基于硅線(xiàn)波導(dǎo)的AWG的設(shè)計(jì)及仿真.pdf

1、Internet對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬日益增長(zhǎng)的要求為波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)器件和系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，許多不同的技術(shù)和工藝可用來(lái)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用器件，與其它類(lèi)型的復(fù)用/解復(fù)用器相比，陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)具有介入損耗小，串音低，可靠性高，加工要求較低，器件尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。而基于平面光波導(dǎo)回路(Planar Lightwave

2、Circuit，PLC)技術(shù)的AWG是構(gòu)建超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)的核心器件，是近年來(lái)光纖通信技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。為了適應(yīng)未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)型多功能光學(xué)器件的需求，減小各種功能型的光學(xué)器件的尺寸并對(duì)其進(jìn)行集成成為關(guān)鍵。光學(xué)器件的尺寸減小了，同樣會(huì)使該器件的功能損耗比一般尺寸的器件降低。要進(jìn)一步提高芯片的集成度和運(yùn)行速度，現(xiàn)有的體硅材料和工藝正接近它們的物理極限，在進(jìn)一步減小集成電路的特征尺寸方面遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須在材料和工藝上有新

3、的重大突破。目前在材料方面重點(diǎn)推動(dòng)的絕緣體上的硅SOI等，被業(yè)界公認(rèn)為納米技術(shù)時(shí)代取代現(xiàn)有單晶硅材料的解決方案之一。 以SOI材料為襯底的Si線(xiàn)波導(dǎo)，是利用全內(nèi)反射的原理將光波能量集中在高折射率的夾層內(nèi)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波功能的，因此單模傳輸時(shí)芯區(qū)的尺寸可小于1um，彎曲半徑可達(dá)到幾微米。 本文中，AWG的設(shè)計(jì)是基于Si線(xiàn)波導(dǎo)的，光波導(dǎo)的芯區(qū)折射率為3.46，SiO2層的折射率為1.45，包層折射率為1.5，該光波導(dǎo)的芯區(qū)和包層的折

4、射率差Δ>40％，從而使彎曲光波導(dǎo)的曲率半徑可以取很小的值。為保證波導(dǎo)在波長(zhǎng)λ=1550nm附近滿(mǎn)足單模條件，Si芯的厚度為0.32um，寬度為0.45um，SiO2層的厚度為1um。結(jié)合有限差分法，利用APSS軟件進(jìn)行計(jì)算仿真，仿真結(jié)果表明，當(dāng)取彎曲波導(dǎo)的曲率半徑為2mm時(shí)，彎曲損耗小于0.001 dB。在我們的設(shè)計(jì)中，所有的波導(dǎo)彎曲曲率半徑均應(yīng)大于2mm。 在AWG的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了漸變過(guò)渡區(qū)來(lái)降低其插入損耗，以1550nm

5、波長(zhǎng)為例，從仿真數(shù)據(jù)中知，無(wú)過(guò)渡區(qū)時(shí)該AWG的插入損耗值最小為-6.208dB，而采用過(guò)渡區(qū)后該AWG的插入損耗值降為-1.565dB，插入損耗得到了明顯地改善?？梢圆捎眠@一簡(jiǎn)單有效的方法，在平板波導(dǎo)與輸入/輸出波導(dǎo)及陣列波導(dǎo)之間加入過(guò)渡區(qū)，可以減小導(dǎo)模光場(chǎng)的發(fā)散，不增加器件的制作難度，并且能夠大大降低AWG的插入損耗。1550/1625 nm型波分復(fù)用器常用在光纜線(xiàn)路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，本文設(shè)計(jì)了一種光纜線(xiàn)路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的1×2陣列波導(dǎo)