光栅滤波器及基于布拉格光栅的波分复用解复用器的制作方法

本发明涉及集成光电子，尤其涉及一种光栅滤波器及基于布拉格光栅的波分复用解复用器。

背景技术：

1、随着大数据、云计算等技术的发展，通信数据流量急剧增长，通信技术正在向超宽带升级，其中核心器件包括宽带光模块。采用波分复用技术可以有效提高光模块的带宽，四波、六波、十二波光模块已逐渐成为当下主流光模块。波分复用器是实现波分复用/解复用的核心器件，随着光模块体积不断减小，片上集成波分复用器的需求越来越急迫。

2、目前，集成波分复用器主要分为波导阵列光栅、阶梯光栅、级联mzi、级联布拉格光栅等几种，其中基于布拉格光栅的波分复用器具有插损低、宽带、低串扰等优点，因此是光模块中理想的波分复用器。基于硅基布拉格光栅的四通道波分复用器已有报道[ieeephotonics technology letters, vol. 32, no. 4, pp. 192-195]。如图1a所示，布拉格光栅采用栅齿对称-反对称分布渐变的方式实现te0/te1模式光耦合和旁瓣抑制，该耦合在光谱生产生光学透过禁带（图1a）。禁带内的te0模式光从port1进入光栅后，在反对称光栅作用下发生反射并且转变为te1模式，反射回来的te1模式光被模分复用器转换成te0光从port2引出。不同周期的布拉格光栅可以反射不同波段的光，进而可以实现波分复用和解复用。

3、但是这种硅基的对称-反对称渐变切趾的多模布拉格光栅存在两方面的问题。一方面是工作波长随温度漂移的问题。在实际应用中，波分复用器要工作在-40度到+80度的温度范围。由于硅材料的热光系数较高，硅基布拉格光栅的工作波长随温度漂移达到0.1nm/k，上百度的温差变化会使波分复用器的工作带宽脱离设定波段，造成器件失效。

4、另一方面是te0/te1耦合峰和te0/te0耦合峰冲突的问题。对称-反对称渐变切趾虽然可以有效抑制te0/te1耦合峰两边旁瓣的强度，但是对称光栅的存在也激发出了te0/te0耦合峰。如图1a所示，te0/te1耦合光从port2出来，te0/te0耦合光从port1原路返回，两个耦合在port3的透过光谱上产生两个谷。在波分复用/解复用应用场景中，te0/te0耦合峰会干扰到其他波长滤波器的te0/te1耦合峰。如图1b所示，滤波器1、2、3的te0/te0耦合峰分别对应于波长λ1、λ2、λ3，同时滤波器1的te0/te0耦合峰λ3与滤波器3的te1/te0耦合峰λ3在光谱上重合。当三个不同波长的滤波器级联，原本滤波器1、2、3的port2端口应该分别分离出λ1、λ2和λ3，但是由于滤波器1中te0/te0耦合峰的存在，一部分λ3光从滤波器1的port1端口出来，剩余部分λ3光从滤波器3的port2端口出来。由于可见，te0/te0耦合峰的存在不利于波分复用解复用。

5、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种光栅滤波器及基于布拉格光栅的波分复用解复用器，旨在解决现有波分复用器难以满足高性能要求的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种光栅滤波器，包括：

3、多模布拉格光栅，包括多模波导、沿所述多模波导全程反对称分布的光栅齿以及宽度渐变的锥形波导；其中，所述光栅齿在所述多模波导的两侧以交错方式周期性分布，所述光栅齿的栅齿宽度沿所述多模波导两端向中心方向逐渐增大，所述多模布拉格光栅采用正色散设计；

4、模式复用解复用器，包括上耦合波导和下耦合波导，所述上耦合波导为光路主波导，所述下耦合波导为上传下行波导，所述上耦合波导与所述多模布拉格光栅连接。

5、在一些实施例中，所述栅齿宽度的范围为150nm至1m。

6、在一些实施例中，所述正色散设计包括：

7、所述光栅齿的栅齿宽度逐渐增大；

8、和/或，

9、所述多模波导的宽度逐渐增大；

10、和/或，

11、所述光栅齿的栅齿间隔逐渐增大。

12、在一些实施例中，沿所述多模波导两端向中心方向依次排布的所述光栅齿的栅齿宽度逐渐增大。

13、在一些实施例中，所述多模波导的宽度沿所述多模波导两端向中心方向逐渐增大。

14、在一些实施例中，沿所述多模波导两端向中心方向依次排布的所述光栅齿的周期间隔逐渐增大。

15、在一些实施例中，所述模式复用解复用器的上耦合波导包括第一输入波导、第一耦合波导和第一输出波导，所述模式复用解复用器的下耦合波导包括第二输入波导、第二耦合波导和第二输出波导；其中，所述第一输出波导与所述多模布拉格光栅连接。

16、在一些实施例中，所述上耦合波导的第一输入波导为宽度渐变的欧拉弯曲波导，所述第一输出波导为直波导；所述下耦合波导的第二输入波导为直波导，所述第二输出波导为圆形弯曲波导。

17、在一些实施例中，所述多模布拉格光栅的波导材料包括氮化硅。

18、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于布拉格光栅的波分复用解复用器，包括：至少两个如上述实施例所述的光栅滤波器，每一所述光栅滤波器的工作波长不同，所述光栅滤波器按照工作波长依次增大的顺序级联。

19、本发明提供了一种光栅滤波器，包括：多模布拉格光栅，包括多模波导、沿所述多模波导全程反对称分布的光栅齿以及宽度渐变的锥形波导；其中，所述光栅齿在所述多模波导的两侧以交错方式周期性分布，所述光栅齿的栅齿宽度沿所述多模波导两端向中心方向逐渐增大，所述多模布拉格光栅采用正色散设计；模式复用解复用器，包括上耦合波导和下耦合波导，所述上耦合波导为光路主波导，所述下耦合波导为上传下行波导，所述上耦合波导与所述多模布拉格光栅连接。本发明中，首先通过沿多模波导全程反对称分布的光栅齿，在激发te1/te0耦合峰的同时有效抑制了te0/te0耦合峰的出现，实现了工作波长外长波方向全透的效果，解决了多模布拉格光栅光谱中te1/te0和te0/te0两个耦合峰距离太近导致无法容纳其它波长te1/te0耦合峰的问题，实现了基于te1/te0耦合峰的多波长波分复用和解复用。其次，通过栅齿宽度逐渐变大的切趾方式以及光栅正色设计，实现了长波方向旁瓣强抑制的效果，解决了非零最小栅齿宽度引起的强旁瓣问题，有效降低了波分解复用器的串扰，解决了现有波分复用器难以满足高性能要求的技术问题。

技术特征：

1.一种光栅滤波器，其特征在于，所述光栅滤波器，包括：

2.如权利要求1所述的光栅滤波器，其特征在于，所述栅齿宽度的范围为150nm至1mm。

3.如权利要求1所述的光栅滤波器，其特征在于，所述正色散设计包括：

4.如权利要求3所述的光栅滤波器，其特征在于，沿所述多模波导两端向中心方向依次排布的所述光栅齿的栅齿宽度逐渐增大。

5.如权利要求3所述的光栅滤波器，其特征在于，所述多模波导的宽度沿所述多模波导两端向中心方向逐渐增大。

6.如权利要求3所述的光栅滤波器，其特征在于，沿所述多模波导两端向中心方向依次排布的所述光栅齿的周期间隔逐渐增大。

7.如权利要求1所述的光栅滤波器，其特征在于，所述模式复用解复用器的上耦合波导包括第一输入波导、第一耦合波导和第一输出波导，所述模式复用解复用器的下耦合波导包括第二输入波导、第二耦合波导和第二输出波导；其中，所述第一输出波导与所述多模布拉格光栅连接。

8.如权利要求7所述的光栅滤波器，其特征在于，所述上耦合波导的第一输入波导为宽度渐变的欧拉弯曲波导，所述第一输出波导为直波导；所述下耦合波导的第二输入波导为直波导，所述第二输出波导为圆形弯曲波导。

9.如权利要求1至8中任一项所述的光栅滤波器，其特征在于，所述多模布拉格光栅的波导材料包括氮化硅。

10.一种基于布拉格光栅的波分复用解复用器，其特征在于，所述基于布拉格光栅的波分复用解复用器，包括：至少两个如权利要求1至9中任一项所述的光栅滤波器，每一所述光栅滤波器的工作波长不同，所述光栅滤波器按照工作波长依次增大的顺序级联。

技术总结
本发明涉及光电子领域，公开光栅滤波器及基于布拉格光栅的波分复用解复用器。光栅滤波器包括：多模布拉格光栅，包括多模波导及沿多模波导全程反对称分布的光栅齿，光栅齿在多模波导两侧以交错方式周期性分布，且多模波导的宽度保持不变的同时栅齿宽度从两边到中心逐渐变大，完成光栅切趾并使其具备正色散特性；模式复用解复用器，包括上耦合波导和下耦合波导。本发明通过沿多模波导全程反对称分布的光栅齿，在激发TE1/TE0耦合峰的同时有效抑制TE0/TE0耦合峰出现，实现基于TE1/TE0耦合峰的多波长波分复用和解复用；通过栅齿宽度逐渐变大的切趾方式及光栅正色散设计，实现长波方向旁瓣强抑制效果，有效降低波分解复用器串扰。

技术研发人员：高旭东,杨凌冈,李春生,姜仁杰,李琴,杨鹏
受保护的技术使用者：武汉华工正源光子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15