一种实现光器件折射率调制的方法和装置与流程

一种实现光器件折射率调制的方法和装置
【技术领域】
1.本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种实现光器件折射率调制的方法和装置。


背景技术：

2.在光通信领域中，平面光波导(planar lightwave circuit，简写为：plc)器件是光网络中的关键元件。基于平面光波导技术可以开发多种光器件，包括全光纤马赫-曾德尔干涉(mach-zehnder interferometer，简写为：mzi)、光开关、阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，简写为：awg)、可调光衰减器(variable optical attenuator，简写为：voa)、光梳状滤波器、差分相位键控调制器等。在这些光器件中，很多是基于干涉仪的结构。比较有代表性的是mzi和awg。mzi是构成干涉类器件的基本单元，通过将两个单色光经过两个长度不同的光波导传输后输出，实现光信号的转换功能。采用mzi可以制作热光型光开关、可调光衰减器等光器件，在高速光网络中具有广泛的应用。
3.awg是更为复杂的光器件，通过多个波导传输后干涉实现光信号的复用和解复用，是密集波分复用系统的关键元件。awg由输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导组成，含有多个波长的复用光信号通过输入波导进入awg，在输入平板波导内发生衍射并耦合进入阵列波导，经阵列波导传输后，由于阵列波导间任何两相邻波导具有固定的长度差，因而使阵列波导中传输的复用光信号产生与波长相关的不同相位差，波长相同但相位不同的光在输出平板波导中相干叠加，不同波长的光在输出平板波导中经相干叠加后聚焦到不同的输出端口，即实现了多路光信号的解复用；另外，如果多路光信号从不同的输出端口反向输入，则在输入波导处可以实现多路光信号的复用。密集波分复用系统对awg的中心波长精度要求很高，需要控制在通道间隔的一定比例范围以内，例如在0.8nm间隔(对应100ghz间隔)的密集波分复用系统中，中心波长精度往往需要控制在通道间隔的 /-5％以内，即 /-40pm以内。
4.目前平面光波导器件大多采用等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，简写为：pecvd)等工艺进行制备。在生产过程中，由于沉积等工艺带来的应力、不均匀性、孔隙、污染等因素会导致plc芯片的工艺存在缺陷，造成相位、频率等参数存在误差，对芯片的性能造成严重的影响，使偏振相关损耗、消光比、波长精度等指标明显恶化。例如，mzi的相位误差会导致光开关或光衰减器的损耗变大，awg的频率误差会导致中心波长精度超标等问题。
5.常用的改善相位误差或频率误差的方法是采用紫外光(uv)照射。紫外光照射光波导引起plc芯片中的掺锗二氧化硅波导的折射率变化，可以改变光路的长度，从而实现相位或频率的改变，提升芯片的性能。和照射光纤不同，采用uv光照射plc光波导器件时，会导致很大的双折射效应。这是由于uv光照射时plc光波导器件的结构不对称导致的应力引起的。实际中，uv光引入的折射率差在横电(te)和横磁(tm)模式下是不一样的。
6.在uv光照射过程中，实现折射率调制后，很容易引发双折射效应问题。uv光会同时
改变折射率和双折射，当折射率调试达到设定值时，双折射效应也会改变，但不一定达到要求值，可能比要求值更差。例如，我们可以通过uv光照射实现相位误差的调制，从而改变干涉仪滤波器的中心波长，但是，同时也会使由于双折射效应导致的偏振相关性劣化。
7.如何在实现折射率调制的同时，将双折射的劣化程度降到最低，是需要解决的难题。
8.现有方法通过在芯片波导周围开槽的方式来降低uv照射导致的双折射问题，但是这个方式不太适合具有多个波导复杂结构的芯片，例如高通道awg，波导数量多达几百个，采用开槽的方式会明显增加工艺复杂度，提高成本。因此，需要提出一种低成本的折射率调制的方法，通过uv光照射改善相位误差或频率误差，同时不会造成双折射效应的明显劣化。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是克服在uv光照射过程中，实现折射率调制后，很容易引发双折射效应问题。
10.本发明采用如下技术方案：
11.第一方面，本发明提供了一种实现光器件折射率调制的方法，包括：
12.确定当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件调制至目标值所需的折射率改变量δn0；
13.采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第1次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn0；
14.将光器件的辐射区域采用第二波长的第二激光进行第1次退火，去除第1次辐射引入的应力双折射效应；
15.通过目标次数的辐射和退火，从而完成对输出波长的补偿。
16.优选的，所述通过目标次数的辐射和退火，从而起到输出波长的补偿，具体包括：
17.确定在经过第1次辐射和第1次退火后，当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件调制至目标值所需的折射率改变量δn1；
18.采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第2次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn1；
19.将光器件的辐射区域采用第二波长的第二激光进行第2次退火，去除第2次辐射引入的应力双折射效应；
20.按照第1次辐射和第1次退火到第2次辐射和第2次退火的过程迭代下去，直到对光器件的调制至目标值所需的折射率该变量小于等于预设阈值，则确认完成了目标次数的辐射和退火。
21.优选的，在所述光器件为mzi时，采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第i次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn
i-1
之前，方法还包括为：
22.对光器件输入测试信号，并采集经过第i-1次辐射和退火之后的光器件的输出信号，得到光器件的输出波长；
23.根据得到的光器件的输出波长与目标波长之间波长差，以及波长差与相邻波导的相位差、折射率、相邻波导的长度差之间的第一关联关系，计算得到折射率改变量δn
i-1
；其
中，i为正整数。
24.优选的，在光器件为mzi，并且是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层，波导的相对折射率差是2.5％，上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm时，方法具体包括：
25.所述第一波长的第一激光具体由248nm准分子激光器发射出的，辐射强度是500mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz；
26.所述第二波长的第二激光具体由308nm准分子激光器发射出的，辐射强度是320mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是10hz；
27.所述一个或者多个波导上的指定区域，具体为待正向校正波导上的2mm长度的波导区域。
28.优选的，在所述光器件为awg时，采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第i次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn
i-1
之前，方法还包括为：
29.对光器件输入测试信号，并采集经过第i-1次辐射和退火之后的光器件的输出信号，得到相邻波导的相位差；
30.根据得到的实际波长与理论标准波长之间的波长差，以及波长差与衍射级数、折射率、相邻波导的长度差之间的第二关联关系，计算得到折射率改变量δn
i-1
；其中，i为正整数。
31.优选的，在光器件为awg，并且是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层，波导的相对折射率差是2.5％，上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm，方法具体包括：
32.所述第一波长的第一激光具体由248nm准分子激光器发射出的，辐射强度是600mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz；
33.所述第二波长的第二激光具体由1030nm准分子激光器发射出的，脉宽为200fs，单脉冲能量为100nj，重复频率为50mhz；
34.所述一个或者多个波导上的指定区域，具体为波导区域中的一个三角形区域，所述三角形的底边长度约为5mm，顶角的角度约为15
°
。
35.优选的，方法具体包括：
36.在准分子激光器与awg芯片之间放置一个掩膜板，所述准分子激光器的光斑大小完全覆盖掩膜板上的三角形区域。
37.优选的，方法包括：
38.所述第一波长的波长范围为10nm～400nm；所述第二波长的波长范围为300nm～11000nm。
39.第二方面，本发明提供了一种实现光器件折射率调制的装置，包括第一波长的第一激光器、第二波长的第二激光器、掩膜板和控制器，具体的：
40.所述控制器用于获取当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件调制至目标值所需的折射率改变量；
41.所述控制器，用于确定将awg的实际波长调整至目标波长的改变量δn0；
42.所述控制器，用于控制第一波长的第一激光器对光器件的一个或者多个波导上的
指定区域进行第1次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn0；
43.所述控制器，还用于控制第二波长的第二激光器进行第1次退火，去除第1次辐射引入的应力双折射效应；
44.其中，在经过所述控制器控制下的第一激光器和第二激光器，在进行了目标次数的辐射和退火，从而完成对输出波长的补偿
45.优选的，还包括光谱仪，具体的：
46.每完成一轮辐射和退火，经过所述光谱仪测量分析得到折射率变化值；从而由所述控制器计算出下一轮辐射和退火所需完成的改变量δni；并根据所述改变量δni来控制所述第一激光器和第二激光器；其中i为自然数。
47.本发明确定将光器件的实际折射率调整至目标值的改变量；根据所述折射率的改变量，控制两种激光对光器件进行交替辐射，使所述光器件的折射率变为目标值。如此，采用两种激光作为辐射光源对光器件进行交替辐射，使得被辐射的光器件不需要进行开槽等消除双折射的复杂工艺流程，降低了光器件折射率调制的成本，且提高了光器件的可靠性。
【附图说明】
48.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1是本发明实施例提供的一种实现光器件折射率调制的方法流程示意图；
50.图2是本发明实施例提供的一种实现光器件折射率调制的方法流程示意图；
51.图3为本技术实施例提供的一种实现mzi折射率调制方法的系统总体结构示意图；
52.图4为本技术实施例提供的一种实现mzi折射率调制方法中te和tm模式下折射率的变化趋势图；
53.图5为本技术实施例提供的一种实现mzi折射率调制方法的流程示意图；
54.图6为本技术实施例提供的一种实现awg折射率调制方法的系统总体结构示意图；
55.图7为本技术实施例提供的一种实现awg折射率调制方法的流程示意图；
56.图8为本技术实施例提供的一种实现awg折射率调制方法中pdl的变化趋势图。
【具体实施方式】
57.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
58.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
59.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
60.实施例1:
61.本发明实施例1提供了一种实现光器件折射率调制的方法，需要说明的是，本发明实施例所描述的光器件，在后面实施例中主要会以mzi和awg作为场景示例，阐述其融入到本发明技术方案中之后的具体过程细节的表现，但是，作为本领域技术人员而言，应该知悉本发明所提出的方法过程还可以适用于其他可能通过光照过程发生双折射现象的场景，因此，不应当将mzi和awg解释为本发明实施例所能实现场景的全部。如图1所示，包括：
62.在步骤201中，确定当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件调制至目标值所需的折射率改变量δn0。
63.在步骤202中，采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第1次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn0。
64.在步骤203中，将光器件的辐射区域采用第二波长的第二激光进行第1次退火，去除第1次辐射引入的应力双折射效应。
65.在步骤204中，通过目标次数的辐射和退火，使得光器件辐射区域被调制后的折射率能够达到改变相应波导中光路长度，从而完成对输出波长的补偿。
66.在本发明实施例中，根据所述折射率改变量，采用紫外激光(实施例中成为第一激光)对光器件表面进行辐射，使所述光器件的折射率调试量达到目标值；然后采用近紫外或红外激光(实施例中成为第二激光)对紫外激光辐射的光器件表面进行局部退火处理，消除第一激光照射导致的应力双折射效应。所述第一激光为紫外激光，波长范围在10nm～400nm之间；第二激光为近紫外或红外激光，波长范围在300nm～11000nm之间。第一激光器和第二激光对光器件的辐射可以多次交替进行，以便达到最终要求的效果。
67.本发明确定将光器件的实际折射率调整至目标值的改变量；根据所述折射率的改变量，控制两种激光对光器件进行交替辐射，使所述光器件的折射率变为目标值。如此，采用两种激光作为辐射光源对光器件进行交替辐射，使得被辐射的光器件不需要进行开槽等消除双折射的复杂工艺流程，降低了光器件折射率调制的成本，且提高了光器件的可靠性。
68.结合本发明实施例，对于步骤204中所涉及的，所述通过目标次数的辐射和退火，使得光器件辐射区域被调制后的折射率能够达到改变相应波导中光路长度，从而起到输出波长的补偿，还给予了一套较为完整的递归过程的逻辑体现，而接下来所展现的过程内容实质上会更契合实际情况中的表现，如图2所示，具体包括：
69.在步骤2041中，确定在经过第1次辐射和第1次退火后，当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件调制至目标值所需的折射率改变量δn1。
70.在步骤2042中，采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第2次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn1。
71.在步骤2043中，将光器件的辐射区域采用第二波长的第二激光进行第2次退火，去除第2次辐射引入的应力双折射效应。
72.在步骤2044中，按照第1次辐射和第1次退火到第2次辐射和第2次退火的过程迭代下去，直到对光器件的调制至目标值所需的折射率该变量小于等于预设阈值，则确认完成了目标次数的辐射和退火。此处的预设阈值是根据各光器件的制作参数而设定，属于在执行本发明实施例方案之前便可以获知的参数。
73.接下来，将分别通过mzi和awg作为光器件的两个表现实例，分别就本发明实施例实现过程中的折射率、辐射、退火之间的关系进行较为详尽的阐述。
74.情况一、在所述光器件为mzi时：
75.采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第i次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn
i-1
之前，方法还包括为：
76.对光器件输入测试信号，并采集经过第i-1次辐射和退火之后的光器件的输出信号，得到光器件的输出波长；
77.根据得到的光器件的输出波长与目标波长之间波长差，以及波长差与相邻波导的相位差、折射率、相邻波导的长度差之间的第一关联关系，计算得到折射率改变量δn
i-1
；其中，i为正整数。
78.在光器件为mzi，并且是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层，波导的相对折射率差是2.5％，上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm时，方法具体包括：
79.所述第一波长的第一激光具体由248nm准分子激光器发射出的，辐射强度是500mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz；所述第二波长的第二激光具体由308nm准分子激光器发射出的，辐射强度是320mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是10hz；所述一个或者多个波导上的指定区域，具体为待正向校正波导上的2mm长度的波导区域。
80.情况二、在所述光器件为awg时，采用第一波长的第一激光对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第i次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn
i-1
之前，方法还包括为：
81.对光器件输入测试信号，并采集经过第i-1次辐射和退火之后的光器件的输出信号，得到相邻波导的相位差；
82.根据得到的实际波长与理论标准波长之间的波长差，以及波长差与衍射级数、折射率、相邻波导的长度差之间的第二关联关系，计算得到折射率改变量δn
i-1
；其中，i为正整数。
83.在光器件为awg，并且是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层，波导的相对折射率差是2.5％，上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm，方法具体包括：
84.所述第一波长的第一激光具体由248nm准分子激光器发射出的，辐射强度是600mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz；
85.所述第二波长的第二激光具体由1030nm准分子激光器发射出的，脉宽为200fs，单脉冲能量为100nj，重复频率为50mhz；
86.所述一个或者多个波导上的指定区域，具体为波导区域中的一个三角形区域，所述三角形的底边长度约为5mm，顶角的角度约为15
°
。
87.为了实现上述三角形区域的辐射效果，可以是在准分子激光器与awg芯片之间放置一个掩膜板，所述准分子激光器的光斑大小完全覆盖掩膜板上的三角形区域。
88.实施例2：
89.本发明提供过来一种实现光器件折射率调制的装置，用于制作如实施例1所描述的光器件折射率调制的方法，包括第一波长的第一激光器、第二波长的第二激光器、掩膜板和控制器，具体的：
90.所述控制器用于获取当前光器件的折射率在通过第一波长的第一激光对光器件
调制至目标值所需的折射率改变量；
91.所述控制器，用于确定将awg的实际波长调整至目标波长的改变量δn0；
92.所述控制器，用于控制第一波长的第一激光器对光器件的一个或者多个波导上的指定区域进行第1次辐射，使其折射率的变化量达到折射率改变量δn0；
93.所述控制器，还用于控制第二波长的第二激光器进行第1次退火，去除第1次辐射引入的应力双折射效应；
94.其中，在经过所述控制器控制下的第一激光器和第二激光器，在进行了目标次数的辐射和退火，使得光器件辐射区域被调制后的折射率能够达到改变相应波导中光路长度，从而完成对输出波长的补偿。
95.本发明所制作出的光器件，通过将光器件的实际折射率调整至目标值的改变量；根据所述折射率的改变量，控制两种激光对光器件进行交替辐射，使所述光器件的折射率变为目标值。如此，采用两种激光作为辐射光源对光器件进行交替辐射，使得被辐射的光器件不需要进行开槽等消除双折射的复杂工艺流程，降低了光器件折射率调制的成本，且提高了光器件的可靠性。
96.在方案实现过程中，通常还需要引入光谱仪，具体的：
97.每完成一轮辐射和退火，经过所述光谱仪测量分析得到折射率变化值；从而由所述控制器计算出下一轮辐射和退火所需完成的改变量δni；并根据所述改变量δni来控制所述第一激光器和第二激光器。
98.由于本发明实施例和实施例1是基于共同发明构思的装置实施例，因此，有关实施例1中具体实例场景中例如光器件为mzi或awg之下的相关扩展内容，同样适用于本发明实施例中各组件运行实现相应方法内容，在此不做过多赘述。
99.实施例3:
100.本发明实施例是基于实施例1基础上，并就实施例1中在光器件为mzi场景的完整实例展现，在本发明实施例中将直接采用一具体mzi产品做完整性方案展示。
101.在本发明实施例中，采用的mzi是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层。这种玻璃通过pecvd方式生长在硅基衬底上。波导的相对折射率差是2.5％。上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm。如图3所示，101为mzi的输入端，光信号从101端口输入，经过3db耦合器后进入传输波导102和103，然后经另一个3db耦合器后从104端口输出。
102.mzi的波长λ和波导的有效折射率n的关系为：
[0103][0104]
其中，φ是相邻波导的相位差，δl是相邻波导的长度差。
[0105]
mzi的波长调试量为δλ，根据公式(1)得出(即实施例1中的第一关联关系的具体表现形式)，通过调试δn可以达到波长调试的目的。根据所述波长调试量，采用248nm准分子激光器对mzi的其中一个臂的指定区域进行辐射，使其折射率发生改变，导致mzi的波长发生变化，达到目标值。
[0106]
其中一个传输波导103的一个指定部分1031经过248nm准分子激光器(以下简称激
光1，即实施例1中的第一激光)辐射。104端口输出的传输光谱通过光谱仪进行测量。当采用激光1进行辐射时，mzi的频率会发生偏移。可以通过频率偏移量来计算折射率的变化量。辐射强度是500mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz。被激光辐射的波导长度是2mm。辐射面积为5mm*4mm。经过20000脉冲调试后，波长调试量达到要求值。
[0107]
实际中uv光引入的折射率变化量在横电(te)和横磁(tm)模式下是不一样的。经过测量te和tm模式下的折射率变化量的差异值，可以计算双折射效应造成的影响。当激光1的脉冲数量从2000到20000之间变化时，可以看到te和tm模式下的折射率变化差值越来越大，双折射效应越来越明显。如图3所示，te和tm模式下的折射率变化量分别是0.00034和0.00031。
[0108]
为了消除这种双折射效应，在经过激光1辐射后，再在mzi的被辐射区域采用308nm准分子激光器(以下简称激光2，即实施例1中的第二激光)进行退火处理，辐射强度是320mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是10hz。被激光辐射的波导长度是2mm。辐射持续时间为2000s，即20000个脉冲。经过激光2辐射后的双折射效应有明显改善，如图4所示，经过脉冲数0到20000之间增长时，te和tm模式下的折射率变化量分别从0.00034和0.00031变化到0.00024和0.00024，最终这两种模式下的折射率变化量的差值变为0，双折射效应被消除。
[0109]
如图5所示，是本技术实施例提供的一种实现光器件mzi折射率调制的方法的流程示意图。所述方法包括如下步骤：
[0110]
在步骤301中，确定将mzi的折射率调制至目标值的改变量，采用248nm准分子激光对mzi的其中一个臂的指定区域进行辐射，使其折射率的变化量达到要求值。
[0111]
在步骤302中，将mzi的辐射区域采用308nm准分子激光退火装置去除由s101中248nm准分子激光辐射引入的应力双折射效应。
[0112]
经过激光1辐射后的mzi表面会产生应力双折射效应，导致mzi的偏振相关损耗(pdl)等指标发生明显劣化。为了改善这种情况，随后采用308nm准分子激光器对经过激光1辐射的mzi表面进行局部退火处理，消除激光1照射导致的应力双折射效应。对mzi表面的激光辐射可以多次交替采用激光1和激光2进行，以便达到最终要求的效果。
[0113]
从图4中可以看出，虽然激光2对双折射效应有改善，但是同时也会造成折射率变化量变小，导致最终的数值比要求值小。这里目标值定为0.0004。为了解决这个问题，需要将步骤301和步骤302反复多次交替进行，以便达到要求的数值。例如，在第一个循环中，步骤301的持续时间为1000s，1000*20＝20000个脉冲，然后步骤301停止，启动步骤302，持续时间为2000s，2000*10＝20000个脉冲。经过光谱仪测量分析后，折射率变化值为0.00024；离目标值0.0004还差0.00016。应该进行第二次循环，启动步骤301，持续时间为500s，500*20＝10000个脉冲，然后步骤301停止，启动步骤302，持续时间为1000s，1000*10＝10000个脉冲。经过光谱仪测量分析后，折射率变化值为0.00036，离目标值0.0004还差0.00004。应该进行第三次循环，启动步骤301，持续时间为170s，然后步骤301停止，启动步骤302，持续时间为340s。经过光谱仪测量分析后，折射率变化值为0.0004，达到了目标值。此时停止循环，完成调试流程。
[0114]
此外，采用激光2退火还有助于改善mzi芯片制造过程中存在的缺陷，使芯片性能更加稳定。
[0115]
如此，采用两种激光作为辐射光源对光器件进行交替辐射，使得被辐射的mzi不需
要进行开槽等消除双折射的复杂工艺流程，降低了mzi折射率调制的成本，且提高了mzi芯片的可靠性。
[0116]
实施例4：
[0117]
本发明实施例是基于实施例1基础上，并就实施例1中在光器件为awg场景的完整实例展现，在本发明实施例中将直接采用一具体awg产品做完整性方案展示。
[0118]
在本发明实施例中，采用的awg是采用硼磷玻璃作为包层，掺锗玻璃作为芯层。这种玻璃通过pecvd方式生长在硅基衬底上。波导的相对折射率差是2.5％。上下包层的厚度分别是12μm和10μm，芯层的厚度是3.5μm。如图6所示，401为awg的输入端，光信号从401端口输入，经过平板波导402后进入阵列波导403，然后经另一个平板波导404后从405端口输出。
[0119]
经过光谱仪测量，awg的中心波长为1544.206nm，而标准itut波长1544.526nm，相差值为320pm。需要将awg的中心波长往长波方向调试320pm。
[0120]
经过计算和分析，在阵列波导403的一个指定部分4031(如图6中三角形区域)经过248nm准分子激光器(以下称激光3，即实施例1中的第一激光)辐射。需要说明的是，这里的三角形区域可以是其他形状，例如扇形、菱形、梯形等，使相邻的阵列波导之间的照射长度存在不一致性即可，具体差异则可以根据实际调整过程进行适应性修改。
[0121]
其中，405端口输出的传输光谱通过光谱仪进行测量。当采用激光3进行辐射时，awg的中心波长会发生偏移。可以通过中心波长的偏移量来计算折射率的变化量。激光3的辐射强度是600mj/cm2/pulse，激光器的重复频率是20hz。被激光3辐射的波导区域是三角形，底边长度约为5mm，顶角的角度约为15
°
。该三角形区域可以根据需要进行调整，比如底边的长度可以变长或变短，顶角的角度可以变大或变小。三角形的角度和底边长度可以根据需要调试的中心波长的变化量进行更改，例如，当中心波长调试量大于400pm时，可以将顶角的角度从15
°
提升到20
°
。这里我们需要的调试量为320pm，因此顶角的角度定为15
°
即可。
[0122]
在激光3与awg芯片之间放置一个金属掩膜版，用于形成所述三角形区域。在金属掩膜版上有设计的图形，和上述三角形的参数一致，激光3的光斑大小为6mm
×
10mm，可以完全覆盖金属掩膜版上的三角形区域，这样可以保证激光经过金属掩膜版后，在awg芯片的阵列波导的指定三角形区域被完全辐射。
[0123]
经过激光3辐射的脉冲数量达到15000次后，可以实现awg的中心波长调试量约200pm。经过可调激光器和偏振控制器测试发现，awg芯片的偏振相关损耗pdl变大0.7db。这是由于激光3辐射后引入的双折射效应导致的。为了消除这种双折射效应，在经过激光3辐射后，再在awg的被辐射区域采用1030nm飞秒激光器(以下简称激光4，即实施例1中第二激光)进行退火处理。激光4的光斑大小约为10μm，这个光斑大小大约是awg芯片的阵列波导宽度的2倍左右，这样可以完全覆盖到阵列波导区域。脉宽为200fs，单脉冲能量为100nj，重复频率为50mhz。选择脉冲宽度小于500fs的激光4进行辐射，可以明显降低热效应，减少激光连续照射导致的芯片表面烧灼。单脉冲能量建议小于800nj，这样可以避免过大的光功率对芯片表面造成损伤。重复频率建议大于10mhz，这样可以明显提高效率。
[0124]
如图7所示，是本技术实施例提供的一种实现光器件awg折射率调制的方法的流程示意图。所述方法包括如下步骤：
[0125]
在步骤401中，确定将awg的折射率调制至目标值的改变量，采用248nm准分子激光
进行辐射，使其达到要求值。
[0126]
在步骤402中，将awg的辐射区域采用1030nm飞秒激光退火去除由步骤401中248nm准分子激光辐射引入的应力双折射效应。
[0127]
awg的实际波长为λc，商用标准波长为λi，且awg的实际波长λc和波导的有效折射率n0、相邻波导的长度差δl1、衍射级数m等参数有关，具体如式(2)所示：
[0128]
λc＝n0*δl1/m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0129]
由于awg在制备过程中的工艺缺陷导致其实际中心波长λc与商用标准中心波长λi存在差值δλi，即：
[0130]
δλi＝λ
c-λiꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0131]
为了将δλi调整到预设的范围，可以确定出对实际中心波长λc调整后所要达到的目标中心波长，进而可以确定将awg的实际中心波长调整至目标中心波长的波长改变量。
[0132]
根据所述波长改变量，控制248nm准分子激光(即激光3)对awg表面的指定区域进行辐射，使所述awg的中心波长变为目标中心波长。采用光谱仪可以测量awg的传输光谱和中心波长。
[0133]
经过激光3辐射后的awg芯片表面会产生应力双折射效应，导致awg的pdl等指标发生明显劣化。为了改善这种情况，随后采用1030nm飞秒激光器(即激光4)对经过激光3辐射的awg表面进行局部退火处理，消除激光3照射导致的应力双折射效应。
[0134]
对awg表面的激光辐射可以多次交替采用激光3和激光4进行，以便达到最终要求的效果。
[0135]
采用光学振镜对awg芯片经过激光3辐射后的三角形区域进行扫描，扫描速度为100mm/s。重复扫描100次后，pdl的变化量有明显改善，经过可调激光器和偏振控制器测试发现，pdl的变化量从0.7db降到0.3db。当扫描次数达到200次时，pdl的变化量降低到0.1db。
[0136]
经过上述步骤，可以在第一个循环实现awg芯片的中心波长调试量200pm，与目标值320pm还相差120pm，因此还需要进行下一个循环。我们知道，在第一个循环中，步骤401的辐射次数为15000次，步骤402的扫描次数为200次。
[0137]
然后，启动第二个循环，步骤401的辐射次数为10000次，然后步骤401停止，启动步骤402，步骤402的扫描次数为100次。经过光谱仪测量后发现，awg的中心波长变化量为290pm，与目标值还相差30pm；pdl的变化值从第一个循环的0.1db变化到0.5db，然后经过步骤402退火后，从0.5db变到0.15db。
[0138]
然后启动第三个循环，步骤401的辐射次数为4000次，然后步骤401停止，启动步骤402，步骤402的扫描次数为60次。经过光谱仪测量后发现，awg的中心波长变化量为330pm，达到了目标值320pm，并且超出10pm，这个误差是被允许的。pdl的变化值从第二个循环的0.15db变到0.3db，然后经过步骤402退火后，从0.3db降低到0.1db，已经有明显改善。
[0139]
从图8中可以看出，虽然激光4对双折射效应有改善，但是并不会完全消除pdl的变化量，有一定量的pdl残余是可以允许的。此外，采用激光4退火还有助于改善awg芯片制造过程中存在的缺陷，使芯片性能更加稳定。
[0140]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。