br>[0040] 本发明所说的一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，在于利用材料的热光效 应，通过调节输入平板波导区（2)与输出平板波导区（4)的各自温度改变双折射，实现光学 非对称性，从而补偿使用半波片（6)后所残留的偏振敏感性。
[0041] 再根据插入半波片（6)的实际情形（过补偿：半波片位置偏左，负补偿：半波片位 置偏右）调节输入平板波导区（2)以及输出平板波导区（4)的各自温度，改变其对应的双 折射，可以完全消除阵列波导光栅偏振敏感性。
[0042] 下面结合附图对本发明作进一步阐述：
[0043]步骤一：在阵列波导光栅AWG的阵列波导区（3)中间位置插入半波片（6)，使原有 的TE偏振态模式变为TM偏振态模式，原有的TM偏振态模式变为TE偏振态模式；
[0044] 步骤一中所述AWG中的两种偏振态即橫电模（TE模）和横磁模（TM模）的光栅方 程可以表示为：
[0045]
[0046] 其中P表示阵列波导上半波片位置参数，0(开始位置）到1(结束位置）之间，0.5 表示表示半波片（6)在阵列波导区（3)中间位置；AL表示相邻阵列波导之间的长度差；m 表示衍射级次；A TE表示TE模式的中心波长；A TM表示TM模式的中心波长；R i表示输入平 板波导罗兰圆半径；R。表示输出平板波导罗兰圆半径；x 1表示输入位置；x。表示输出位置； 屯表示阵列波导输入端波导间隔；d。表示阵列波导输出端波导间隔；
[0047] 步骤一种所述AWG的偏振敏感性可以表示为：
[0048]
[0049]步骤一种所述在阵列波导区（3)中间位置插入半波片（6)，由于半波片前后结构 不完全对称、工艺误差使半波片位置也不能居中、TE、TM模式之间的串扰以及半波片仅对一 定波长范围有效等因素导致使用半波片（6)并不能完全补偿偏振相关波长漂移。
[0050] 步骤二：在AWG的输入平板波导区⑵与输出平板波导区⑷分别加入电极（7)， 利用材料的热光效应，改变输入平板波导区（2)与输出平板波导区（4)的双折射率实现光 学非对称性，补偿插入半波片（6)的残留偏振敏感性。
[0051] 步骤二中所述实现AWG的光学非对称性，可以由如下方式推导得到。典型AWG是 对称结构即氏=R。，屯=(1。= d，对于中心波长而言，输入位置等于输出位置Xi= -x。;要 消除AWG的偏振敏感性，TE模式的中心波长等于TM模式的中心波长，即
[0052]
[0053] 其中1表示阵列波导区TE、TM模的有效折射率差，即n g,TE-ng,TM;B si表示输入平板 区TE、TM模的有效折射率差，即nsi,TE-n si,TM;B s。表示阵列波导区TE、TM模的有效折射率差， 艮Pns。，TE_ns。，TM;
[0054] 根据公式（6)可以看出，如果半波片位于对称AWG结构的正中即P = 0.5,且输 入、输出平板波导的双折射率一致，公式（6)完全可以成立。然而，工艺误差使半波片位置 未必能居中，使得P不等于〇. 5。当半波片位置偏离AWG中间位置且靠近输入平板波导区， 即P〈0. 5,导致欠补偿现象（即ro X S〈0);同理，当半波片位置偏离AWG中间位置且靠近输 出平板波导区，即P>〇. 5时，导致过补偿现象（ro X S>0)。值得一提的是，残留的偏振敏感 性不仅仅由不理想的半波片位置引起，也可由半波片前后结构不完全对称引起，即Ri#R。， 屯辛d。;此外，半波片对偏振光旋转仅在一定波长范围有效也会导致在AWG的工作波段依然 有残留的偏振敏感性。在这些情况下可以通过调节（B si -Bs。）从而实现完全消除AWG的偏 振敏感性。调节（Bsi_Bs。）可通过在AWG的输入平板波导区（2)与输出平板波导区⑷加 入电极（7)，利用温度对双折射率的影响来实现。
[0055] 这里以基于聚合物材料的AWG为例，聚合物材料本身的双折射性较小，但是聚合 物AWG依然呈现一定的偏振敏感性。聚合物材料的双折射B与温度T的关系可以由图6 得出(J. Wang, et al. Polarization insensitive 25-Gbaud direct D (Q)PSK receiver based on polymer planar lightwave hybrid integration platform[J]. Optics Express, 2011, Vol. 19, No. 13.)
[0056] B(T) = l(T3+k(T-20) (7)
[0057] 其中常数k= -5X1(T7°C，因此式（6)可以表示为：
[0058]
[0059] T。表不输出平板波导的温度；T 1表不输入平板波导的温度。
[0060] 综上所述，由于工艺误差，AWG中半波片的位置不尽相同，对此通过调节输入平板 波导区⑵与输出平板波导区⑷之间的温度差H，就能消除AWG的偏振敏感性；
[0061] 本发明采用在输入平板波导区（2)、输出平板波导区（4)上包层上方（如图2所 示）、下包层下方（如图3所示）、右侧面（如图4所示）或者左侧面（如图5所示）加入 一块电极所示，通过电极改变输入平板波导区（2)与输出平板波导区（4)的温度，最终实现 温度控制消除阵列波导光栅偏振敏感性。
[0062] 下面给出本发明以聚合物AWG为例的两个模拟结果，其中R = lOOOum，AL = 20um，Xi= 200um，d = 20um，B g= 10 _3;
[0063] 当P = 0. 49时，通过计算得出1；-!^= 20°C，如果输入平板波导的温度保持在20°C 时，只要增加输出平板波导温度，达到40°C，从理论上消除偏振敏感性，通过传输函数 模拟结果如图7所示；同理，当P = 0. 51时，通过计算得出1；-!^= -20°C，其模拟结果如图 8所示。从结果显示，改变输入平板波导与输出平板波导的温度可以完全消除阵列波导光栅 偏振敏感性。
[0064] 本发明提供一种利用热光效应，通过调节波导温度，以消除阵列波导光栅偏振敏 感性的方法，突破传统偏振色散补偿技术的局限性，实现正负可调消除残留偏振敏感性，适 用于各种结构的阵列波导光栅，具有结构简单，温控可调等优点。
【主权项】
1. 一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其步骤如下： 步骤一：在阵列波导光栅AWG的阵列波导区中间位置插入半波片，使原有的TE偏振态 模式变为TM偏振态模式，原有的TM偏振态模式变为TE偏振态模式； 步骤二：在AWG的输入平板波导区与输出平板波导区分别加入电极，利用材料的热光 效应，改变输入平板波导区与输出平板波导区（4)的双折射率实现光学非对称性，补偿插 入半波片的残留偏振敏感性。2. 根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤一 中所述的AWG由输入波导、输入平板波导区、阵列波导区、输出平板波导区，及输出波导依 次连接组成。3. 根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤一 中所述AWG中的两种偏振态即TE偏振模态和TM偏振模态的光栅方程可以表不为：其中P表示阵列波导上半波片位置参数，0(开始位置）到1(结束位置）之间，0.5表 示表示半波片（6)在阵列波导区（3)中间位置；AL表示相邻阵列波导之间的长度差；m表 示衍射级次；ATE表示TE模式的中心波长；XTM表示TM模式的中心波长；Ri表示输入平板 波导罗兰圆半径；R。表示输出平板波导罗兰圆半径； 11表示输入位置；X。表示输出位置；七表示阵列波导输入端波导间隔；d。表示阵列波导 输出端波导间隔。4. 根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤二 中所述AWG的偏振敏感性可以表示为：5. 根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤二 中所述实现AWG的光学非对称性，可以由如下方式推导得到；典型AWG是对称结构即氏= R。，屯=d。=d，对于中心波长而言，输入位置等于输出位置x^ -x。;要消除AWG的偏振敏 感性，TE模式的中心波长等于TM模式的中心波长，即其中1表示阵列波导区TE、TM模的有效折射率差，即ng,TE-ng,TM;Bsi表示输入平板区TE、TM模的有效折射率差，即nsi,TE-nsi,TM;Bs。表示阵列波导区TE、TM模的有效折射率差，即 ^so, TE -^-so, TM? 根据公式（3)可以看出，通过调节（Bsi -Bs。）从而能够补偿AWG的残留偏振敏感性；调 节（Bsi_Bs。）可通过在AWG的输入平板波导区（2)与输出平板波导区（4)加入电极（7)，利 用温度对双折射率的影响来实现。6. 根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤二 中所述的AWG的输入平板波导区与输出平板波导区各自都含有上包层与基底。7.根据权利要求1所述一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，其特征在于步骤二 中所述在输入平板波导区与输出平板波导区加入电极的位置可以是其各自的上包层上方、 基底上方、左侧面或右侧面。
【专利摘要】本发明公开了一种补偿阵列波导光栅偏振敏感性的方法，是在阵列波导区中间加入半波片实现横电模(TE)与横磁模(TM)的反转，同时在输入平板波导区与输出平板波导区引入电极，利用材料的热光效应改变输入平板波导区与输出平板波导区各自的温度，改变对应的双折射率，从而补偿使用半波片后所残留的偏振敏感性。与传统利用半波片消除阵列波导光栅偏振敏感性的方法相比，本发明突破了仅使用半波片消除偏振敏感性的局限性，弥补了例如非理想的半波片位置所带来的过补偿或欠补偿现象，适用于各种结构的阵列波导光栅，具有结构简单，温控可调等优点。
【IPC分类】G02B6/124, G02F1/01, G02B6/27
【公开号】CN104991309
【申请号】CN201510213146
【发明人】王瑾, 冒进斌, 付旭, 陆云清, 许吉
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月29日