陣列波導(dǎo)光柵及可調(diào)色散補(bǔ)償器研究.pdf

1、本論文根據(jù)波導(dǎo)陣列光柵(Arrayed Waveguide Grating,簡稱AWG)近年來具有往低成本、無熱封裝、以及基于AWG的可調(diào)色散補(bǔ)償器(Tunable Optical Dispersion Compensator,TODC)的方向發(fā)展的趨勢,著重進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究,并取得了如下創(chuàng)新性的成果:
　　進(jìn)行了低成本曲線型切割A(yù)WG有熱穩(wěn)定封裝技術(shù)研究。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)的方法研究了AWG芯片受加熱片、受封裝盒線膨脹系

2、數(shù)與AWG芯片或帶裝光纖之間的不同導(dǎo)致的熱應(yīng)力。本論文提出了一種通過在加熱片與曲線AWG芯片接觸面之間使用導(dǎo)熱硅脂、在AWG芯片周圍用硅橡膠將其貼到加熱片上的方法減小加熱片對AWG芯片的應(yīng)力,并通過在加熱片下貼一塊高硼硅玻璃片將AWG上的帶狀光纖固定到該玻璃片上的方案極大低降低了封裝盒對AWG芯片的應(yīng)力,同時(shí)又保證了AWG芯片不受通過帶狀光纖傳遞過來的來自封裝盒外的外力的影響。實(shí)驗(yàn)表明環(huán)境溫度在-20～65℃范圍內(nèi)變化時(shí)使用本方案封裝的

3、AWG熱應(yīng)力引起的中心波長變化典型值為5pm。
　　進(jìn)行了新型無熱AWG研究。本論文提出一種新型無熱AWG方案:在兩條線膨脹系數(shù)較大的材料上貼兩片平整的基片A與B,將曲線切割的AWG芯片沿著輸入平板波導(dǎo)且垂直于光傳輸方向切斷為A、B兩個(gè)部分并分別貼在這些基片上,利用補(bǔ)償桿的熱脹冷縮導(dǎo)致的AWG芯片各個(gè)部分之間的相對運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)無熱AWG。本方案的特點(diǎn)是使用的補(bǔ)償桿本身比較穩(wěn)定,不易產(chǎn)生彈性形變,封裝的無熱AWG不易受外力的影響,而且

4、可以在封裝過程中通過在曲線型AWG芯片上施加外力改變AWG芯片的中心波長,用以補(bǔ)償貼AWG芯片以及其它操作中使用的夾具應(yīng)力、膠的應(yīng)力的釋放引起的AWG中心波長的漂移并精確調(diào)整波長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,可以在-5～70℃環(huán)境溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波長溫度系數(shù)為-0.79pm/℃的無熱AWG。
　　進(jìn)行了新型小尺寸AWG芯片設(shè)計(jì)研究。本論文提出了一種新型的小尺寸低折射率差硅基二氧化硅AWG芯片的設(shè)計(jì)方案,該方案通過將輸出波導(dǎo)與AWG輸出平板連接的部

5、分制作成高折射率差的空氣槽波導(dǎo),從而縮減AWG芯片尺寸。該方案優(yōu)點(diǎn)是除輸出波導(dǎo)與AWG輸出平板波導(dǎo)連接的部分制作成高折射率差的空氣槽波導(dǎo)外,其余各處的波導(dǎo)均為低折射率差波導(dǎo),這就保留了低折射率差波導(dǎo)與普通單模光纖之間的低耦合損耗的特性,以及陣列波導(dǎo)低相位誤差的特性。設(shè)計(jì)結(jié)果表明可以在一個(gè)6英寸的硅片上加工并切出49個(gè)40通道100GHz間隔的AWG芯片——是常規(guī)曲線切割A(yù)WG的2倍左右。
　　本論文提出了一種新型的單片集成的基于A

6、WG的TODC的設(shè)計(jì)方案:將AWG中輸出波導(dǎo)與輸出平板波導(dǎo)連接的部分制作成高折射率差的空氣槽波導(dǎo)以獲得相鄰輸出波導(dǎo)光譜中心波長差很小的AWG,并將AWG輸出波導(dǎo)分成若干組,每組中各個(gè)輸出波導(dǎo)均利用熱光效應(yīng)改變該波導(dǎo)中的光信號的相位,實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)或獨(dú)立可調(diào)TODC功能。模擬結(jié)果顯示多通道獨(dú)立可調(diào)TODC可以實(shí)現(xiàn)-402～402ps/nm的色散補(bǔ)償能力,設(shè)計(jì)的多通道同時(shí)可調(diào)TODC可以實(shí)現(xiàn)-783～783ps/nm的色散補(bǔ)償能力。同時(shí)提出