本发明涉及通信领域，尤其涉及一种阵列波导光栅及光模块。
背景技术：
随着通信网络5g时代的到来，现今的网络传输容量已逐渐不能满足用户的需求，因此必须进一步提升信息系统传输容量及传输性能。在整个网络体系中，波分复用(wavelengthdivisionmultiplexer，wdm)技术担当着非常重要的角色，它大大提升了全光网络的通信容量。基于平面光波导技术(planarlightwavecircuit，plc)的阵列波导光栅(arrayedwaveguidegratings，awg)作为wdm系统中的关键器件之一，具有体积小、损耗低、通道数多以及集成度高的特点，在高通道数的密集波分复用技术上具有非常大的优势。但由于awg阵列波导的有效折射率具有温度敏感性，使得经awg出射的波长也会随温度的变化而发生漂移，从而不能满足国际电信联盟(itut)对光纤通信系统波长的规定。因此，为了保证输出波长的稳定性，一般需要给awg芯片附加额外的装置。
目前实际商用的减小波长漂移的方案主要是电路控制的加热片使芯片温度保持在相对稳定的状态，环境温度变化不会对芯片温度产生太大影响，以此达到稳定其中心波长的目的。但是这种有热型awg会产生额外的能源消耗，电控单元也会降低系统的可靠性。为了解决这些问题，人们开始研究无热型awg。
至今，国际上已有多种无热awg的方案被提出。一种方案是在awg的阵列波导或平板波导中形成与光波传播轴相交的槽，并在该槽中插入折射率温度系数与波导有效折射率温度系数不同的材料。日本专利文献jp2001-116937a对该方案进行了详细说明。这种方案虽然使awg的温漂量减小，但失去了利用温度变化来调节中心波长的便利。因此在实际应用中，中心波长也存在着不确定性的问题。另一种方案是通过在芯片底部粘贴双金属片，利用双金属片随温度变化产生的形变影响芯片波导的应力分布使其折射率发生变化以此补偿波长漂移，实现了在25℃～70℃范围内波长漂移小于0.05nm；然而这种方案双金属片的形变过大时，可能会损坏芯片。还有一种方案是利用金属板热胀冷缩的性质使芯片切开的两部分之间的相对位置发生改变来补偿awg的波长漂移；在awg的波长随温度变化的变化量保持一定的情形下，需要一定尺寸的金属板来进行波长漂移补偿；然而在芯片日趋小型化的时代，则金属板的长度对于小芯片来说即是增加了芯片整体的封装尺寸。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种阵列波导光栅及光模块，基于应力和波导移动对波长漂移实现双重补偿，满足小芯片的波长漂移补偿要求和尺寸要求。
第一方面，本发明实施例提供一种阵列波导光栅，包括：
底板；
设置于所述底板上的阵列波导光栅芯片，其包括分为两部分的输入平板波导和阵列波导；
设置于所述底板上、用于基于所述输入平板波导的两部分的相对位移对所述阵列波导光栅芯片进行温度补偿的第一补偿部件；
设置于所述阵列波导光栅芯片的阵列波导下方、用于基于应力分布对所述阵列波导光栅芯片进行温度补偿的第二补偿部件。
优选的，所述第一补偿部件为金属板，所述金属板的热膨胀系数与所述底板不同；
所述底板包括互相分离的第一底板部分和第二底板部分，所述第一底板部分和第二底板部分通过所述金属板固定连接；
所述输入平板波导包括互相分离的第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分，且所述第一输入平板波导部分设置于所述第一底板部分，所述第二输入平板波导部分设置于所述第二底板部分。
优选的，所述第一底板部分和第二底板部分之间具有第一底板狭缝和第二底板狭缝；所述第二底板狭缝的一端与所述第一底板狭缝的一端连接，从而将所述底板分隔为所述第一底板部分和第二底板部分；
所述第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分之间具有芯片狭缝；
所述第一底板狭缝和所述芯片狭缝相平行且位置对齐；
所述第一底板部分和第二底板部分在所述第二底板狭缝处通过所述金属板固定连接。
优选的，所述第二底板狭缝为平行或非平行狭缝；和/或
所述第一底板狭缝和所述第二底板狭缝之间通过第三底板狭缝进行连接。
优选的，所述阵列波导光栅芯片包括依次连接的输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导组成，且整体呈v形或u形设置于所述底板上；
所述第一补偿部件设置于所述底板上且位于所述阵列波导光栅芯片的v形或u形的内部。
优选的，所述第二温度补偿部件为双金属片，所述双金属片的两个接触面具有不同的热膨胀系数，其中具有较高热膨胀系数的一个接触面紧贴所述阵列波导光栅芯片的阵列波导的下方。
具体的，所述金属板的长度、所述双金属片的宽度和所述双金属片的厚度满足下式：
其中，ns为输入平板波导的有效折射率，d为阵列波导的间距，lf为输入平板波导的长度，m为衍射级数，α为金属板的热膨胀系数，l为金属板的长度，λ0为阵列波导光栅的中心波长，nc为阵列波导的有效折射率，a为阵列波导的弹光系数，b为阵列波导光栅芯片的形状有关的结构参数，k为双金属片的弯曲系数，tb为双金属片的厚度，wb为双金属片的宽度，eb为双金属片的杨氏模量，ts为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的厚度，ws为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的宽度，es为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的杨氏模量，λ为阵列波导光栅的输出波长，t为温度。
具体的，所述金属板的材质为铜、铝或铁。
优选的，所述金属板的材质为铝，所述金属板的长度范围为5mm～15mm，所述双金属片的宽度范围为7mm～12mm，所述双金属片的厚度范围为0.4mm～0.8mm。
第二方面，本发明实施例提供一种光模块，其特征在于，包括本发明实施例第一方面所述的阵列波导光栅。
本发明实施例提供的一种阵列波导光栅及具备所述阵列波导光栅的光模块，通过第一补偿部件提供基于波导移动的波长漂移补偿，通过第二补偿部件提供基于应力的波长漂移补偿，从而联合实现双重补偿，满足小尺寸阵列波导光栅的波长漂移补偿要求和尺寸要求；且无需对awg芯片进行加热，可以依靠自身的机械结构保证其中心波长基本不随环境温度的变化而变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述阵列波导光栅第一实施例示意图；
图2为本发明实施例所述阵列波导光栅第二实施例示意图；
图3为本发明实施例所述阵列波导光栅第三实施例示意图；
图4为本发明实施例所述阵列波导光栅第四实施例示意图；
其中，
1、底板，2、阵列波导光栅芯片，
3、第一补偿部件，4、第二补偿部件，
101、第一底板部分，102、第二底板部分，
103、第一底板狭缝，104、第二底板狭缝，
105、第三底板狭缝，201、第一输入平板波导部分，
202、第二输入平板波导部分，203、芯片狭缝。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例所述阵列波导光栅示意图，请参考图1，本发明实施例提供一种阵列波导光栅，包括：
底板1；
设置于所述底板1上的阵列波导光栅芯片2，其包括分为两部分的输入平板波导和阵列波导；
设置于所述底板1上、用于基于所述输入平板波导的两部分的相对位移对所述阵列波导光栅芯片进行温度补偿的第一补偿部件3；
设置于所述阵列波导光栅芯片2的阵列波导下方、用于基于应力分布对所述阵列波导光栅芯片进行温度补偿的第二补偿部件4。
现有技术的阵列波导光栅的波长漂移补偿方案仅仅通过单个补偿部件进行波长漂移补偿，由于单个补偿部件的补偿能力有限，单个补偿部件的尺寸必须满足一定要求才能满足波长漂移补偿的要求，从而导致阵列波导光栅的封装尺寸偏大。
为解决现有技术问题，本发明实施例提供一种阵列波导光栅，下面以图1所示的实施例进行说明。如图1所示，阵列波导光栅包括底板1、阵列波导光栅芯片2和两个补偿部件，其两个补偿部件分别是第一补偿补偿3和第二补偿部件4。底板1上包括两条互相垂直(也可以是其他角度)的底板狭缝，将底板分为两部分，即第一底板101和第二底板102，其两条互相垂直的底板狭缝分别为第一底板狭缝103和第二底板狭缝104。所述阵列波导光栅芯片整体上呈v形(也可以是u形)，从左至右依次为输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导；输入平板波导上有一条与底板位置平行对齐的狭缝203，将输入平板波导分为第一输入平板波导201和第二输入平板波导202；第一输入平板波导201和第二输入平板波导202分别固定的其相应的下方底板上。第一补偿部件3是长方形的金属板，金属板连接第二底板狭缝处两端的底板。由于第一底板狭缝103和第二底板狭缝104连通，当环境温度变化时，第一补偿部件3即金属板发生热胀冷缩而使第二底板狭缝104两边的底板发生相对位移，并带动第一底板狭缝103两边的底板发生相对位移，从而底板上固定的第一输入平板波导201和第二输入平板波导202发生相对位移，实现了对阵列波导光栅芯片的波长漂移的补偿。第二补偿部件4为双金属片，当环境温度变化时，双金属片由于其两个接触面的热膨胀系数不相同而产生应力作用，并作用于阵列波导上，对阵列波导光栅芯片进行波长漂移补偿。
本发明实施例提供的阵列波导光栅，通过第一补偿部件提供基于波导移动的波长漂移补偿，通过第二补偿部件提供基于应力分布的波长漂移补偿，从而联合实现双重补偿，补偿结构尺寸小，非常适合小尺寸芯片的波长漂移补偿，有利于器件的小型化封装，满足小尺寸阵列波导光栅的波长漂移补偿要求和尺寸要求。本发明实施例提供的阵列波导光栅无需对awg芯片进行加热，可以依靠自身的机械结构保证其中心波长基本不随环境温度的变化而变化。
基于上述实施例，所述第一补偿部件3为金属板，所述金属板的热膨胀系数与所述底板1不同；
请参考图1，所述底板1包括互相分离的第一底板部分101和第二底板部分102，所述第一底板部分101和第二底板部分102通过所述金属板固定连接，以使得所述第一底板部分101和第二底板102部分能够在所述金属板的热胀冷缩下在所述底板1所处平面内发生平行的相对位移；
所述输入平板波导包括互相分离的第一输入平板波导部分201和第二输入平板波导部分202，且所述第一输入平板波导部分201设置于所述第一底板部分101，所述第二输入平板波导部分202设置于所述第二底板部分102，以使得所述第一输入平板波导部分201和第二输入平板波导部分202随所述第一底板部分101和第二底板部分102的相对位移而发生相对位移。
具体的，所述底板的热膨胀系数几乎为0，所述金属板的热膨胀系数不为0；由于温度变化，金属板会发生热胀冷缩反应，从而引起金属板的形状变化；从而，通过金属板进行固定连接的第一底板部分和第二底板部分在金属板的热胀冷缩下发生平行的相对移动；又由于，第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分分别与所述第一底板部分和第二底板部分进行固定连接，从而，当第一底板部分和第二底板部分发生相对位移时，会带动第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分发生相对位移，从而实现对阵列波导光栅芯片的波长漂移补偿。
具体的，所述输入平板波导的第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分可以通过将所述输入平板波导进行切割来获得，具体的切割位置可根据工艺来确定，根据切割的不同位置，可以调整波长漂移补偿的参数来达到对输入平板的补偿效果。具体的，可以通过调整金属板的长度来调整波长漂移补偿的参数。
需要说明的是，所述阵列波导光栅芯片由于输入平板波导的切割而被分为两部分，每一部分都固定在对应的底板上；具体的固定方式有多种，优选的，阵列波导芯片的两部分可以粘贴在对应的底板上。
具体的，所述底板可由一块整体的金属板切割而成，也可由多个组件拼接成一整体。本实施例中，所述底板可由一块整体的金属板切割而成两部分，即第一底板部分和第二底板部分；也可以由两个金属板即第一底板部分和第二底板部分拼接成一个整体即形成所述底板。
基于上述实施例，所述第一底板部分101和第二底板部分102之间具有第一底板狭缝103和第二底板狭缝104；所述第二底板狭缝104的一端与所述第一底板狭缝103的一端连接，从而将所述底板1分隔为所述第一底板部分101和第二底板部分102；
所述第一输入平板波导部分201和第二输入平板波导部分202之间具有芯片狭缝203；
所述第一底板狭缝103和所述芯片狭缝203相平行且位置对齐；
所述第一底板部分101和第二底板部分102在所述第二底板狭缝104处通过所述金属板固定连接。
本实施例中，所述第一底板部分和第二底板部分之间具有两条狭缝，即第一底板狭缝和第二底板狭缝，且两条狭缝是连接的，请参考图1。具体的，第一底板狭缝和第二底板狭缝可以任意角度连接，请参考图2和图3。优选的，第一底板狭缝和第二底板狭缝互相垂直连接，请参考图1。所述第一底板狭缝和第二底板狭缝的作用是：当第一底板部分和第二底板部分在金属板的热胀冷缩下发生平行的相对移动时，通过其狭缝宽度提供移动的空间。
当所述底板上具有两条狭缝时，所述第一补偿部件可以固定连接所述第二底板狭缝处的第一底板部分和第二底板部分。
第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分之间的狭缝，即芯片狭缝，与所述第一底板狭缝的位置完全对齐且平行，并且第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分分别与各自下方的底板固定连接，这样当第一底板部分和第二底板部分发生相对位移时，第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分也会发生相对位移。所述芯片狭缝的作用是，当第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分发生相对位移时，通过其狭缝宽度提供移动的空间。
基于上述实施例，所述第二底板狭缝104为平行或非平行狭缝；和/或
所述第一底板狭缝103和所述第二底板狭缝104之间通过第三底板狭缝105进行连接。
具体的，若所述第二底板狭缝为平行狭缝，则其狭缝的宽度是保持不变的，两端的宽度也是一样，请参考图1和图2；若所述第二底板狭缝为非平行狭缝，则其狭缝的宽度是变化的，两端的宽度不一样。
请参考图3，若第二底板狭缝为非平行狭缝，其与第一底板狭缝连接的一端的宽度与第一底板狭缝的宽度相同，另一端方向的宽度逐渐增大，或者也可以逐渐减小。
请参考图4，图4提供一种底板上三条狭缝的方案，即第一底板狭缝、第三底板狭缝和第二底板狭缝，它们依次连接而连通，从而将底板分隔为第一底板部分和第二底板部分。具体的，在一个实施例中，第一底板狭缝与芯片狭缝位置对齐且平行，将所述底板从一侧分隔开；第二底板狭缝的一端连接第一底板狭缝位于所述阵列波导光栅芯片的v形或u形内部的一端，第二底板狭缝的另一端靠近所述v形或u形内部的底部；第三底板狭缝的一端连接第二底板狭缝的另一端，第三底板狭缝的另一端位于所述v形或u形的开口处，并将所述底板另一侧分隔开，从而第一底板狭缝、第三底板狭缝与第二底板狭缝形成一条完整的狭缝将所述底板分为两部分。
图2、图3和图4所示的实施例中各狭缝的作用及实现的效果与图1所示的实施例相同或相似，只是生产工艺的差别。
图3和图4的方案可以单独实施，也可以同时实施；具体的，可以在图4的基础上，第二底板狭缝的宽度如图3一样变化，即第二底板狭缝连接第三底板狭缝的一端与第三底板狭缝宽度相同，另一端逐渐增大。
需要说明的是，除了图1-4所示出的技术方案，还可以有其他底板狭缝的方案，只要其由至少两条底板狭缝组成，其中一条底板狭缝与芯片狭缝的位置完全对齐且平行，另一条底板狭缝两端的底板通过金属板进行固定连接，所有的底板狭缝依次连接形成一条连续的狭缝将底板分隔为两部分即可。
基于上述实施例，所述阵列波导光栅芯片2由依次连接的输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导组成，且呈v形或u形设置于所述底板上；
所述第一补偿部件3设置于所述底板上且位于所述阵列波导光栅芯片2的v形或u形的内部，所述第一补偿部件3为金属板，其形状可以是长方形，请参考图1至图4。
请参考图1，图1中的阵列波导光栅芯片整体上呈v形或u形，从左至右依次为输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导，其中输入平板波导包括第一输入平板波导部分和第二输入平板波导部分。所述阵列波导光栅芯片包括内层和涂覆在内层外面的包层，包层为硅基芯片。
所述第一补偿部件即金属板设置阵列波导光栅芯片为v形或u形的内部，请参考图1，可以减小芯片的封装尺寸。
基于上述实施例，所述第二温度补偿部件4为双金属片，所述双金属片的两个接触面具有不同的热膨胀系数，其中具有较高热膨胀系数的一个接触面紧贴所述阵列波导光栅芯片2的阵列波导的下方。
本实施例中，所述第二温度补偿部件为双金属片，其两个接触面具有不同的热膨胀系数，将具有较高热膨胀系数的一个接触面紧贴阵列波导的下方，以实现对阵列波导的波长漂移补偿。
需要说明的是，所述双金属片可以是不同的型号，即不同材料成分或材料成分比例不同，如型号为5j1380和5j1580的双金属片。
需要说明的是，所述双金属片可以是不同的尺寸和形状，只要满足和所述金属板的共同作用能补偿阵列波导的光路长度差随温度变化而导致的波长漂移。
具体的，所述金属板的材质为铜、铝或铁。可根据生产资料和生产工艺确定使用何种材质。
具体的，所述金属板的长度范围为5mm～15mm，所述双金属片的宽度范围为7mm～12mm，所述双金属片的厚度范围为0.4mm～0.8mm。
基于上述实施例，所述金属板的长度、所述双金属片的宽度和所述双金属片的厚度满足下式，以对所述阵列波导光栅进行双重温度补偿，使得补偿之后的波长漂移量x趋近于0：
其中，式中第一项
数学符号lim表示求极限，是微积分中的基础概念，它指的是变量在一定的变化过程中，从总的来说逐渐稳定的一种变化趋势以及所趋向的值。本实施例中，
其中，ns为输入平板波导的有效折射率，d为阵列波导的间距，lf为输入平板波导的长度，m为衍射级数，α为金属板的热膨胀系数，l为金属板的长度，λ0为阵列波导光栅的中心波长，nc为阵列波导的有效折射率，a为阵列波导的弹光系数，b为阵列波导光栅芯片的形状有关的结构参数，k为双金属片的弯曲系数，tb为双金属片的厚度，wb为双金属片的宽度，eb为双金属片的杨氏模量，ts为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的厚度，ws为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的宽度，es为阵列波导光栅芯片的硅基芯片的杨氏模量，λ为阵列波导光栅的输出波长，t为温度。
本发明实施例中，所述金属板的长度、所述双金属片的宽度和所述双金属片的厚度这三个参数可以灵活调整来适应芯片的波长漂移量，具有较好的灵活适应性。具体的，这三个参数满足式(1)，可使补偿后波长漂移量接近于0。需要说明的是，趋近于0是一种理论上的最优结果，实际情况根据金属板的材质、双金属片的材质和工艺效果会有所差异，总体上满足生产应用的最优效果。
优选的，所述金属板的材质为铝，则式(1)可写成：
由于金属板的材质确定为铝，则金属板的热膨胀系数为铝的热膨胀系数αal，金属板的长度为铝的长度lal。
具体的，在一个具体实施例中，阵列波导光栅芯片的参数如表1所示。
表1
在一个具体实施例中，环境温度为25℃时，折射率随温度变化量
金属板采用纯铝材质，取25℃下铝的热膨胀系数αal为：
αal＝2.23×10^-5/℃。
双金属片选用5j1380型号，其杨氏模量eb为147gpa，弯曲系数为1.38×10^-5/k。再根据阵列波导光栅芯片的硅基芯片的有关参数，可得出金属板的长度与双金属片宽度、双金属片厚度的关系为：
若金属板采用纯铝材质，根据上述参数进行计算，获得的优选方案中，所述金属板的长度范围为7.6mm～11mm，所述双金属片的宽度范围为8.3mm～11mm，所述双金属片的厚度范围为0.41mm～0.78mm。
在此范围内，金属板可补偿25％～35％的波长漂移，双金属片可补偿65％～75％的波长漂移。
优选的，所述双金属片的宽度为10mm，厚度为0.58mm时，所述金属板的长度约为8mm，缩小为原来的1/4，极大的减小了芯片封装尺寸。
本发明实施例还提供一种光模块，包括本发明上述任一实施例所述的阵列波导光栅。
本发明实施例所述光模块，是指具备上述实施例及其任一可选实施例所述的阵列波导光栅，包括所有通过上述阵列波导光栅进行扩展应用的光模块。
本发明实施例所述的光模块，具备小尺寸阵列波导光栅，且阵列波导光栅波通过波导位移和应力联合实现双重补偿的波长漂移补偿要求，且无需对awg芯片进行加热，便于光模块的小尺寸封装且能使得光模块具备良好的波长漂移性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。