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的中心， 凹面第二衍射光栅204采用周期性Bragg反射面结构沿第二衍射光栅圆上排列。
[0024] 凹面第一衍射光栅与凹面第二衍射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。凹面第一衍射光栅的Bragg反射器结构在第一波段上具有高 反作用，在第二波段上具有高透作用。凹面第二衍射光栅的Bragg反射镜结构在第二波段 上具有高反作用。Bragg反射器阵列组成的凹面光栅由周期性介质层堆叠组成，入射光经过 Bragg-EDG第一衍射光栅后对第一波段的光进行衍射分光，产生衍射光束。而第二波段的 光透射过第一衍射光栅后在第二衍射光栅上进行衍射分光，产生衍射光束。第一衍射光栅 104对第一波段的光进行衍射分光，对第二波段的光有高透射率，第二波段的光透过第一衍 射光栅104在第二衍射光栅204上进行衍射分光。
[0025] 本发明还公开了一种Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器的设计方法，包 括以下步骤：
[0026] 1)根据Bragg反射器周期性结构的材料折射率与Bragg反射器闪耀角与入射光角 度，利用传输矩阵法分别求出第一衍射光栅与第二衍射光栅的介质厚度比例与光子能带的 关系。
[0027] 2)根据第一衍射光栅Bragg反射器的介质厚度比例与能带之间的关系，选取合适 的介质厚度比例并根据光栅根据公式
求得Bragg反射器单个周期厚度使得 第一衍射光栅的Bragg反射器在第一波段具有良好的反射效率，并对第二波段具有良好的 透射效率。
[0028] 3)同理，重复步骤2)对第二衍射光栅的Bragg反射器进行周期厚度及介质厚度比 例的计算，使得其结构在第二波段具有较高的反射效率。
[0029] 4)根据公式
，及适用于 Bragg-EDG设计的光栅方程.求得第一衍射光栅及第二衍射 光栅的其他参数。
[0030] 5)总之，在设计第一衍射光栅与第二衍射光栅首先先确定他们的Bragg反射器结 构，并把Bragg反射器的结构参数与光栅方程结合对Bragg-EDG -与Bragg-EDG二的结构 参数进行计算并设计Bragg-EDG -与Bragg-EDG二，同时在设计第一衍射光栅时要兼顾波 段二的透射率。
[0031] 为了更好的体现本发明，依据本发明的原理，设计一个硅基二氧化硅型的 8^88406，二氧化硅波导折射率为111 = 1.45，刻蚀层为空气，折射率为112=1，第一波段 中心波长为800nm，第一衍射光栅的参数如下：a = 546nm，d = 332nm，dl = 141nm，d2 = 191nm，入射角a =-22.5°，闪耀角Θ =37.5°，罗兰圆半径RK=170um，光栅圆半径 Renting= 340um，衍射级次m = -1。第二衍射光栅的参数如下：a = 856. 6nm，d = 578. 7nm， (I1= 243. 7nm，d 2= 335nm，入射角 a =-22.5°，闪耀角 θ =42.5°，罗兰圆半径 Rrc= 200um，光栅圆半径Rerating= 400um，衍射级次m = -I
[0032] 根据上述参数，我们进行了模拟，结果表明该器件第一衍射光栅对中心波长为 SOOnm的波段进行了衍射分光，且中心波长为1310nm波段的光透过第一衍射光栅在第二衍 射光栅上进行了衍射分光，器件尺寸小，衍射效率高。
[0033] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在于，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)。2. 根据权利要求1所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在 于，所述入射端口（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)。3. 根据权利要求1或2所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特 征在于，所述第一衍射光栅（104)和第二衍射光栅（204)为Bragg齿面结构蚀刻的凹面光 栅。4. 根据权利要求3所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在 于，所述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。5. 根据权利要求3所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在 于，所述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。6. 根据权利要求1所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在 于，所述第一衍射光栅（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。7. 根据权利要求6所述的双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器，其特征在 于，所述第一衍射光栅（104)的两种折射率不同的材料的宽度分别为ddPd2，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，d12=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(1 3和d4，其周期厚度d34由一维光子晶体 理论确定，其中，d34=d3+d4。
【专利摘要】本发明公开了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、第一输出波导阵列以及第二输出波导阵列；输入波导的入射端口和第一输出波导阵列的出射端口位于第一罗兰圆上，输入波导的入射端口和第二输出波导阵列的出射端口位于第二罗兰圆上，且入射端口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，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。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；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。
【IPC分类】G02B6/293
【公开号】CN104914509
【申请号】CN201510373320
【发明人】杜炳政, 朱京平, 李宝, 毛玉政, 张云尧
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月29日