一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，包括温度补偿装置、AWG芯片、输入装置、输出装置；温度补偿装置由特定形状的底板和两个长度相等的补偿杆组成，底板被切割成两部分但不完全切断，而保留有两个弹性连接；两根补偿杆的两端分别固定在底板的两部分上，且位于底板的对边上，与位于底板上两个弹性连接之间的切割面平行。底板上的两个弹性连接保证底板两部分的表面位于同一平面上，并且抑制振动冲击等外力作用导致底板在垂直方向上的相对移动。当环境温度变化时，由于补偿杆的热膨胀系数大于底板的热膨胀系数，补偿杆将驱动底板带着芯片平行于芯片切割线做相对平动。本发明所需要的补偿杆的长度较短，提高了结构稳定性。
【专利说明】
一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅
技术领域
[0001] 本发明涉及一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅(温度不敏感型阵列 波导光概，Athermal Arrayed Waveguide Grating，简称AAWG)，属于通信领域。 技术背景
[0002] 阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Gratings，简称AWG)是基于平面光波导的光 器件，由输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导组成，其中相邻阵列 波导具有固定的长度差。AWG是密集波分复用系统的关键光器件，具有集成度高、通道数目 多、插入损耗小，易于批量自动化生产等优点。AWG密集波分复用系统对复用/解复用器件的 中心波长稳定性要求较高，通常在100GHz间隔的波分复用系统中，中心波长精度需要控制 在通道间隔（0 · 8nm)的+/-5%以内，即+/-0 · 04nm。但是，传统的硅基AWG芯片对温度比较敏 感，一般中心波长随温度的漂移为〇.〇118nm/°C在波分复用系统工作环境温度内（_5°C至65 °C)，AWG芯片的中心波长漂移量会达到约800pm，明显超出了系统要求，因此，需要采用措施 来控制AWG芯片的中心波长，使其能在工作环境温度内正常工作。AWG输入波导的位移随温 度的变化率与折射率对温度的导数成线性关系，可以利用这一特性设计温度补偿结构，当 环境温度变化时，温度补偿结构的热胀冷缩将驱动输入波导移动来补偿波长随温度的漂 移。其原理如下：
[0003] AWG的衍射方程:dns sin9i+dns sin9〇+ncAL=mA (1)
[0004] 其中n4Pnc分别是AWG的输入平板波导、输出平板波导，也叫罗兰圆的有效折射率 和阵列波导的有效折射率，d是相邻阵列波导在罗兰圆周上的间距，Θ4ΡΘ。是输入和输出平 板波导的衍射角，A L是相邻阵列波导的长度差。m是衍射级次。λ是真空波长。
[0005] AWG的中心波长满足:mX = nc;AL (2)
[0006] 旁轴近似条件下（0i< < 1，0。< < 1)，公式（1)两边微分得角色散公式：
[0008]其中Θ是输入衍射角，ng是群折射率，且
[0010] 设罗兰圆焦距是R，通过横向移动输入波导来保持中心波长不变，则旁轴近似下输 入波导的横向位移
[0011] X = R0 (5)
[0014] 从公式(7)可以看出，输入波导的位移随温度的变化率与折射率对温度的导数成 线性关系。
[0015] 本发明基于以上原理，设计了一种基于温度补偿装置能够实现温度补偿的温度不 敏感型阵列波导光栅。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的提供一种温度补偿装置，能够实现温度补偿的温度不敏感型阵列波 导光栅。
[0017] -种温度不敏感型阵列波导光栅，包括温度补偿装置、AWG芯片、输入装置、输出装 置。所述的温度补偿装置由特定形状的底板和两个长度相等的补偿杆组成，底板被切割成 两部分但不完全切断，而保留有两个弹性连接。两根补偿杆的两端分别固定在底板的两部 分上，且位于底板的对边上，与位于底板上两个弹性连接之间的切割面平行。
[0018] 具体技术方案如下：
[0019] -种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，包括温度补偿装置、AWG芯片 (102) 、输入装置（105)、输出装置（106);
[0020] 所述温度补偿装置包括底板（101)、第一补偿杆（103)，第二补偿杆（104);两个补 偿杆长度相等;所述底板（101)包括底板第一部分(201)和底板第二部分(202)，两部分由第 一弹性连接（301)和第二弹性连接（302)连在一起；底板第一部分（201)和底板第二部分 (202)之间设置有切割面（501)，切割面（501)位于第一弹性连接（301)和第二弹性连接 (302)之间；
[0021]底板第一部分(201)的两个端部设置有第一凸起(303)、第二凸起(304);底板第二 部分(202)的两个端部设置有第三凸起(305)、第四凸起(306);第一凸起(303)与第四凸起 (306)位于一条直线上，第二凸起(304)与第三凸起(305)位于另一条直线上，上述两条直线 位于同一个平面上；
[0022]所述四个凸起上开设有供第一补偿杆（103)和第二补偿杆（104)穿过的通孔，第一 补偿杆（103)和第二补偿杆（104)的两端分别穿过通孔固定在4个凸起上;且两个补偿杆与 切割面(501)平行；
[0023]所述AWG芯片（102)包括依次设置的输入平板波导（401)、阵列光栅(402)、输出平 板波导（403)，输入装置（105)耦合在输入平板波导(401)的端面上，输出装置（106)耦合在 输出平板波导(403)的端面上；
[0024]所述AWG芯片（102)被切割成两个部分，切割面位于输入平板波导（401)或阵列光 栅(402)或输出平板波导上;所述的AWG芯片的两个部分对应贴装在底板的两部分上，使AWG 芯片（102)得切割面与位于底板的两个弹性连接之间的切割面(501)对齐。
[0025]所述AWG芯片（102)的切割面位于输入平板波导(401)上，输入平板波导(401)被切 割成两个部分，两个部分之间形成规则的分裂面，且分裂面与底板上的切割面(501)对齐。 [0026]所述AWG芯片（102)的切割面中填充折射率与波导匹配的硅凝胶，且该硅凝胶在全 温度范围内性能稳定。
[0027]所述底板（101)的热膨胀系数与AWG芯片（102)的热膨胀系数接近；第一补偿杆 (103) 和第二补偿杆(104)的热膨胀系数大于底板(101)的热膨胀系数。
[0028] 由上述方案可见，与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0029] 由于底板的特殊形状，底板的两部分容易沿着芯片切割线方向容易相对移动，沿 垂直于芯片切割线的方向难以相对移动。两根补偿杆长度相等，金属杆的两端分别固定在 底板的两部分上，且与芯片切割线平行，位于底板的两对边，使得底板两部分沿芯片切割线 的相对移动是平动的。当环境温度变化时，由于补偿杆的热膨胀系数大于底板的热膨胀系 数，补偿杆将驱动底板带着芯片平行于芯片切割线做相对平动。
[0030] 由于芯片两部分没有相对转动，所以芯片切割面两对边不会撞上。由于没有转动， 本发明所需要的补偿杆的长度较短，从而提高了结构稳定性。
[0031] 底板上的两个弹性连接可以保证底板两部分的表面位于同一平面上，并且抑制振 动冲击等外力作用导致底板在垂直方向上的相对移动。
【附图说明】
[0032]图1、本发明AAWG的结构装配图；
[0033]图2、本发明温度补偿装置示意图；
[0034] 图3、本发明输入装置、输出装置、AWG芯片装配图；
[0035] 图4、本发明AAWG结构在升温后发生变形的示意图；
[0036] 图5、本发明实施例AAWG中心波长与温度关系曲线。
[0037] 其中：
[0038] 101、底板；102、AWG 芯片；
[0039] 103、第一补偿杆；104、第二补偿杆；
[0040] 105、输入装置;106、输出装置；
[00411 201、底板第一部分;202、底板第二部分；
[0042] 301~302、弹性连接，301、第一弹性连接，302、第二弹性连接；
[0043] 303~306、底板上用于固定补偿杆的凸起，303、第一凸起，304、第二凸起，305、第 三凸起，306、第四凸起；
[0044] 401、输入平板波导;402、阵列光栅；
[0045] 403、输出平板波导；
[0046] 501、底板切割面;502、输入平板波导切割线。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0048] 本发明的一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，具体参见图1，包括温 度补偿装置、AWG芯片102、输入装置105、输出装置106。其中AWG芯片102、输入装置105、输出 装置106的位置关系如图3所示，AWG芯片由输入平板波导401，阵列光栅402,输出平板波导 403组成，输入装置105耦合在输入平板波导401的端面上，输出装置106耦合在输出平板波 导的端面上。温度补偿装置如图2所示，由底板101、第一补偿杆103,第二补偿杆104组成。底 板101被切割成第一部分201和第二部分202,但底板没有完全被切断，两部分由弹性连接 301和302连在一起。底板第一部分(201)和底板第二部分(202)之间为切割面(501)，切割面 (501)位于第一弹性连接(301)和第二弹性连接(302)之间；底板第一部分(201)的两个端部 设置有第一凸起（303)、第二凸起（304);底板第二部分（202)的两个端部设置有第三凸起 (305)、第四凸起(306);第一凸起(303)与第四凸起(306)位于一条直线上，第二凸起(304) 与第三凸起(305)位于另一条直线上，上述两条直线位于同一个平面上。
[0049]所述四个凸起上开设有供第一补偿杆（103)和第二补偿杆（104)穿过的通孔，两根 补偿杆103和104的两端分别固定在底板的4个凸起303~306上，且补偿杆与底板上的切割 面501平行。本实施例中，为了增强补偿杆的效果，在第一凸起(303)与第四凸起(306)之间、 第二凸起(304)与第三凸起(305)之间又各增加设置了一个带有通孔的凸起，通过三个凸起 固定一根补偿杆。
[0050] 输入平板波导401被切割线502分成两部分，两个部分之间形成规则的分裂面。AWG 芯片贴装在底板的表面上如图3所示，且输入平板波导上的分裂面与底板上的切割面501对 齐。输入平板波导401上的分裂面中填充折射率与波导匹配的硅凝胶，要求硅凝胶在全温度 范围内性能稳定。底板101的热膨胀系数与AWG芯片的热膨胀系数接近，补偿杆103和104的 热膨胀系数大于底板101的热膨胀系数。
[0051] 结合图4描述本实施例实现温度补偿的工作过程。当环境温度升高时，由于补偿杆 103和104的热膨胀系数比底板101的大，两根补偿杆驱动底板的两部分201和202沿着补偿 杆轴向方向发生相对位移。弹性连接301和302抑制了底板两部分201和202沿板面法向方向 的相对移动。底板特定的形状使得201和202的相对运动是平动。底板101带动输入平板波导 401的两部分沿着切割线502相对平动，实现对中心波长的温度补偿，减少温度漂移对中心 波长的影响。当环境温度降低时，输入平板波导401的两部分相对运动方向相反。本实施例 补偿后的阵列波导光栅的中心波长随温度变化的曲线如图5所示。
[0052]虽然本发明已经详细地示出并描述了相关的特定的实施例参考，但本领域的技术 人员能够应该理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改 变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，其特征在于:包括温度补偿装置、 AWG芯片（102)、输入装置（105)、输出装置（106); 所述温度补偿装置包括底板（101)、第一补偿杆（103)，第二补偿杆（104);两个补偿杆 长度相等;所述底板（101)包括底板第一部分(201)和底板第二部分(202)，两部分由第一弹 性连接(301)和第二弹性连接(302)连在一起;底板第一部分(201)和底板第二部分(202)之 间设置有切割面(501)，切割面(501)位于第一弹性连接(301)和第二弹性连接(302)之间； 底板第一部分(201)的两个端部设置有第一凸起(303)、第二凸起(304);底板第二部分 (202)的两个端部设置有第三凸起(305)、第四凸起(306);第一凸起(303)与第四凸起(306) 位于一条直线上，第二凸起(304)与第三凸起(305)位于另一条直线上，上述两条直线位于 同一个平面上； 所述四个凸起上开设有供第一补偿杆（103)和第二补偿杆（104)穿过的通孔，第一补偿 杆（103)和第二补偿杆（104)的两端分别穿过通孔固定在4个凸起上;且两个补偿杆与切割 面(501)平行； 所述AWG芯片（102)包括依次设置的输入平板波导（401)、阵列光栅(402)、输出平板波 导(403)，输入装置（105)耦合在输入平板波导（401)的端面上，输出装置（106)耦合在输出 平板波导(403)的端面上； 所述AWG芯片（102)被切割成两个部分，切割面位于输入平板波导（401)或阵列光栅 (402)或输出平板波导上;所述的AWG芯片的两个部分对应贴装在底板的两部分上，使AWG芯 片（102)得切割面与位于底板的两个弹性连接之间的切割面(501)对齐。2. 根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，其特征在 于:所述AWG芯片（102)的切割面位于输入平板波导（401)上，输入平板波导(401)被切割成 两个部分，两个部分之间形成规则的分裂面，且分裂面与底板上的切割面(501)对齐。3. 根据权利要求1或2所述的一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，其特征 在于:所述AWG芯片（102)的切割面中填充折射率与波导匹配的硅凝胶，且该硅凝胶在全温 度范围内性能稳定。4. 根据权利要求1或2所述的一种实现温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅，其特征 在于：所述底板（101)的热膨胀系数与AWG芯片（102)的热膨胀系数相匹配；第一补偿杆 (103)和第二补偿杆(104)的热膨胀系数大于底板(101)的热膨胀系数。
【文档编号】G02B6/12GK105866882SQ201610377133
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】李长安, 赵小博, 徐来, 江毅, 全本庆
【申请人】武汉光迅科技股份有限公司