阵列波导光栅制作关键技术

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阵列波导光栅设计原及优化

ｚ从而产生一定的相位差（同一波长而言）ｋＬ，对
△≠ ＝。 △，＿（）１
耦合，串扰的估算等等需要用到导波光学；光束而
在平板波导中的远场衍射，涉聚焦等等则需用干到衍射光学．本文正是基于此，ＡＷＧ对ｓ的参量及优化方法进行了详细的讨论．
（）。ｌｂＰ曲
。
圈２输＾、出平板波导救大舀输
Ｆｉ．Ｅｎａｇｄｖｅｏｐｔｎｕｐｔｓａｖｇｉｅｇ２ｌｒｅｉｗｆｉｕｄｏｔｕｌｂｗａｅｕｄｓｎａ
１２Ａ．ＷＧｓ参量设计
束是受约束的导波．所以分析和设计ＡＷＧｓ需
用导渡光学和衍射光学分别处理光束的传播问题，条形波导、板波导的传输常量，渡区的如平过
导端口均处于一罗兰圆上，复合光等相位地进入阵列波导；相邻阵列波导间有一个固定长度差而
一
上式适宜于求罗兰圆上任意两点的距离．由
此可得经过第ｉ１根阵列波导的光束的光程为一
ｎ，，（～１ｆ＋ｋＬ＋（一１△ ］ｓ）／Ｅ）Ｌ
＋ｋ，＋ｘ／），（ｓｆ（）４式中ｋ为真空中的渡数，为阵列波导有效折射率，为最短的一根阵列波导长度．经过第根厶
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阵列波导光栅(AWG)原理及国内外研发状况

21世纪，随着通信技术及其业务的飞速发展，尤其是因特网的迅速崛起，人们对数据的需求也急剧增加，对通信网的宽带提出了更高的要求，传统的通信技术已经很难满足不断增加的通信容量的需求。

光纤通信技术凭借其巨大的潜在宽带资源，成为支撑通信业务量增长的重要通信技术之一。

波分复用（WDM wavelength division Multiplexing）技术是允许在一根光纤上面传输多路相互独立的波长带，这样便可提供多路通道和高的多的通信容量，使得通信容量随可复用波长的数目成倍的增长。

在光纤通信中，波分复用系统中经历着从点到点系统到透明光网络的转变，经历着从以往的电光转换到全光交换的装变，密集波分复用（DWDM，dense wavelength division multiplexing）已成为当今光纤通信的首选技术，尤其在长距离、骨干网中已获得广泛的应用。

阵列波导光栅（AWG，arrayed waveguide grating）器件是一种角色散型无源器件，它基于平面光回路技术（PLC，planar light-wave circuit）。

与其它波分复用器件相比，AWG器件具有设计灵活、插入损耗低、滤波性能好、长期稳定、易与光纤耦合等优点。

此外，AWG还比较容易与光放大器、半导体激光器等有源器件结合，实现单片集成，因此AWG成为DWDM光网络中最理想的器件，是当今研究热点。

中国市场的光通信芯片主要依赖外国供应商。

在PON核心芯片方面，基本没有国内厂商。

EPON芯片商主要有四家，包括Cortina、PMC- Sierra、Teknovus （被Broadcom收购）以及中国厂商Opulan，但Opulan已于2010年7月被Atheros 收购。

GPON芯片提供商则相对较为分散，包括Broadlight、PMC-Sierra、Broadcom、Marvel、Cortina、Infineon、Ikanos等近十家厂商。

阵列波导光栅结构

阵列波导光栅结构1. 引言阵列波导光栅结构（Arrayed Waveguide Grating，AWG）是一种用于光通信和光谱分析的关键器件。

它通过将输入的光信号分散成多个不同频率的波长，并将它们耦合到输出波导中，实现了光信号的多路复用和解复用。

本文将对阵列波导光栅结构的原理、制备工艺以及应用进行全面详细的介绍。

2. 原理阵列波导光栅结构由一系列平行排列的等长波导组成，其中每个波导都有一个固定的折射率。

当入射光从其中一个输入波导进入时，会在所有波导之间发生耦合，并形成一系列干涉效应。

这些干涉效应会使得不同频率的光在输出端形成不同强度的干涉峰，从而实现了对不同波长的分散和解复用。

具体而言，阵列波导光栅结构可以分为两个主要部分：输入级和输出级。

输入级包括输入端口、输入星型耦合器和阵列波导，用于将入射光耦合到阵列波导中。

输出级包括输出星型耦合器和输出端口，用于将解复用后的光信号从阵列波导中耦合出来。

在阵列波导中，入射光会被分散成不同频率的波长，并沿着波导逐渐传播。

每个波导之间的距离被精确设计，以使得不同频率的光在特定位置相位匹配，从而形成干涉峰。

这些干涉峰的强度与入射光的波长有关，因此可以通过调整波导长度和折射率来实现对不同波长的分散和解复用。

3. 制备工艺制备阵列波导光栅结构通常采用集成光学技术，其中最常见的方法是利用硅基材料。

以下是一般制备工艺流程：1.材料选择：选择具有较高折射率差异的材料作为主要构成元素，例如硅和二氧化硅。

2.芯片设计：根据应用需求设计芯片结构，并确定输入级和输出级的参数。

3.芯片制备：使用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）或物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）等技术，在硅基底上生长薄膜。

4.光刻和蚀刻：利用光刻技术将设计好的波导图案转移到薄膜上，并通过干法或湿法蚀刻将多余的材料去除。

5.抛光和平整化：对制备好的芯片进行抛光和平整化处理，以提高表面质量和波导性能。

1.3 阵列波导光栅

通带平坦化设计III 通带平坦化设计III
改变阵列波导输入端的口径
阵列波导输出端的光场分布
×
在阵列波导输出端得到类似sinc函数分布到类似函数分布的光场，的光场，其傅立叶变换为矩形，换为矩形，从而实现通带平坦化理论依据：输出波导接收的光场为阵列波导输出位置光场的傅立叶变换 3) 在阵列波导输出端引入相移通过波导长度差实现）（通过波导长度差实现）
凹面光栅与罗兰圆
凹面光栅：凹面光栅：在凹球面上刻划一系列等间距的线条，同时具有衍射和聚焦两种功能；焦两种功能；罗兰圆：罗兰圆：直径等于凹面光栅的曲率半径；光栅的曲率半径；特性：特性：罗兰圆上任一点发出的光，发出的光，衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射满足衍射条件：角，满足衍射条件：
1) 采用多模输出波导重构光场与多模输出波导的耦合，的耦合，得到平坦化的通带特性。带特性。缺点是后面只能接光探测不能继续传输。器，不能继续传输。
通带平坦化设计II 通带平坦化设计II
2) 在输入端接在输入端接MMI（多模干涉耦合器）（多模干涉耦合器）在输入波导与输入星形耦合器之间串接一个MMI耦合器，将输入耦合器，在输入波导与输入星形耦合器之间串接一个耦合器光场变成一个双峰波形。光场变成一个双峰波形。设计成牛角形状，将MMI设计成牛角形状，可以进一步优化损耗和通带特性。设计成牛角形状可以进一步优化损耗和通带特性。基于多模波导输出或者MMI输入的通带平坦化方案，其本质是改变输入的通带平坦化方案，基于多模波导输出或者输入的通带平坦化方案输入光场与输出光场之间的耦合特性，从而优化通带特性。输入光场与输出光场之间的耦合特性，从而优化通带特性。

阵列波导光栅(简写成AWG)

d1 x1 f1
a
L
(4.82a)
其中， s 为输入和输出平板波导（FPR）的传输常数， a 为
阵列波导的传输常数。只有当此相位差等于 2π的整数倍，即
2m
(4.82b)
（ m 为整数，对应 m 级衍射）时从两条路径来的信号才能相干相加，有信号输出。一般说，输入和输出 FPR 的几何参数相同，即
3
f5
f4
f3
f2
f1
f0 f-1 f-2 f-3 f-4 f-5 f-6 f-7 f-8 f-9 f-10
4
f4
f3
f2
f1
f0
f-1
f-2
f-3
f-4
f-5
f-6
f-7
f-8
f-9
f f -10
-11
5
f3
f2
f1
f0
f-1
f-2
f-3
f-4
f-5
f-6
f-7
f-8
f-9
f f f -10
-11
、
d 相对于 f 皆为小量）
x
Na fL
x1cont.
ns d0
(4.84a)
其中 Na 为有效折射率为 na 的阵列波导的群折射率，
Na
na
dna
d
。 ns
为平板波导的有效折射率。上式说明同
一输入波导的输入信号波长改变时，输出波导端口位置
就应改变 x 才能有信号输出。这一功能正好对应波长解复
-3 f11 f10 f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 f-1 f-2 f-3 f-4
-2 f10 f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 f-1 f-2 f-3 f-4 f-5

阵列波导光栅(AWG)基本常识

阵列波导光栅（AWG）基本常识1、波分复用技术及其现状波分复用技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。

其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合的波长光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。

现在光的波分复用技术主要集中在光纤传输的C 波段，波长范围是1530nm~1565nm，每个波长之间的间隔为1.6nm、0.8nm 或更低，称之为密集波分复用，即DWDM。

其主要特点为：充分利用光纤的巨大带宽资源，大力提升通信容量，在EDFA可放大的C波段35nm的范围内，若以信道间隔0.8nm，则有40 多个波长的传输能力，进一步扩展到S 波段和L 波段，可得到更多的通信信道，DWDM 技术是最有能力将通信容量提高到Tb/s 的技术；可同时传输不同类型的信号；实现单根光纤双向传输；多种应用形式；节约线路投资；降低器件的超高速要求；IP 的传送通道；高度的组网灵活性、经济性和可靠性。

因此，我们有理由认为DWDM 是最具发展优势的通信方案，它解决了目前通信容量危机，充分利用了EDFA 的宽带放大特点，综合了现有网络不同技术，适应未来全光网络建设的要求。

WDM具备良好的技术优势，但是，要实现WDM 传输，需要许多与其作用相适应的高新技术和器件，包括光源、光波分复用器、光放大器、光线路技术以及监控技术。

光源是能产生符合WDM 系统要求的多波长光源，波分复用技术用于光纤的发送端和接收端，分别完成光的合波与分波，光放大器完成光的前置放大、线路放大和功率放大，其中EDFA 最为成熟。

WDM技术的研究、开发与应用十分活跃，在国际上电信装备公司投入巨额资金竞相研究、开发、宣传展示产品；运营公司纷纷着手用WDM 技术改造现有的光传输网络。

目前商用系统以2.5Gbit/s、10Gbit/s 和40Gbit/s 为基准速率，总容量已达数百吉比特每秒，有的已超过10Tbit/s，实验系统中最大复用通道数高达1022 个波长。

波导光栅的设计和制备技术研究

波导光栅的设计和制备技术研究引言：光学器件在现代科技中起着举足轻重的作用。

波导光栅作为其中的重要组成部分，具有扩展光学器件功能和提高设备性能的关键作用。

本文将探讨波导光栅的设计和制备技术研究，旨在为相关领域的研究人员提供参考和启发。

一、波导光栅的基本原理波导光栅是一种利用周期性的折射率变化实现模式耦合的光学器件。

其基本原理是通过一系列互相间隔的折射率变化区域，使光传播沿着特定方向，在波导中产生布拉格反射。

波导光栅可以用于光滤波、波分复用、激光器等多种光学器件中。

二、波导光栅的设计方法1. 数值方法数值方法是一种常用的波导光栅设计方法。

其中，有限差分时间域方法（FDTD）和有限元方法（FEM）是两种广泛应用的数值模拟技术。

这些方法能够模拟不同结构下的光场行为，并通过调整波导尺寸、折射率分布和周期长度等参数，实现所需的光学性能。

2. 反射率设计方法反射率设计方法是一种基于理论计算和经验公式的设计方法。

通过选择适当的反射率和波导长度，实现理想的波导光栅性能。

该方法适用于设计简单的光栅结构，尤其是单峰反射结构。

三、波导光栅的制备技术1. 干涉光刻技术干涉光刻技术是制备波导光栅的一种常用方法。

该技术通过光刻胶的选择、曝光光源的控制和光掩模的设计，实现对波导光栅的精确制备。

干涉光刻技术具有成本低、可批量生产等优点，广泛应用于光栅结构的制备。

2. 激光直写技术激光直写技术是一种非接触式、高分辨率的波导光栅制备技术。

该技术通过激光束的聚焦，直接将波导结构写入光敏材料中。

激光直写技术具有高自由度、适应性强和制备效率高的优点，适用于复杂结构的波导光栅制备。

四、波导光栅的应用前景波导光栅作为一种重要的光学器件，具有广泛的应用前景。

可以应用于通信领域的波分复用、滤波和色散补偿等技术中；可以用于光传感和生物传感等领域，提高光传感器和生物传感器的灵敏度和选择性；还可以应用于激光器和光放大器等光学器件中，改善激光束质量和增强光放大效果。

紫外写入制作列阵波导光栅的方法[发明专利]

专利名称：紫外写入制作列阵波导光栅的方法专利类型：发明专利
发明人：张玉书,吴远大,邢华,张乐天
申请号：CN02109177.3
申请日：20020207
公开号：CN1372149A
公开日：
20021002
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属一种列阵波导光栅(AWG)的紫外写入的制作方法。

以单晶硅为衬底(1),用火焰水解法顺次在衬底(1)上淀积SiO膜材料的下包层2、掺杂GeO的SiO膜材料的波导芯层(3)和SiO膜材料的上包层(4),在高温炉内经1200～1400℃致密化处理,再经注氢—掩膜—辐照的过程。

在80～110atm氢气压下掺入H;再用刻有列阵波导光栅图形的掩膜板(5)掩盖在上包层(4)上;使用准分子激光器的紫外光(6)照射约10分钟,去掉掩膜板(5),得到AWG器件。

本发明的方法工艺简化,成品率高,不再使用昂贵的刻蚀设备,降低成本;易于调节中心波长。

制作的AWG器件波长响应平坦化;降低串扰。

申请人：吉林大学
地址：130012 吉林省长春市朝阳区前卫路10号
国籍：CN
代理机构：长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：王恩远
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SiO28×8阵列波导光栅的研制

S i o 28X8阵列波导光栅的研制李广波1!2!龙文华2!贾科森1!2!唐衍哲1!2!吴亚明2!杨建义1!2 !王跃林1!2(1.浙江大学信息与电子工程系浙江杭州310027;2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室上海200050)摘要:在S i 基S i O 2材料上设计并制作了中卜波长为1.55H m ~通道间隔为0.8n m 的8>8阵列波导光栅(A WG ) 详细介绍了器件的设计~制作和测试并对测试结果及工艺误差进行了深入的分析讨论封装后的测试结果显示器件的3dB 带宽为0.22n m ;中央通道输入时最小和最大插入损耗分别为4.01dB 和6.32dB ;边缘通道输入时最小和最大插入损耗分别为6.24dB 和9.02dB ;对比不同通道输入时输出通道的中卜波长其偏移量低于0.039n m ;器件的通道间串扰小于-25dB ;偏振依赖损耗(P DL )小于0.3dB 关键词:阵列波导光栅(A WG );S i 基S i O 2;光波导;光波分复用;集成光学中图分类号!TN256文献标识码!A 文章编号!1005-0086(2006)03-0269-05D es i g n and fabricati on of 8X8S ilica-based a rra y ed W ave g ui de g rati n gLI Guan g -bo 1 2 LONG W en-hua 2 JI A Ke-m i ao 1 2 TANG Yan-Zhe 12 WU Ya-m i n g 2 YANG Ji an-y i 1 2 WANG Yue-li n 12(1.D e p art m ent of Inf or m ati on S ci ence and E l ectr onic En g i neeri n g Zhe i an g Uni versit y Han g Zhou 310027 Chi na ;2.S tate Ke y of Labs of T ransducer T echnol o gy Shan g hai Instit ute of M icr os y ste m and Inf or m ati on T echnol o gy Chi nese A cade m y of S ci ence Shan g hai 200050 Chi na )abstract :An 8>8s i l i ca-based arr a y ed wave 9ui de 9r ati n 9(A WG )w i t h t h e centr al wave-l en 9t h o f 1.55U m and t h e ch ann e l s P aci n 9o f 0.8n m i s des i 9n ed and f abri cat ed .th e de-s i 9n f abri cati on and t est P r ocess ar e P r esent ed i n de t ai l s .Accor di n 9t o t h e t est r esul t s o f t h e P acka 9ed chi Pt h e 3db band w i dt h o f t h e devi ce i s 0.22n m t h e m i ni mu m and maxi -mu m ch ann e l l oss ar e 4.01db and 6.32db r es P ecti ve l y wh en t h e centr al i n P ut ch ann e l i s used whi l e t h e corr es P ondi n 9val u es f or t h e out er most i n P ut ch ann e l ar e 6.24db and 9.02db r es P ecti ve l y .th e out P ut wave l en 9t h shi ft i s be l ow 0.039n m.th e cr osst al k o f t h e de-vi ce i s be tt er t h an -25db .And t h e PDL o f t h e devi ce i s l ess t h an 0.3db .K e y words :arr a y ed wave 9ui de 9r ati n 9(A WG );s i l i ca-on-s i l i con ;o P ti cal wave 9ui de ;o P ti cal mul ti P l exer ;i n-t e 9r at ed o P ti cs1引言阵列波导光栅(A WG )是波分复用通信技术中的重要平面集成光学器件之一它具有优异的光波分复用/解复用性能因此在许多波长相关的光器件中得到了广泛应用光波分复用技术可以充分利用光纤巨大的带宽潜力并可以避免电子信号传输速率的瓶颈成为未来通信网络的一种理想选择基于A WG 结构的N >N 波分复用器件以其大的单片通道潜力和灵活的性能成为密集波分复用系统中的关键器件!"#·$!第17卷第3期2006年3月JOur nal O f O p t Oelect rOnics 'Laser Vol .17No .3M ar .2006收稿日期!2005-06-09修订日期!2005-10-03 基金项目!国家自然科学基金资助项目(60377030 60436020);上海应用材料科技合作计划资助项目(0417);国家教育部重点科技资助项目E -m ail :y an g y @Z u .edu .cn除了基本的复用解复用功能外基于A WG结构的N>N解复用器还可以实现光传输网络的光分插复用和光交叉互联功能等目前国外对于N>N A WG实现路由的原理以及其传输性质有了相当深入的分析13采用不同材料的器件也有报道48在国内虽然近年对A WG的研究已有相当多的开展但以理论分析居多913实际的器件制作较少1416本文设计并制作了基于S i基S i O2材料的8>8阵列波导光栅2器件的设计与模拟2.1基本原理所设计的8>8A WG结构如图1所示器件由8个输入波导和输出波导输入和输出星形耦合器平板波导以及1组阵列波导组成输入和输出星形耦合器为罗兰圆结构输入与输出波导以及阵列波导的端口分别根据罗兰圆结构进行位置设置阵列波导中的相邻波导的长度差相等图18X8aWg结构示意图fi g.1S che m atic dia g ra m of t he8X8aWg 对于1>N的A WG当一束包含有若干波长信号的光从输入波导进入到输入星形耦合器时光场在平板波导中充分发散至N根阵列波导的输入端光包络被分割为M份并进入阵列波导继续传播由于波导端口的位置满足罗兰圆定义并且M根阵列波导有等长度差相当于衍射光栅作用当光束传播至第2个星形耦合器的输入端时M束光具有等相位差它们在第2个平板波导中相互干涉使不同波长的光在输出星形耦合器的输出端聚焦于不同的位置完成分波功能由于光的可逆性将器件的输入和输出端倒过来即可实现合波功能对于N>N的A WG设计需要满足的条件是其中的自由谱范围FSR必须是所设计通道间隔的N借对8>8的器件若从第个通道输入时各输出通道的输出光的中心波长分别为X1X2X3X4X5 X6X7和X8而从第+1个通道输入时各输出通道的输出光的中心波长变将依次为X8X1X2X3X4X5 X6和X72.2光波导参数设定光波导的传输损耗是A WG设计中的一个重要参数对于具有一定折射率差的波导结构当波导的曲率半径大于某个值后弯曲损耗可以很小但是曲率半径增大会增大器件尺寸从而使传输损耗增加所以设计的时候要兼顾考虑当折射率差为0.75%左右时波导与标准单模光纤的耦合效率还保持相对较高耦合损耗约为0.4dB而此时弯曲波导的曲率半径为5mm时波导的弯曲损耗依赖非常小因此采用了目前最常用的0.75%折射率差的S i O2波导它的波导传输损耗仅为0.04dB c m设计的波导芯区折射率为1.455包层折射率为1.444弯曲波导的曲率半径设计在58mm间偏振依赖损耗PDL是描述A WG性能的重要指标主要产生于波导内TE模和TM模的有效折射率不同对于S i基S i O2波导导致2种偏振模态有效折射率不同的主要原因包括波导结构不对称与材料残余应力这两个因素所以在器件设计时选择了无双折射效应的正方形芯区波导结构根据单模条件和BP M的软件模拟选择的光波导尺寸参数为6H m>6H m在器件制作过程中采用了退火工艺降低应力使得器件的PDL相对较小波导间距是设计的又一个重要参数主要是保证相邻波导间不会发生耦合信号不会互相干扰以降低串扰值并保证器件维持在尽可能小的尺寸上计算结果显示当波导间距大于20H m时相邻波导间的光场相互干扰值小于50dB mm我们选择的最小间距为25H m2.3锥形耦合结构设计在阵列波导与星形耦合器的连接处为了降低由平板波导到条形波导的耦合损耗使用了锥形波导结构如图2所示具体设计时需要同时考虑锥形区的低损耗和相邻波导间的低串扰用BP M软件模拟计算了不同的锥形区长度锥形区宽度和波导间距时的光传输情况详细比较了锥形区长度分别为500 H m1000H m和1500H m波导间距为20H m和25 H m锥形波导宽度为18.5H m23.5H m所带来的插损和串扰变化可以看到插损随锥形波导宽度的减小而增大而同时串扰的变化很小相同波导宽度时072!"#·$!2006年第17卷改变锥形波导长度9串扰变化不大对相邻波导间工艺预留间隙1.5H m的情况与波导间没有间隙的理想情况对比发现9这基本不会影响器件性能因此9所设计的器件锥形区参数为:波导间距25H m9锥形区长1000H m9相邻波导间预留间隙1.5H m图2锥形耦合器结构示意图fi g.2S che m atic dia g ra m of t he t a p ered re g ion2.4其他参数的选择与1>N A WG相比9N>N A WG要求在输入端有N个通道9且器件的FSR要满足f FSR=N A f(1)器件的工作原理仍然基于光栅方程9即n s d si n6i+n c A L+n s d si n6O=m X(2)式中:6i=i>A j/Lf 和6O=j>A j/Lf分别是光场在输入和输出平板波导内的衍射角9i和j分别是输入端和输出通道编号(1928)9Lf是平板波导长度9 A j是输入输出波导在平板波导端口的间距;n s和n c 分别是平板波导和矩形波导的有效折射率;d是阵列波导光栅的光栅周期;A L是相邻阵列波导长度差;m 是光在发生衍射时的衍射阶数表1列出了设计的器件参数N个波长中的任一波长都可以通过输入端到达任一输出端9实现路由功能器件的FSR较小9衍射级数较大9相邻阵列波导长度差也较大9为了使器件结构尽量紧凑9采用了波导90转弯的结构9如图1所示表18X8aWg设计参数表Tab.1Para m eters of t he des i g ned8X8aWgFSR6.4n m/800GHZ Channel s p aci n g A X/A f0.8n m/100GHZ Central Wavel en g t h X0/f01550.12n m/193.5THZ D iff racti n or der m242Len g t h diff erence of t he ad acent arra y ed Wave g ui des A L/H m 258.708Nu mber of arra y ed Wave g ui des49Len g t h of sl ab re g i on L f/H m4688.739 Ref racti ve i ndeX of t he sl ab Wave g ui de n s1.452 Radi us of t he arra y ed Wave g ui des/H m53637137 Len g t h of t h arra y ed Wave g ui des/H m2477736403 S iZe of t he devi ce/c m>c m2.6>2.62.5器件的模拟用O p ti Wave-BP M软件对所设计的器件进行了模拟图3给出了从第4通道输入时的模拟结果9最大和最小插入损耗分别为1.61dB和3.86dB9非均匀性损耗为2.25dB;通道间串扰小于-30dB;3dB 带宽为0.22n m920dB带宽为0.56n m从第8通道输入时9最大和最小插入损耗分别为4.03dB和6.86dB9非均匀性损耗为2.83dB这种中央通道较两端通道损耗要大的情况是由N>N A WG的特性所决定9差值接近3dB这些结果在器件测试时也得到了验证图3数值模拟第4通道滤波谱线fi g.3S i mul ated s p ectra res p onse of t heaWg when i n p ut is at t he f ourt h channel3器件的制作与测试3.1器件的制作根据相位误差分析结果9在器件的制版过程中选用了10n m的高精度器件的制作是采用气相沉积法生长S i O29反应离子刻蚀法制作波导9退火以减小材料的应力为了实现好的光场限制与模场分布9波导的上下限制层的厚度均大于15H m芯片经过划片和端面8 角抛光处理之后9将器件的输入输出端面分别与光纤阵列对准9并用紫外固化胶固定在一起进行封装3.2器件的测试用EXFO12004密集波分复用测试系统对封装好的8>8A WG进行了测试当用可调谐光源从芯片的输入端进行波长扫描时9观察输出端近场光斑的分布9可以很好地看到光斑的位置随着波长的变化而移动图4和图5分别是从第4和第8端口输入时的滤波谱线扫描结果测试结果显示9通道间隔为0.79n m9与数值模拟结果基本吻合;谱线的3dB和20dB带宽分别为172第3期李广波等:S i O28>8阵列波导光栅的研制0.22n m和0.55n m S符合数值模拟结果S通道间串扰在-25dB以下S中央通道输入时S通道的最小插入损耗4.01dB S最大插入损耗6.32dB S非均匀性损耗2.31dB S边缘通道输入时S最小插入损耗6.24 dB S最大插入损耗9.02dB S非均匀性损耗2.78dB o 表2列出了分别从8个输入通道扫描输入时输出通道功率峰值对应的波长情况S可以看到S波长偏移量小于0.039n m o3.3误差分析与讨论S i O2波导的单位距离传输损耗0.050.01dB/c m S因此整个8>8A WG的传输损耗约为0.290.59dB S与数值模拟结果比较S还有约2.5dB的额外损耗o造成这2.5dB的损耗的原因有3:1)由于器件制作过程中的相位误差造成在第2个平板波导区域内聚焦不准确造成的损耗S2)在测试过程中光纤和输入输出波导端面的耦合损耗S3)由封装引入的损耗S约为1dB o比较图4第4输入端口和图5第8输入端口的滤波谱线发现S当光从边缘通道输入时S功率谱曲线会有明显的旁瓣S导致器件串扰性能的下降o这主要是由于输入光场偏离平板波导中心距离较大时S阵列波导中的光场分布不是对称的高斯分布造成的o而对应的O p ti Wave-BP M软件的模拟结果也有对应的旁瓣差别S这很好地证明了数值模拟的准确性o如何改善边缘通道的旁瓣S要从设计上进一步考虑o图4实际测量的第4通道滤波谱线fi g.4M easured s p ectra res p onse of t he aWg when t he i n p ut is at t he f ourt h channel图S实际测量的第8通道滤波谱线fi g.S M easured s p ectra res p onse of t he aWg when t he i n p ut is at t he ei g ht h channel表28个输入通道扫描输入时!输出劝率峰值对应的波长Tab.2Corres p ondi n g wavelen g t h of t he m aX out p ut p ower when t he i n p ut is at t he ei g ht i n p ut channels Unit:n m I n p ut/out p utchannels12345678 11550.4521549.6651548.9051548.1071553.6101552.8101552.0511551.251 21549.6661548.8771548.1091553.6021552.8111552.0231551.2451550.455 31548.8951548.0971553.5911552.8111552.0311551.2431550.4431549.665 41548.1081553.6011553.8111552.0221551.2431550.4541549.6661548.867 51553.6061552.8081552.0321551.2431550.4531549.6661548.8951548.098 61552.8211552.0331551.2531550.4641549.6761548.8961548.1081553.620 71552.0351551.2351550.4661549.6781548.8891548.1101553.6321552.832 81551.2601550.4711549.7021548.9131548.1151553.6461552.8471552.0594结论从理论和制作方面全面地考虑了可能影响S i O2材料上N>N A WG性能的各个因素S成功地制作8 >8A WG器件o器件的中心波长为1.55H m S通道间隔为0.79n m S3dB带宽为0.22n m S中央通道输入时S最小和最大插入损耗分别为4.01dB和6.32dB S而在边缘通道输入时为6.24dB和9.02dB S不同通道输入时S输出通道功率峰值对应的中心波长偏移量低于0.039n m S通道间串扰小于-25dB S P DL 小于0.3dB o参考文献"1]Dr a9one C.An N X N o P ti cal mul ti P l exer us i n9a P l anar'272'!"#·$!2006年第17卷arr an9ement o f t wo st ar cou P l er s J].I EEE Ph ot on Techn-o l Le tt19919=896-899.2]takah ashi H Oda K toba H e t o l.tr ans m i ss i on ch ar ac-t eri sti cs o f arr a y ed wave9ui de N X N wave l en9t h mul ti-P l exer J].J Li9ht wove Techno l199513=447-455.3]Sm i t M K Vanda m C.Ph asar-based WD M-devi ces=Pri n-c i P l es des i9n and a PP l i cati on J].I EEE J Se l ect To P i csO u ont u m El ectr on19962=236-250.4]Oka mot o K Mori waki K S uZuki S.Fabri cati on o f a64> 64arr a y ed wave9ui de9r ati n9mul ti P l exer on S i J].El ec-tr on Le tt199531=184-186.5]Oka mot o K Mori waki K S uZuki S.32>32arr a y ed wave9ui de9r ati n9mul ti P l exer w i t h uni f or m l oss and c y-c l i c fr e C u enc y ch ar act eri sti cs J].El ectr on Le tt199733=1865-1866.6]Koht oku M San oh H Oku S e t o l.I n P-based64-ch anne l arr a y ed wave9ui de9r ati n9w i t h50GHZ ch anne l s P ac i n9and u P t o-20db cr osst al k J].El ectr on Le tt199733= 1786-1787.7]M i n Y Lee M Ju J e t o l.Po l y meri c16>16arr a y ed-wave9ui de9r ati n9r out er us i n9fl u ori nat ed P o l y e t h er o P-er ati n9ar ound1550n m J].I EEE J Se l ect ed To P i csO u ont u m El ectr on20017=806-811.8]Z i r n9i bl M Dr a9one C Jo y ner C H.Demonstr ati on o f a15 X15arr a y ed wave9ui de mul ti P l exer on I n P J].I EEEPh ot oni cs Techno l Le tt19924=1250-1253.9]AN Jun-m i n9LI Ji an GAO D i n9-sh an e t o l.Po l ari Zati on-i nsens i ti ve s i l i ca on s i l i con arr a y ed wave9ui de9r ati n9de-s i9n J].Chi nese Jour n o l o f Sem i conduct or s20042S<11>=1360-1363.10]LU S i YAN Y i n9-bai ZH OU Zh e-h ai e t o l.New-t yP e ar-r a y ed wave9ui de9r ati n9wave l en9t h r out er w i t h bot h fl ati n P ut and fl at f ocal fi e l d J].Jour n o l o f O P t oe l ectr oni cs-Loser<光电子-激光>20041S<10>=1149-1152.<i nChi nese>11]Zh ao Y Ma C S W an9F e t o l.S u PP r ess i on o f P o l ari Za-ti on de P endence i n t h e des i9n o f a11>11P o l y mer/S i ar-r a y ed wave9ui de9r ati n9J].O P ti c ond O u ont u m El ec-tr oni cs200436<6>=567-575.12]Ji an9X Li b Yan9J e t o l.A nove l com P act-str uct ur e ar-r a y ed-wave9ui de9r ati n9devi ce J].Chi nese Jour n o l o fSem i conduct or200223<6>=632-636.13]YAN G Ji an-y i JI AN G X i ao-C i n9JI A Ke-m i ao e t o l.2-DA WG based o P ti cal mul ti P l exer s/demul ti P l exer s J].Jour n o l o f O P t oe l ectr oni cs-l oser<光电子-激光> 20041S<9>=1031-1034.<i n Chi nese>14]tan9Y Ji a K Li b e t o l.S i l i ca based arr a y ed wave-9ui de9r ati n9w i t h fl att ened s P ecr al r es P onse us i n9mul ti-mode i nt erf er ence cou P l er J].Chi n Ph y s Le tt200421<6>=1064-1066.15]Ji a K W an9W tan9Y e t o l.S i l i con-on-i nsul at or-based o P ti cal demul ti P l exer em P l o y i n9t ur ni n9-m i rr or-i nt e9r at ed arr a y ed-wave9ui de9r ati n9J].I EEE Ph ot on Techno lLe tt200517<2>=378-380.16]L ON G W Li G Ji a K e t o l.Des i9n and f abri cati on o f1> 32s i l i ca-based arr a y ed wave9ui de9r ati n9J].Chi nese Jour n o l o f Sem i conduct or200526<9>=191-196.作者简介!李广波<1980->男浙江大学微电子与固体电子学在读硕士研究生现主要从事光电子~集成光学方面研究-372-第3期李广波等=S i O28>8阵列波导光栅的研制SiO2 8×8阵列波导光栅的研制作者：李广波，龙文华，贾科淼，唐衍哲，吴亚明，杨建义，王跃林， LI Guang-bo， LONG Wen-hua，JIA Ke-miao， TANG Yan-zhe， WU Ya-ming， YANG Jian-yi， WANG Yue-lin作者单位：李广波,贾科淼,唐衍哲,杨建义,王跃林,LI Guang-bo,JIA Ke-miao,TANG Yan-zhe,YANG Jian-yi,WANG Yue-lin(浙江大学信息与电子工程系,浙江,杭州,310027;中国科学院上海微系统与信息技术研究所,传感技术国家重点实验室,上海,200050)，龙文华,吴亚明,LONG Wen-hua,WU Ya-ming(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,传感技术国家重点实验室,上海,200050)刊名：光电子·激光英文刊名：JOURNAL OF OPTOELECTRONICS·LASER年，卷(期)：2006,17(3)被引用次数：1次1.Dragone C An N×N optical multiplexer using a planar arrangement of two star couplers 19912.Takahashi H;Oda K;Toba H Transmission characteristics of arrayed waveguide N×N wavelength multiplexer[外文期刊] 1995(3)3.Smit M K;Vandam C Phasar-based WDM-devices:Principles,design and application[外文期刊] 1996(2)4.Okamoto K;Moriwaki K;Suzuki S Fabrication of a 64×64 arrayed waveguide grating multiplexer on Si 19955.Okamoto K;Moriwaki K;Suzuki S32×32 arrayed waveguide grating multiplexer with uniform loss and cyclic frequency characteristics 19976.Kohtoku M;Sanjoh H;Oku S InP-based 64-channel arrayed waveguide grating with 50 GHz channel spacing and up to -20 dB crosstalk[外文期刊] 19977.Min Y;Lee M;Ju J Polymeric 16×16 arrayed-waveguide grating router using fluorinated polyether operating around 1 550 nm 20018.Zirngibl M;Dragone C;Joyner C H Demonstration of a 15×15 arrayed waveguide multiplexer on InP 19929.AN Jun-ming;LI Jian;GAO Ding-shan Polarization-insensitive silica on silicon arrayed waveguide grating design[期刊论文]-Chinese Journal of Semiconductor 2004(11)10.LU Si;YAN Ying-bai;ZHOU Zhe-hai New-type arrayed waveguide grating wavelength router with both flat input and flat focal field[期刊论文]-光电子·激光 2004(10)11.Zhao Y;Ma C S;Wang F Suppression of polarization dependence in the design of a 11×11 polymer/Si arrayed waveguide grating 2004(06)12.Jiang X;Li B;Yang J A novel compact-structure arrayed-waveguide grating device[期刊论文]-Chinese Journal of Semiconductor 2002(06)13.YANG Jian-yi;JIANG Xiao-qing;JIA Ke-miao2-D AWG based optical multiplexers/demultiplexers[期刊论文]-光电子·激光2004(09)14.Tang Y;Jia K;Li B Silica based arrayed wave-guide grating with flattened specral response using multimode interference coupler[外文期刊] 2004(06)15.Jia K;Wang W;Tang Y Silicon-on-insulator-based optical demultiplexer employing turning-mirror-integrated arrayed-waveguide grating[外文期刊] 2005(02)16.LONG W;Li G;Jia K Design and fabrication of 1×32 silica-based arrayed waveguide grating[期刊论文]-Chinese Journal of Semiconductor 2005(09)1.秦政坤.马春生.QIN Zheng-kun.MA Chun-sheng氟化聚合物光谱响应平坦化阵列波导光栅的优化设计和制备[期刊论文]-电子学报2011,39(3)2.李柏阳基于SOI的全内反射型AWG器件的研究[学位论文]20033.李健.安俊明.王红杰.胡雄伟.LI Jian.AN Jun-ming.WANG Hong-jie.HU Xiong-wei16×0.8nmSi基SiO2阵列波导光栅设计、制备及测试[期刊论文]-光学技术2005,31(3)。

大容量低损耗阵列光纤光栅_动态制备关键技术与应用_概述及解释说明

大容量低损耗阵列光纤光栅动态制备关键技术与应用概述及解释说明1. 引言1.1 概述现代通信系统以及光学传感技术的快速发展对高性能光纤光栅的需求不断增加。

大容量低损耗阵列光纤光栅作为一种重要的传输和传感元件，具有较高的性能潜力和广泛应用前景。

本文将详细介绍大容量低损耗阵列光纤光栅的动态制备关键技术与应用情况。

1.2 文章结构本文分为五个部分进行讨论。

首先，引言部分介绍了文章的背景和研究意义。

其次，第二部分将详细介绍大容量低损耗阵列光纤光栅的基本原理以及在通信系统中的应用。

第三部分主要探讨动态制备关键技术的研究进展和挑战，并提出未来发展方向。

接下来，第四部分分享了大容量低损耗阵列光纤光栅在通信系统和传感器应用方面的研究案例。

最后，在结论与展望部分，对动态制备关键技术进行总结，并展望了大容量低损耗阵列光纤光栅在通信和传感应用领域的未来发展方向。

1.3 目的本文的目的是系统概述大容量低损耗阵列光纤光栅的动态制备关键技术与应用。

通过深入分析光纤光栅的基本原理、特点和优势，探讨制备过程中需要考虑的因素和问题。

同时，总结动态制备关键技术的研究进展，分享大容量低损耗阵列光纤光栅在通信系统和传感器领域中的应用案例。

最后，对未来发展方向和研究重点进行展望，为相关领域的科研人员提供参考和借鉴。

通过本文的撰写，希望能够推动大容量低损耗阵列光纤光栅技术以及其应用领域的进一步发展。

2. 大容量低损耗阵列光纤光栅的基本原理:2.1 光纤光栅的定义与作用:光纤光栅是一种在光纤中引入周期性折射率调制的装置。

它由一系列周期性的高折射率和低折射率区域组成。

其作用是通过调制光的折射率分布，实现对特定波长或频率的光信号进行滤波、耦合或传感等操作。

2.2 大容量低损耗阵列光纤光栅的特点和优势:大容量低损耗阵列光纤光栅是指具有多个通道(阵列)、能够实现高数据容量传输且传输损耗较低的一种技术。

它具有以下特点和优势：- 高容量传输: 通过利用多个通道，大容量低损耗阵列光纤光栅能够实现同时传输多个独立的信号，从而提高数据传输速率和容量。