三点聚焦实现的平顶型通带波分复用器件制造技术

本发明专利技术属于光通信波分复用技术领域，特别是涉及一种三点聚焦实现的平顶型通带波分复用器件。它包括输入波导、自由传播区、衍射光栅和输出波导，输入波导和输出波导位于自由传播区的一侧，衍射光栅位于自由传播区的另一侧，光栅不同齿之间距离输入输出中点光程之和有一定的相位差，整个光栅对应的输出中心为３个，聚焦点距离由所要求的通带宽度确定；对应３个聚焦点的３个子光栅互相交错排列，子光栅齿数比例由聚焦点距离确定。本发明专利技术所确定的光栅齿中心位置克服了现有技术中两种光栅所存在的缺陷，它能得到的频谱响应具有平坦通带，极低纹波，低串扰等优良性能。同时具有器件结构紧凑，色散特性好的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光通信波分复用
，特别是涉及一种具有宽通带极低纹波的频率响应的波分复用器件。
技术介绍
波分复用/解复用技术是现代光纤通信技术的关键技术。波分复用/解复用就是指通过特殊的技术，将不同波长的光合成复合光，以及将复合光中不同波长的光分离出来。波分复用(解复用)器件就是实现波分复用/解复用技术的器件。衍射蚀刻光栅是一种非常典型的集成型波分解复用器件，和其他的波分解复用器相比，衍射蚀刻光栅具有集成度高，体积小，波长分辨率高等优势。另一种典型的集成型波分复用/解复用器件为阵列波导光栅。现有技术中的蚀刻衍射光栅由输入波导、自由传播区、衍射光栅、输出波导组成。复合光从输入波导入射，进入自由传输区自由发散传播，经过衍射光栅衍射之后，由于光栅不同齿之间存在相位差，再次通过自由传播区聚焦，将各波长的光聚焦在成像曲面上不同的位置，并由输出波导输出，实现色散功能，即将不同波长的光分离开来，实现波分解复用的功能。传统设计中相邻光栅齿之间对于入射中心和出射中心的距离和的光程差为波长的整数倍(该倍率为光栅的衍射级次)。现有技术中的阵列波导光栅，由输入波导、自由传输区、阵列波导、输出波导组成。复合光从输入波导入射，进入自由传输区自由发散传输，然后耦合到波导阵7中各条阵列波导，相邻阵列波导存在一定长度差，从而对各波长的光产生不同的位相差，实现光栅的色散功能。经过第二个自由传输区后，不同波长的光会聚于像面上不同点，将输出波导置于相应的位置，即可将不同波长的光分离出来，实现波分解复用的功能。传统设计中相邻阵列波导之间对于入射中心和出射中心的距离以及波导长度的和的光程差为波长的整数倍(该倍率为阵列波导光栅的衍射级次)。在现有技术中波分复用/解复用器(包括衍射蚀刻光栅、阵列波导光栅)的带通是高斯型，当信道的实际波长偏移设计中心波长时，器件对该信道的传输透过效率将迅速下降。这种很强的波长选择性使得传统的波分复用器件对通信系统中的信道光源波长的精度有非常高的要求。但是在实际情况中，大量的外部因素可能使工作波长发生漂移(包括光源本身的漂移，温漂，折射率变化等等)，这大大的限制了波分复用/解复用器件的应用。解决波分复用/解复用器件通带平坦化对提高实际系统效率有着巨大的意义和价值。因此，很多方法被提出用来实现波分复用器件频谱平坦化。目前来实现波分复用器件频谱平坦化有如下几种方法1)基于输入结构的优化如美国专利No.5,706,377.公开的方法是利用Y分支实现频谱平坦化。Y分支中的尖角将增大器件的插损。2)基于光栅结构的优化如美国专利No.5,926,587.公开的方法是利用两个级联光栅的方法实现频谱平坦化。在美国专利Patent No.6,298,186.公开的方法是使用迭代算法，用IFFT对光栅齿进行调整来达到预期希望的平坦化频谱响应。A.Rign等发表的一篇题为“Multigrating method for flattened spectralresponse wavelength multi/demultiplexer’，Electron.Lett.，1997，33，(20)，pp.1701-1702.的文章中采用多光栅实现频谱平坦化。其子光栅之间的比例是均匀的，通常以两个子光栅构成整体结构。3)基于输出结构的优化如M.R.Amersfoort等人发表的题为“Phased-array wavelength demultiplexerwith flattened wavelength response”，Electron.lett.，1994，30，(4)，pp.300-302的文章中，采用多模输出波导实现了频谱平坦化，但这种方法只适合于波分复用/解复用器件直接与探测器连接使用的场合。以上大部分的平坦化设计达到的相对带宽通常比较有限，设计方法不直观，并且一般比较难控制通带内的纹波，使得器件在密集波分复用系统中的应用得到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种宽通带、极低纹波、低串扰、频谱响应特性良好的三点聚焦实现的平顶型通带波分复用器件。本专利技术的目的是采用这样的技术方案实现的它包括输入波导、自由传播区、衍射光栅和输出波导，输入波导和输出波导位于自由传播区的一侧，衍射光栅位于自由传播区的另一侧，其特征在于整个光栅对应的聚焦中心为3个，聚焦点距离由所要求的通带宽度确定；对应3个聚焦点的3个子光栅互相交错排列，子光栅齿数比例由聚焦点距离确定。本专利技术的目的还可采用以下技术方案实现它包括依次设置的输入波导、自由传播区、阵列波导、自由传播区和输出波导，阵列波导位于两个自由传播区之间，相邻阵列波导之间有一定的长度差和相位差，整个波导阵列对应的聚焦中心为3个，聚焦点距离由所要求的通带宽度确定；对应3个聚焦点的3个子波导阵列互相交错排列，子阵列波导数目比例由聚焦点距离确定。由于本专利技术所确定的聚焦点间距以及子光栅齿数(子阵列波导数)克服了现有技术中两种光栅所存在的缺陷，它能得到的频谱响应具有平坦通带，极低纹波，低串扰等优良性能。同时具有器件结构紧凑，色散特性好等特点。附图说明图1是本专利技术的结构原理图；图2是衍射蚀刻光栅结构工作原理示意图；图3是衍射蚀刻光栅3焦点结构示意图(图1中A、B部分的放大图)；图4是本专利技术的另一个结构示意图；图5是阵列波导光栅3焦点结构示意图(图4中C、D部分的放大图)；图6是3焦点和2焦点方法纹波相对焦点间距变化比较图；图7是-1dB带宽相对焦点间距变化图；图8是子像峰值比例相对焦点间距变化图；图9是3焦点方法和2焦点方法频谱响应曲线比较图；图10是3焦点方法色散特性曲线图。具体实施例方式如图1、图2所示本专利技术包括输入波导1、自由传播区2、衍射光栅3和输出波导4，输入波导1和输出波导4位于自由传播区2的一侧，衍射光栅3位于自由传播区2的另一侧，光栅的聚焦中心由传统的1个变为3个(如图3所示)，聚焦点间距由所需要的带宽决定。每个光栅齿中心位置的确定根据所要求的通带宽度选择合适的“聚焦点”，总体上三个子光栅(对应三个聚焦点)互相交错，齿数比例由聚焦点间距确定。具有相同聚焦点的不同光栅齿之间距离输入点和输出“聚焦点”光程之和满足一定的相位差关系。PicPl‾+PlPf(l)‾-(PicP0‾+P0Pf(l)‾)=lmλ0/neff---(1)]]>其中，Pic，Pl，Pf(l)分别为入射中心，第l个光栅齿的中心，以及第l个光栅齿对应的焦点。根据基尔霍夫—惠更斯衍射公式，光栅成像面上的场分布能够写成Eout(x,z)=121λΣn∫nthfacetEg(x′,z′)r2(cosθi+cosθd)e-ikr2ds′,---(2)]]>其中λ是光在芯层介质中的波长，k=2πλ]]>为波数，r2为光栅上点P′(x′，z′)到输出点的距离，θi和θd分别为光相对于每个光栅齿的入射角和本文档来自技高网...

【技术保护点】
三点聚焦实现的平顶型通带波分复用器件，它包括输入波导（１）、自由传播区（２）、衍射光栅（３）和输出波导（４），输入波导和输出波导位于自由传播区的一侧，衍射光栅位于自由传播区的另一侧，其特征在于：整个光栅结构对应的聚焦中心为３个，聚焦点距离由所需要的通带宽度确定，对应３个聚焦点的３个子光栅交错排列，子光栅１的会聚点为Ｐ↓［ｏｃ１］，子光栅２的会聚点为Ｐ↓［ｏｃ］，子光栅３的会聚点为Ｐ↓［ｏｃ３］，子光栅齿数比例由聚焦点距离确定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石志敏，何赛灵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]