一种双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器的制造方法
【专利说明】一种双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器 【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信、光传感、光探测领域涉及波分复用技术，具体涉及一种双光栅 双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器。 【【背景技术】】
[0002] 波分复用器是光通信领域与光传感探测领域的重要器件之一，在光通信领域，波 分复用器在无需增加敷设光线网络的情况下实现几十倍、几百倍的信道扩容，在光传感探 测领域以波分复用器为核心的微小型光谱分析仪可应用于食品安全检测、矿井安全检测、 大气水质污染监测、医学检测等。
[0003] 平面集成波导复用器是波分复用器的主流发展方向，其中阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating，简称 AWG)型和蚀刻衍射光栅型（Etched Diffraction Grating，简称 EDG)是平面集成波导复用器的两种主要器件。
[0004] EDG器件以尺寸小、性能稳定、易于批量生产、成本低、适合做密集型波分复用而得 到了广泛的研宄与应用。其中Bragg反射镜齿面结构的EDG(Bragg-EDG)器件是近年来的 研宄热点，该类型器件无需二次加工，浅刻蚀即可实现器件功能，工艺难度相对较低而衍射 效率较高，是近年来研宄的热点。
[0005] Brouckaert J等人在娃基二氧化娃材料上设计了频带为I. 5um-l. 6um的Bragg 反射面凹面衍射光栅粗波分复用器（Planar concave grating demultiplexer with distributed Bragg reflection facets, Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Group IV Photonics. 2007:1-3·)。Pierre Pottier 等人设计了周 期性结构的Bragg椭圆线低级次高效衍射凹面光栅（Mono-order high-efficiency dielectric concave diffraction grating, Journal of Lightwave Technology，2012， 30(17) :2922-2928)，并利用该结构进行了基于绝缘体上硅的微小型集成光波分复用器的 加工与制作。上述两个小组的学者主要基于1/4波长的多层介质膜理论进行Bragg-EDG的 设计。重点研宄了 Bragg-EDG的反射效率问题，忽视了 Bragg-EDG还具有在其他频带的透 射作用。 【
【发明内容】
】
[0006] 本发明的目的在于合理的利用了 Bragg-EDG器件的透射作用，提出了一种双光栅 双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0008] 一种双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，包括输入波导（101)、第 一输出波导阵列（102)以及第二输出波导阵列（202);输入波导（101)的入射端口（105) 和第一输出波导阵列（102)的出射端口（106)位于第一罗兰圆上，输入波导（101)的入射 端口（105)和第二输出波导阵列（202)的出射端口（206)位于第二罗兰圆上，且入射端口 (105)是第一罗兰圆与第二罗兰圆的交点；第一罗兰圆与第一衍射光栅圆的相切处设置第 一衍射光栅（104)，第二罗兰圆与第二衍射光栅圆的相切处设置第二衍射光栅（204)。
[0009] 本发明进一步的改进在于：
[0010] 入射端口（105)到第一衍射光栅（104)之间为第一自由传输区域（103)，入射端口 (105)到第二衍射光栅（204)之间为第二自由传输区域（203)。
[0011] 第一衍射光栅（104)和第二衍射光栅（204)为Bragg齿面结构蚀刻的凹面光栅。
[0012] 凹面光栅采用由单个周期的或者多个周期的Bragg反射器阵列组成的凹面光栅。
[0013] 第一罗兰圆内切于第一衍射光栅圆，第二罗兰圆内切于第二衍射光栅圆，且第一 罗兰圆的直径等于第一衍射光栅圆的半径，第二罗兰圆的直径等于第二衍射光栅圆的半径 其特征在于：第一罗兰圆与第一衍射光栅圆的相切处为第一衍射光栅（104)的中心，凹面 第一衍射光栅（104)采用周期性Bragg反射面结构排列在第一衍射光栅圆上；第二罗兰圆 与第二衍射光栅圆的相切处为Bragg齿面结构蚀刻的凹面第二衍射光栅（204)的中心，凹 面第二衍射光栅（204)采用周期性Bragg反射面结构排列在第二衍射光栅圆上。
[0014] 第一衍射光栅（104)和第二衍射光栅（204)均由两种折射率不同的材料周期性排 列堆叠构成。
[0015] 第一衍射光栅（104)的两种折射率不同的材料的宽度分别为屯和d2，第一衍射光 栅Bragg反射器的周期厚度d12由一维光子晶体理论确定，其中，d 12= d ^d2;第二衍射光栅 (204)采用的两种折射率不同的材料的宽度分别为(13和d4，其周期厚度d34由一维光子晶体 理论确定，其中，d34= d3+d4。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0017] 现有技术中只利用了 Bragg-EDG光栅的反射带忽略的其透射带，而本发明除了利 用了 Bragg-EDG光栅的反射带还有效利用了 Bragg-EDG光栅的透射带，使得本发明可在同 一基片上利用两个Bragg-EDG光栅在两个波段进行衍射分光，达到了在器件尺寸不变的情 况下，增加分光通道与分光波段的目的。在光通信领域，本发明可在多波段进行衍射分光可 有效解决光通信领域三网融合的问题；在光谱探测领域，被检测物一般需要多个谱段的特 征谱来分析，应用本发明可对检测物不同谱段的光谱进行单次快速检测，本发明可应用于 医疗检测，食品安全检测，矿井安全监测，水环境监测等领域。 【【附图说明】】
[0018] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0019] 图2为本发明800与1310nm光在双光栅结构中的衍射场图；
[0020] 图3为本发明双光栅结构的衍射谱图。
[0021] 其中：1〇1为输入波导；102为第一输出波导阵列；103为第一自由传输区域；104 为第一衍射光栅；105为入射端口； 106为出射端口；202为第二输出波导阵列；203为第二 自由传输区域；204为第二衍射光栅；206为出射端口。 【【具体实施方式】】
[0022] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0023] 参见图1，至图3,本发明包括输入波导101、第一输出波导阵列102和第二输出波 导阵列202,输入波导101的入射端口 105和第一输出波导阵列102的出射端口 106位于第 一罗兰圆上，输入波导101的入射端口 105和第二输出波导阵列202的出射端口 206位于第 二罗兰圆上，且入射端口 105是第一罗兰圆与第二罗兰圆的交点。入射端口到第一衍射光 栅之间为第一自由传输区域103,入射端口到第二衍射光栅之间为第二自由传输区域203， 第一罗兰圆内切于第一衍射光栅圆，第二罗兰圆内切于第二衍射光栅圆，且第一罗兰圆的 直径等于第一衍射光栅圆的半径，第二罗兰圆的直径等于第二衍射光栅圆的半径其特征在 于：第一罗兰圆与第一衍射光栅圆的相切处为Bragg齿面结构蚀刻的凹面第一衍射光栅的 中心，凹面第一衍射光栅104采用周期性Bragg反射面结构排列在第一衍射