關系為和
nm{X-M, + ,μ(Λ)Δ￡ + (/Ι)Δ4 = mk ,其中 ⑶表示橫電模TE在輸入平板波導區鹿輸
出平板波導區的有效折射率且隨波長而變化，表示橫電模TE在陣列波導區中的有效折射率且隨波長而變化，表示橫磁模TM在輸入平板波導區里輸出平板波導區的有效折射率且
隨波長而變化，‘⑶表示橫磁模TM在陣列波導區中的有效折射率且隨波長而變化；m為
衍射級次且是大于零的正整數，i表示橫電模TE和橫磁模TM之間衍射級次的差異且是非零的整數。所述的輸入平板波導區和輸出平板波導區的波導上包層材料與陣列波導區的波導上包層材料相同或者是不相同，它的選取完全由陣列波導區中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定。所述的陣列波導區中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求確定后，輸入平板波導區、輸出平板波導區和陣列波導區的幾何形狀由所設計波長范圍內的中心波長λ 0、m和i決定，即由關系式
權利要求
1.一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，光從輸入波導(1)依次通過輸入平板波導區O)、陣列波導區(3)和輸出平板波導區(4)傳播至輸出波導(5)時經過陣列波導區(3)中相鄰兩波導所對應的總光程差由輸入平板波導區O)、陣列波導區(3)和輸出平板區中的光程差共同決定；其特征在于輸入平板波導區O)、陣列波導區(3)和輸出平板波導區⑷的各自的兩偏振態模式之間均存在雙折射差異；陣列波導區⑶中的兩種偏振態使用不同衍射級次后，余下的偏振波長漂移由輸入平板波導區( 和輸出平板波導區(4)共同補償；輸入平板波導區( 和輸出平板波導區的波導上包層材料的選取由陣列波導區(3)中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定；輸入平板波導區O)、輸出平板波導區(4)和陣列波導區(3)的幾何形狀由陣列波導區(3)中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定，從而達到對陣列波導光柵各輸出通道波長的均勻偏振色散補償要求。
2.根據權利要求1所述的一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，其特征在于所述的陣列波導區⑶中的兩種偏振態即橫電模TE模和橫磁模TM模，采用不同衍射級次后余下的偏振波長漂移由輸入平板波導區⑵和輸出平板波導區 ⑷共同補償；即輸入平板波導區O)中的長度差為/!、，輸出平板波導區中的長度差為Z1Z，陣列波導區(3)中的長度差為zlZ3，ZlZciJZ和ZlZ3三者之間的關系為 ^se(I)LLfi +Mse(A)AL+^m(I)ALll = (m+i)A 禾口巧麗⑶^^+^^疋址+灣腦^^丄^繼/!,其中表示橫電模TE在輸入平板波導區(2)和輸出平板波導區(4)的有效折射率且隨波長而變化，S2^i)表示橫電模TE在陣列波導區(3)中的有效折射率且隨波長而變化,Ia^Cl 表示橫磁模TM在輸入平板波導區( 和輸出平板波導區的有效折射率且隨波長而變化，Hm (fl表示橫磁模TM在陣列波導區(3)中的有效折射率且隨波長而變化; 為衍射級次且是大于零的正整數，i表示橫電模TE和橫磁模TM之間衍射級次的差異且是非零的整數。
3.根據權利要求1所述的一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，其特征在于 所述的輸入平板波導區⑵和輸出平板波導區⑷的波導上包層材料與陣列波導區⑶的波導上包層材料相同或者是不相同，它的選取完全由陣列波導區(3)中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求共同決定。
4.根據權利要求1所述的一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，其特征在于 所述的陣列波導區(3)中的波導材料、波導結構和設計中對偏振色散補償的要求確定后， 輸入平板波導區O)、輸出平板波導區(4)和陣列波導區(3)的幾何形狀由所設計波長范圍內的中心波長λ ρ 和/決定，即由關系式
5.根據權利要求4所述的一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法，其特征在于 輸入平板波導區和陣列波導區的交界曲線中心的切線(6)與輸入平板波導區的光軸(7)的夾角α為30° < α <90°和90° < α < 150°中的某一角度；輸出平板波導區和陣列波導區的交界曲線中心的切線(11)與輸出平板波導區的光軸(13)的夾角α為30° < α <90°和90° < α <150°中的某一角度，并且所述夾角α由輸入平板波導區(2)的長度差ZlZtl和陣列波導區(3)中的中間陣列波導的中心和相鄰陣列波導中心連線的距離決定。
全文摘要
本發明公開了一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法。該光程差由陣列波導區和平板波導區的光程差共同決定，采用對陣列波導區中的兩種偏振態使用不同的衍射級次并結合平板波導區的幾何雙折射性質來補償陣列波導區的幾何雙折射性質。平板波導區與陣列波導區的幾何形狀由所選波導材料、波導結構和對各通道波長的偏振色散要求共同決定。本發明實現了對陣列波導光柵各輸出通道波長的均勻偏振色散補償，解決偏振色散補償方法不能實現的均勻偏振色散補償和造成的器件性能變差，結構復雜等問題，該方法適用于具有雙折射的各種波導材料和各種波導結構的陣列波導光柵，特別適用于具有較大幾何雙折射的硅納米線陣列波導光柵，具有制作簡單、成本低等優點。
文檔編號H04J14/02GK102253448SQ20111021919
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者何建軍, 鄒俊, 郎婷婷 申請人:浙江大學