一种基于平面光波导的光栅滤波光器件

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及基于平面光波导的光栅滤波光器件。

背景技术

光纤光栅技术在光通信和光纤传感领域已经得到了广泛的应用。优越的波长选择性和滤波特性在光通信领域中被大量应用；抗干扰能力强、传输距离远和体积小重量轻等优点，使得其在光纤传感领域拥有巨大优势。但是，由于光纤光栅制作的复杂性和难度，其使用的寿命、可靠性与普通光纤相比大幅降低，同时光纤圆柱形的结构对封装与固定都提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平面光波导的光栅滤波光器件，能够在平面光波导上照射紫外光实现光栅相同功能，解决目前光纤光栅工艺复杂、封装体积大、多器件无法单片集成等问题。

实现上述目的的技术方案是：

一种基于平面光波导的光栅滤波光器件，包括平面光波导芯片，所述平面光波导芯片内置有至少一根光波导；

每个所述光波导设有用于经紫外光照射而形成折射率周期变化的波导区域；

所述平面光波导芯片开设有用于露出所述波导区域的开窗区。

优选的，所述光波导为直线光波导、倾斜光波导或者弯曲光波导。

优选的，所述光波导包括掺杂了锗的二氧化硅芯层，以及用于包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层。

优选的，紫外光通过驻波法、双光束干涉法或相位掩膜法照射所述波导区域。

优选的，所述光波导的数量为一根，所述光波导被紫外光照射形成多个不同周期的光栅。

优选的，所述光波导的数量为多根，各所述光波导被紫外光照射分别形成相同周期或不同周期的光栅。

本发明的有益效果是：本发明采用芯层掺杂锗的平面光波导工艺制作光波导，在光路中先预留出一段仅有波导的波导区域，作为照射光栅的开窗区，在开窗区域使用紫外光源照射出折射率周期变化的区域，从而在平面光波导上实现光栅滤波的光学功能。同时，本发明在单根光波导的上照射形成不同周期的光栅，串联结构实现多个波长的滤波；也可以在多个光波导上照射形成不同周期的光栅，并联实现多个波长的光波的滤波。从而可以在单一芯片实现多个波长和多个通道同时滤波的功能，实现小型化、集成化应用。

附图说明

图1是本发明的基于平面光波导的光栅滤波光器件的结构图；

图2是本发明中光波导的截面材料分布图；

图3是本发明中采用相位掩膜版的方法照射平面光波导制作布拉格光栅的示意图；

图4是平面光波导芯片集成多根光波导，照射后形成的周期相同的光栅示意图；

图5是平面光波导芯片集成多根光波导，照射后形成的周期不同的光栅示意图；

图6是单根光波导上照射不同周期的光栅串联示意图；

图7是现有技术中光纤截面材料分布图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的基于平面光波导的光栅滤波光器件，包括平面光波导芯片1，平面光波导芯片1内置有至少一根光波导2。每个光波导2设有用于经紫外光照射而形成折射率周期变化的波导区域3；平面光波导芯片1开设有用于露出波导区域3的开窗区。方便采用紫外光(UV)在开窗区处照射后形成折射率周期变化的光栅。

光波导2包括掺杂了锗的二氧化硅芯层21，以及用于包裹二氧化硅芯层21的二氧化硅包层22。与常规光纤的芯层折射率分布类似，光波导2的二氧化硅芯层21也是掺杂了元素锗(Ge)从而提高了波导芯层区域的折射率，与没有掺杂锗的二氧化硅包层22(低折射率包层)组成了光波导2的结构，见图2、图7。锗元素赋予了光波导芯层光敏特性，在吸收紫外光之后可以引起折射率的变化。二氧化硅化学式为SiO

本发明借鉴了光纤光栅制作工艺，采用平面光波导结构替代了原有的光纤波导的结构，在平面光波导结构中实现光栅的滤波特性。此技术可以应用布拉格光栅、长周期光栅或其他各种类型的光栅。其中，布拉格光栅应用较广，其反射波长公式如下：

λ＝2nΛ

其中，λ是反射的波长；n是波导的有效折射率；Λ光栅的周期。

由于，常用的通信波长是1310nm或者1550nm附近，二氧化硅波导的有效折射率约为1.4，可以计算得出光栅的周期通常会在400-500nm，如此的线条分辨率和精度需求是现有平面光波导工艺无法实现的。(现有常规PLC工艺的线条宽度在1um附近，精度±100nm)。

所以借鉴制作光纤光栅的工艺，采用紫外(UV)光形成光强的周期分布作用平面光波导2上，实现光波导折射率的周期变化分布，从而使得平面光波导也具有滤波特性。实现紫外光周期分布的方法有很多，包括有驻波法、双光束干涉法、相位掩膜法等。其中相位掩膜法精度高、对光源要求小，成为现如今广泛采用的方法。图3展示了采用相位掩膜法照射波导后形成折射率周期变化的示意图。紫外(UV)光从上部照射，经过相位掩膜版4之后，主要能量经过±1阶形成的周期变化光场照射在光波导2的波导区域3上，0级的能量较小且均匀影响全部波导，最终在波导上形成周期变化的折射率分布,使得光波导也具有了滤波的特性。光波导2可以是直线光波导、倾斜光波导或者弯曲光波导。

图4展示了平面光波导芯片1上集成多根光波导2，照射后形成的周期相同的光栅示意图，实现了多通道平行光路滤波。

图5是平面光波导芯片1集成多根光波导2，照射后形成的不同周期的光栅示意图，可以根据需求定制不同的滤波波长。并联实现多个波长的光波的滤波。

图6是单根光波导2上照射不同周期的光栅串联示意图。串联结构实现多个波长的滤波。

从而可以根据不同的需求组合出各种滤波的光路。可以在单一芯片实现多个波长和多个通道同时滤波的功能，实现小型化、集成化应用。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。