阵列波导光栅及其制造方法、收发机及光通信系统与流程

1.本技术涉及光通信领域，特别涉及一种阵列波导光栅及其制造方法、收发机及光通信系统。


背景技术：

2.阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，awg)是波分复用(wavelength division multiplexing，wdm)技术中的一种核心器件。
3.awg包括依次连接的第一波导、第一星型耦合器、阵列波导、第二星型耦合器和第二波导；其中，经过阵列波导的光信号会形成高斯型光谱(也称高斯光谱)，使得经过awg输出的光信号的光谱为高斯型光谱，而高斯型光谱的3db带宽(指的是由功率谱密度的最高点下降到功率谱密度的1/2时所界定的频率范围)较小，基于3db带宽较小的awg进行光信号传输时，输入的光信号的波长偏移(也称波长漂移)容易引起较大的插入损耗(简称插损，也称器件插损)。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种阵列波导光栅及其制造方法、收发机及光通信系统。技术方案如下：
5.第一方面，提供了一种阵列波导光栅，包括：第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导。阵列波导包括m个波导，第一波导包括n个波导，第二波导包括p个波导，m为大于1的正整数，n和p均为正整数，且n和p不同。
6.第一波导用于向第一耦合器输入n路光信号，第一耦合器用于将n路光信号耦合至m个波导上传输，第二耦合器用于将m个波导上传输的光信号耦合至p个波导上传输，第二波导用于输出p路光信号。第一耦合器和/或第二耦合器可以为星型耦合器。该星型耦合器是带有罗兰圆结构的平板波导(也称为自由传播区)。该罗兰圆结构用于减小衍射畸变，实现光功率均匀分配。
7.预展宽器件位于第一波导与第一耦合器之间，或者位于第二耦合器与第二波导之间，预展宽器件所在区域设置有沿预展宽器件的延伸方向排布的亚波长光栅，预展宽器件用于调节阵列波导光栅的输出光谱的顶端的平坦度。示例的，预展宽器件所在区域设置有亚波长光栅指的是，在预展宽器件上设置有亚波长光栅，或者，在预展宽器件的边界所围成的区域内设置有亚波长光栅。
8.本技术实施例提供的awg，在第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损。并且，由于该awg本身能够抵抗光信号的波长偏移，无需再设置额外的波长控制系统，减少了制造成本，降低了awg的结构复杂度。
9.光栅的光栅参数包括光栅周期和/或占空比，光栅周期是光栅相邻的两个狭缝之
间的距离，占空比是光栅中相邻狭缝之间的间隙的宽度与光栅周期的比值。亚波长光栅指的是光栅周期小于工作波长的光栅。在亚波长光栅中，光栅周期的取值范围为[0.1um，1um]，占空比的取值范围为(0，1)。
[0010]
在本技术实施例中，预展宽器件上的亚波长光栅结构可以有多种类型。按照排布方向划分，该预展宽器件上的亚波长光栅结构可以分为下述第一种可选示例和第二种可选示例所提供的两种类型；按照光栅参数划分，该预展宽器件上的亚波长光栅结构可以分为下述第三种可选示例和第四种可选示例所提供的两种类型。
[0011]
在第一种可选示例中，该预展宽器件上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，也即是该亚波长光栅的排布方向只有一个方向。
[0012]
在第二种可选示例中，该预展宽器件上的亚波长光栅为二维亚波长光栅(也称3d亚波长光栅)。该awg中，该预展宽器件上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，也即是预展宽器件上的亚波长光栅的排布方向有两个方向。
[0013]
在第三种可选示例中，亚波长光栅为均匀光栅。该均匀光栅为光栅周期和占空比均为固定值的光栅。
[0014]
在第四种可选示例中，亚波长光栅为非均匀光栅。该非均匀光栅为光栅周期和占空比不为固定值的光栅；也即是该非均匀光栅为具有至少两种光栅周期的光栅和/或具有至少两种占空比的光栅。示例的，该非均匀光栅可以为渐变光栅，该渐变光栅指的是光栅周期逐渐增大或逐渐减小的光栅。
[0015]
在实际实现时，前述第一种至第四种可选示例可以根据情况结合。例如，该预展宽器件上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，且为均匀光栅。或者，该预展宽器件上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且为均匀光栅。或者，该预展宽器件上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，且为非均匀光栅。或者，该预展宽器件上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且为非均匀光栅。或者，该预展宽器件上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且一组亚波长光栅为均匀光栅，另一组亚波长光栅为非均匀光栅。
[0016]
值得说明的是，前述实施例均以亚波长光栅的狭缝为条形狭缝为例进行说明，实际实现时，该亚波长光栅的狭缝可以为其他形状的狭缝，如曲线形狭缝；该亚波长光栅的狭缝的长度可以相等也可以不等。
[0017]
在制造awg之前，可以先确定亚波长光栅的光栅参数，再基于确定的光栅参数制造该awg。从而实现awg输出光谱的顶端平坦。在一种实现方式中，awg的输出光谱的顶端的平坦度与亚波长光栅的光栅参数相关。可以通过待制造的awg的输出光谱的顶端的平坦度来确定亚波长光栅的光栅参数。在另一种实现方式中，awg的等效折射率与亚波长光栅的光栅参数相关，且awg的等效折射率与awg的输出光谱的顶端的平坦度相关。可以通过待制造的awg的等效折射率来确定亚波长光栅的光栅参数。其中，在光栅周期不变的情况下，占空比越大，awg的等效折射率越大；在占空比不变的情况下，光栅周期越大，awg的等效折射率越大。
[0018]
在一种可选实现方式中，预展宽器件为轴对称结构，预展宽器件的对称轴平行于预展宽器件的延伸方向。轴对称的预展宽器件便于制造，并且能够形成对称的双峰光场，使得awg的输出光谱的顶端平坦的同时，不会出现顶端倾斜的情况。
[0019]
第一波导为轴对称结构，预展宽器件的对称轴与第一波导的对称轴对齐。轴对称
的第一波导便于制造，并且能够形成对称的高斯型光谱。预展宽器件的对称轴与第一波导1的对称轴对齐便于光信号的稳定传输。实际实现时，预展宽器件的对称轴也可以不与第一波导的对称轴对齐。
[0020]
预展宽器件为多模干涉(multimode interference，mmi)器件，该mmi器件为矩形结构，亚波长光栅设置在mmi器件上，即该mmi器件的矩形表面上。图7中，预展宽器件为y型结构(也称y分支结构)，亚波长光栅设置在y型结构的边界所围成的区域内。本技术实施例中，该预展宽器件还可以是其他能够调节awg的输出光谱的顶端的平坦度的结构，如其他可以产生双峰光场的结构。
[0021]
第二方面，提供一种发射机，包括：光源、调制器以及如第一方面任一的阵列波导光栅；光源、调制器与阵列波导光栅依次连接，n大于p；光源用于输出光信号，调制器用于将接收的光信号调制得到多波长的光信号，并将多波长的光信号输入至阵列波导光栅。
[0022]
第三方面，提供一种接收机，包括：如第一方面任一的阵列波导光栅以及多个接收器；阵列波导光栅分别与多个接收器连接，n小于p；接收器用于接收阵列波导光栅输出的光信号。
[0023]
第四方面，提供一种光通信系统，包括：如第二方面的发射机、如第三方面的接收机，以及分别与发射机以及接收机连接的光纤。
[0024]
第五方面，提供一种阵列波导光栅的制造方法，包括：
[0025]
提供一衬底；在衬底上制造第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导；其中，阵列波导包括m个波导，第一波导包括n个波导，第二波导包括p个波导，m为大于1的正整数，n和p均为正整数，且n和p不同；第一波导用于向第一耦合器输入n路光信号，第一耦合器用于将n路光信号耦合至m个波导上传输，第二耦合器用于将m个波导上传输的光信号耦合至p个波导上传输，第二波导用于输出p路光信号；预展宽器件位于第一波导与第一耦合器之间，或者位于第二耦合器与第二波导之间，预展宽器件所在区域设置有沿预展宽器件的延伸方向排布的亚波长光栅，预展宽器件用于调节阵列波导光栅的输出光谱的顶端的平坦度。
[0026]
由于亚波长光栅的光栅参数与awg的输出光谱的顶端的平坦度以及awg的等效折射率相关，因此，可以采用以下两种可选实现方式来进行光栅参数的确定。
[0027]
在一种可选实现方式中，在衬底上制造第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导之前，方法还包括：基于待制造的阵列波导光栅的输出光谱的顶端的平坦度，确定亚波长光栅的光栅参数，光栅参数包括光栅周期和/或占空比。
[0028]
在另一种可选实现方式中，在衬底上制造第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导之前，方法还包括：基于待制造的阵列波导光栅的等效折射率，确定亚波长光栅的光栅参数，光栅参数包括光栅周期和/或占空比。
[0029]
本技术实施例提供的awg，在第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损。并且，由于该awg本身能够抵抗光信号的波长偏移，无需再设置额外的波长控制系统，减少了制造成本，降低了awg的结构复杂度。
[0030]
本技术实施例提供的awg，由于带有亚波长光栅的预展宽器件使得awg的输出光谱
的顶端的平坦度较高，可以降低awg中由于光信号的波长偏移所引起的插损。并且由于使用awg的输出光谱来调节awg的输出光谱的顶端的平坦度。无需额外设置热调器件，减少awg的复杂度，降低awg的功耗，并且避免温度漂移所引入的插损。
[0031]
本技术实施例提供的awg，通过调整亚波长光栅的光栅参数来配合预展宽器件以调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，设计自由度高，兼容性高，能在适用于不同衬底材料和光波导材料。并且，通过设置带有亚波长光栅的预展宽器件，几乎不增加awg整体的器件尺寸，制造成本低，可以实现awg的小型化。
附图说明
[0032]
图1是传统的awg输出的一路光信号的光谱的示意图；
[0033]
图2是本技术实施例提供的一种awg的结构示意图；
[0034]
图3是本技术实施例提供的另一种awg的结构示意图；
[0035]
图4是本技术实施例提供的一种第一耦合器的工作原理示意图；
[0036]
图5是本技术实施例提供的一种第二耦合器的工作原理示意图；
[0037]
图6是本技术实施例提供的一种awg工作原理示意图；
[0038]
图7为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图；
[0039]
图8为本技术实施例提供的另一种awg的部分结构示意图；
[0040]
图9是本技术实施例提供的另一种awg工作原理示意图；
[0041]
图10为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图；
[0042]
图11为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图；
[0043]
图12是本技术实施例提供的一种awg的截面示意图；
[0044]
图13是本技术实施例提供的该awg的输出光谱的示意图；
[0045]
图14是本技术实施例提供的一种发射机的结构示意图；
[0046]
图15是本技术实施例提供的另一种发射机的结构示意图；
[0047]
图16是本技术实施例提供的一种接收机的结构示意图；
[0048]
图17是本技术实施例提供的一种光通信系统的结构示意图；
[0049]
图18是本技术实施例提供的一种awg的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本技术的原理和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
[0051]
传统的awg包括依次连接的第一波导、第一星型耦合器、阵列波导、第二星型耦合器和第二波导。图1是传统的awg输出的一路光信号的光谱(也称输出光谱)的示意图，该光谱为高斯型光谱。该光谱示意图中，横轴表示波长，单位为微米(μm)或纳米(nm)，纵轴表示功率透过率，单位为分贝(db)(纵轴也可以表示光功率，单位为毫瓦(mw)或分贝毫瓦(dbm))。其中，功率透过率为该一路光信号的输出光功率与输入光功率的比值。如图1所示，该高斯型光谱主要是由于光信号经过阵列波导产生的高斯型光场所引起的。该高斯型光谱的顶端凸起，3db带宽较小。该3db带宽通常只有该高斯型光谱的整体带宽的40％左右。基于3db带宽较小的awg进行光信号传输时，输入的光信号的波长若不稳定，出现微小的波长偏
移，都可能会造成光功率下降，导致较大的插入损耗(简称插损)。参考图1所示的光谱示意图，波长偏移指的是光信号的波长由功率透过率最大位置处所对应的波长偏移到其他位置处所对应的波长。若需要减少插损的产生，则需要增加波长控制系统，以控制输入的光信号的波长，而该波长控制系统增加了awg的制造成本，增大了awg的结构复杂度。
[0052]
图2和图3是本技术实施例提供的两种awg10的结构示意图。该awg的输出光谱的顶端的平坦度较高，可以增大3db带宽对应的波长范围，从而降低awg中由于光信号的波长偏移所引起的插损，无需额外设置波长控制系统。如图2和图3所示，该awg10包括：第一波导101、预展宽器件102、第一耦合器103、阵列波导104、第二耦合器105和第二波导106。
[0053]
其中，该阵列波导104包括m个波导，第一波导101包括n个波导，第二波导106包括p个波导，m为大于1的正整数，n和p均为正整数，且n和p不同。图2以m＝10、n＝1以及p＝5为例进行说明，图3以m＝10、n＝5以及p＝1为例进行说明。本技术实施例并不对m、n以及p的数量进行限定。
[0054]
第一波导101用于向第一耦合器103输入n路光信号，第二波导106用于输出p路光信号。
[0055]
第一耦合器103用于将n路光信号耦合至m个波导上传输。图4是本技术实施例提供的一种第一耦合器的工作原理示意图。如图4所示，对于第一耦合器103，n路光信号中的每路光信号从第一波导101输入，进入第一耦合器103的耦合区(即罗兰圆)，由该耦合区发散后同时进入m个波导。第一耦合器103用于将n路光信号中的每路光信号的功率均分到m个波导上，图4以n＝1，m＝5为例进行说明，但并不对n和m的具体数值进行限定。例如，若波长为1550nm的光信号进入第一耦合器103的耦合区，该波长的光信号会同时进入阵列波导104的m个波导。
[0056]
阵列波导104用于通过多光束干涉的原理进行光信号的传输。在该阵列波导104中，相邻波导具有固定的长度差，通过引入一定的光程差，m路光信号经过该阵列波导104的传输形成不同的波前倾斜，聚焦在第二耦合器105的不同位置，从而经过第二耦合器105被第二波导106中不同的波导所接收。
[0057]
第二耦合器105用于将m个波导上传输的光信号耦合至p个波导上传输。图5是本技术实施例提供的一种第一耦合器的工作原理示意图。如图5所示，对于第二耦合器105，m路光信号从具有固定的长度差的阵列波导104出射后，在第二耦合器105的耦合区(即罗兰圆)发生衍射，并聚焦在p个位置，以从第二波导106的p个波导分别输出。在第二耦合器105的耦合区上，同一波长的光信号在该耦合区聚焦在同一位置，不同波长的光信号在该耦合区聚焦的位置不同，通过该第二耦合器105可以实现分波的作用，也即是进入第二波导106的p个波导的光信号的波长互不相同。图5以m＝5，p＝3为例进行说明，假设第二耦合器105输出3路波长互不相同的光信号，分别为波长为λ1至λ3的光信号，但并不对m、p和λ的具体数值进行限定。
[0058]
前述第一耦合器103和/或第二耦合器105可以为星型耦合器。该星型耦合器是带有罗兰圆结构的平板波导(也称为自由传播区)。该罗兰圆结构用于减小衍射畸变，实现光功率均匀分配。
[0059]
如图2所示，预展宽器件102位于第一波导101与第一耦合器103之间，预展宽器件102在第一波导101与第一耦合器103之间形成一个过渡区域。第一波导101、预展宽器件102
与第一耦合器103的宽度存在变化，例如逐渐变大或逐渐变小。或者，如图3所示，预展宽器件102位于第二耦合器105与第二波导106之间，预展宽器件102在第二耦合器105与第二波导106之间形成一个过渡区域。第二耦合器105、预展宽器件102与第二波导106的宽度存在变化，例如逐渐变大或逐渐变小。
[0060]
如图2或图3所示，预展宽器件102所在区域设置有沿预展宽器件102的延伸方向(即长度方向)r1排布的亚波长光栅1021，预展宽器件102的宽度所在方向r2垂直于预展宽器件102的延伸方向r1。该预展宽器件102和亚波长光栅1021可以通过相同构图工艺制作得到。示例的，预展宽器件所在区域设置有亚波长光栅指的是，在预展宽器件上设置有亚波长光栅，或者，在预展宽器件的边界所围成的区域内设置有亚波长光栅。
[0061]
该预展宽器件102用于调节awg10的输出光谱的顶端的平坦度。其中，输出光谱的顶端的平坦度指的是随着光信号波长的变化，功率透过率的幅度的变化程度。其中，功率透过率的幅度变化越小，平坦度越高。通过预展宽器件102的调节，awg10可以输出平顶型光谱，该平顶型光谱的3db带宽可以得到大幅度提高，从而有效增大3db带宽对应的波长范围，在一定程度减少了输入光信号的不稳定导致的插损。
[0062]
本技术实施例提供的awg，在第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损。
[0063]
并且，由于该awg本身能够抵抗光信号的波长偏移，无需再设置额外的波长控制系统，减少了制造成本，降低了awg的结构复杂度。
[0064]
本技术实施例中，预展宽器件102能够形成双峰光场(也称双驼峰型光场或驼峰光场)。该双峰光场指的是具有两个波峰(也称凸起)以及位于该两个波峰之间的一个波谷(也称凹陷)的光场。图6是本技术实施例提供的一种awg10工作原理示意图。图6示意性地绘制了图2中光信号经过第一波导101、预展宽器件102和第一耦合器103的过程中，光信号所对应的光场w的变化过程。从第一波导101输入的光信号的光场为高斯型光场，该光信号经过预展宽器件102后，输入第一耦合器103的光信号的光场变为双峰光场。
[0065]
在一种可选方式中，预展宽器件102通过自映像原理形成双峰光场。自映像，也称自成像，是多模波导的一种特性，通过自映像特性，输入光场分布沿波导的光信号传播方向，周期性间隔再现输入光场的n重像(n为正整数)。沿着多模波导的光信号传输方向，在不同位置处会分别出现不同等分的光场，例如1分2光场(即双峰光场)，1分3光场(即三峰光场)或1分4光场(即四峰光场)等光场。在本技术实施例中，预展宽器件102为多模波导。该预展宽器件102的长度能够保证在预展宽器件102的输出端出现1分2的光场。图7为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图。图7中，预展宽器件102为多模干涉(multimode interference，mmi)器件，其通过自映像原理形成双峰光场。
[0066]
在另一种可选方式中，预展宽器件102通过功率等分原理形成双峰光场。基于功率等分原理的预展宽器件102是一种功分结构，其将输入的光信号的功率分成两等份，通过两个分支波导分别输出该划分后的两路光信号。当两个分支波导的距离较近时，两个分支的光信号的光场会由于边缘能量的叠加而形成双峰光场。图8为本技术实施例提供的另一种awg的部分结构示意图。图8中，预展宽器件102为y型结构(也称y分支结构)，该y型结构包括
一个主路波导a1和与该主路波导a1连接的两个分支波导a2。该y型结构通过功率等分原理形成双峰光场。
[0067]
本技术实施例中，该预展宽器件102还可以是其他能够调节awg的输出光谱的顶端的平坦度的结构，如其他可以产生双峰光场的结构。本技术实施例对此不做限定。
[0068]
示例的，如图2和图3所示，该预展宽器件102为轴对称结构，该预展宽器件102的对称轴平行于预展宽器件102的延伸方向r1。轴对称的预展宽器件102便于制造，并且能够形成对称的双峰光场，使得awg10的输出光谱的顶端平坦的同时，不会出现顶端倾斜的情况。
[0069]
本技术实施例中，第一波导101也可以为轴对称结构，该预展宽器件102的对称轴与第一波导101的对称轴对齐。轴对称的第一波导101便于制造，并且能够形成对称的高斯型光谱。预展宽器件102的对称轴与第一波导101的对称轴对齐便于实现双峰光场的两个凸起(即两个峰)的功率相等，从而保证双峰光场的对称性。实际实现时，第一波导101也可以为非轴对称结构。
[0070]
图9示意性示出了对应一路光信号的预展宽器件102输出的双峰光场与阵列波导104输出的高斯型光场的叠加示意图。由于双峰光场的凹陷处与高斯型光场的凸起处能够相互抵消，使得最终从awg10输出的光信号的光场顶端的平坦度更高，该光场称为平顶型光场，其对应的输出光谱即为平顶型光谱。需要说明的是，图9中，各个光场示意图的横轴表示光信号所经过的波导的宽度，单位为微米，纵轴表示光信号所对应的磁场强度，单位为a.u.，该a.u.表示一个相对值的单位，其可以是任意设定的单位。图9未绘出每个光场示意图的两个坐标轴。
[0071]
光栅(grating)指的是由大量平行的狭缝(或刻线)构成的光学器件。光栅的光栅参数包括光栅周期和/或占空比。其中，光栅周期也称光栅常数，指的是光栅相邻的两个狭缝之间的距离，其可以由两个狭缝相同侧之间的距离表示。该光栅周期可以等于光栅的一个狭缝的宽度和该狭缝与另一个狭缝的间隙的宽度之和。占空比是光栅中相邻狭缝之间的间隙的宽度与光栅周期的比值。如图7所示，图7以光栅周期a为两个狭缝右侧之间的距离，b为狭缝间隙的宽度(即两个狭缝之间区域的宽度)为例进行标示。
[0072]
亚波长光栅指的是光栅周期小于工作波长的光栅。示例的，本技术实施例提供的亚波长光栅的光栅周期的取值范围为[0.1um，1um]，占空比的取值范围为(0，1)。在awg中，工作波长指的是awg所支持的光信号的波长。示例的，若该awg的输出端具有一个光通道，工作波长指的是该一个光通道对应的光信号的波长。若该awg的输出端具有多个光通道，经过该awg的光信号为与该多个光通道对应的多个光信号。则，该工作波长指的是该多个光信号的指定波长。例如，该指定波长为中心波长、任一波长、最小波长、最大波长或平均波长等。
[0073]
对于不同类型的预展宽器件102，亚波长光栅在预展宽器件102上设置的位置可能不同。示例的，图7中，预展宽器件102为mmi器件，该mmi器件为矩形结构，亚波长光栅设置在mmi器件上，即该mmi器件的矩形表面上。图8中，预展宽器件102为y型结构(也称y分支结构)，亚波长光栅设置在y型结构的边界所围成的区域内，即该两个分支波导a2之间。
[0074]
在本技术实施例中，预展宽器件102上的亚波长光栅结构1021可以有多种类型。按照排布方向划分，该预展宽器件102上的亚波长光栅结构1021可以分为下述第一种可选示例和第二种可选示例所提供的两种类型；按照光栅参数划分，该预展宽器件102上的亚波长光栅结构1021可以分为下述第三种可选示例和第四种可选示例所提供的两种类型。
[0075]
在第一种可选示例中，该预展宽器件102上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，也即是该亚波长光栅的排布方向只有一个方向。该预展宽器件102上的亚波长光栅的结构如图2、图3、图7或图8所示。
[0076]
在第二种可选示例中，该预展宽器件102上的亚波长光栅为二维亚波长光栅(也称3d亚波长光栅)。图10为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图。该awg中，该预展宽器件102上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，也即是预展宽器件102上的亚波长光栅的排布方向有两个方向。则如图10所示，预展宽器件102上除了沿预展宽器件102的延伸方向r1排布的亚波长光栅，还设置有沿另一方向r2排布的亚波长光栅，该另一方向r2垂直于预展宽器件102的延伸方向r1。如此，沿预展宽器件102的延伸方向排布的亚波长光栅和沿另一方向排布的亚波长光栅形成网格状光栅结构。在一种可选实现方式中，沿预展宽器件102的延伸方向r1排布的亚波长光栅和沿另一方向r2排布的亚波长光栅的狭缝设置于与预展宽器件的表面，该网格状光栅的中的每个网格为相对于预展宽器件的表面凸起的块状体。
[0077]
在第三种可选示例中，亚波长光栅为均匀光栅。该均匀光栅为光栅周期和占空比均为固定值的光栅，其结构如图2、图3、图7、图8或图10所示。如图7所示，光栅的占空比指的是狭缝间隙的宽度b与光栅周期a之比，也即是b/a。
[0078]
在第四种可选示例中，亚波长光栅为非均匀光栅。该非均匀光栅为光栅周期和占空比不为固定值的光栅；也即是该非均匀光栅为具有至少两种光栅周期的光栅和/或具有至少两种占空比的光栅。图11为本技术实施例提供的一种awg的部分结构示意图。该awg中，该预展宽器件102上的亚波长光栅为非均匀光栅。示例的，该非均匀光栅可以为渐变光栅，该渐变光栅指的是光栅周期逐渐增大或逐渐减小的光栅。
[0079]
在实际实现时，前述第一种至第四种可选示例可以根据情况结合。例如，该预展宽器件102上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，且为均匀光栅。或者，该预展宽器件102上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且为均匀光栅。或者，该预展宽器件102上的亚波长光栅为一维亚波长光栅，且为非均匀光栅。或者，该预展宽器件102上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且为非均匀光栅。或者，该预展宽器件102上的亚波长光栅为二维亚波长光栅，且一组亚波长光栅为均匀光栅，另一组亚波长光栅为非均匀光栅。
[0080]
值得说明的是，前述实施例均以亚波长光栅的狭缝为沿直线分布的狭缝为例进行说明，实际实现时，该亚波长光栅的狭缝可以为其他形状的狭缝，如曲线形狭缝；该亚波长光栅的狭缝的长度可以相等也可以不等。任何能够实现预展宽器件102的输出光谱的顶端的平坦度调节功能的亚波长光栅均应涵盖在本技术实施例的保护范围内。
[0081]
本技术实施例中，预展宽器件102的宽度(如图2、图3或图10所示，该宽度所在方向为r2)决定了双峰光场的双峰的位置，预展宽器件102的等效折射率影响了双峰光场中凹陷的深度，通常，该预展宽器件102的等效折射率与双峰光场的深度负相关。也即是，该预展宽器件102的等效折射率越小，双峰光场的凹陷越深。需要说明的是，预展宽器件的等效折射率指的是预展宽器件所在区域的等效折射率。例如，当预展宽器件为mmi时，该预展宽器件所在区域为该mmi的边界所围成的区域；当预展宽器件为y型结构时，该预展宽器件所在区域为该y型结构的边界所围成的区域。若预展宽器件102不带有亚波长光栅。例如，预展宽器件为不带有亚波长光栅的mmi器件，由于该mmi器件的宽度和等效折射均固定。该mmi器件不能对二重自映像效应所产生的双峰光场的振幅分布进行精确的调控，mmi器件输出的双峰
光场中，两个像点(即两个峰)间的光场会发生重叠而整体抬升，使得光场的中间区域(即凹陷区域)的凹陷程度不够，该凹陷的深度不符合awg的输出光谱平坦化的要求。因此，采用不带有亚波长光栅的预展宽器件102无法使得awg10输出光谱的顶端达到目标平坦度。而亚波长光栅可以影响预展宽器件的等效折射率(例如减小预展宽器件的等效折射率)，进而可以调节双峰光场中凹陷的深度，从而影响awg10输出光谱的形状。通过设置该亚波长光栅，可以辅助预展宽器件102调节预展宽器件的等效折射率，以调节awg10输出光谱的顶端的平坦度，从而在保证预展宽器件102具有一定宽度的前提下，实现awg10输出光谱的顶端达到目标平坦度。
[0082]
如此，在制造awg10之前，可以先确定亚波长光栅的光栅参数，再基于确定的光栅参数制造该awg10。从而实现awg10输出光谱的顶端平坦。其中，光栅参数包括光栅周期和/或占空比。在一种实现方式中，awg10的输出光谱的顶端的平坦度与亚波长光栅的光栅参数相关。可以通过待制造的awg10的输出光谱的顶端的平坦度来确定亚波长光栅的光栅参数。在另一种实现方式中，awg10的等效折射率(或预展宽器件的等效折射率)与亚波长光栅的光栅参数相关，且awg的等效折射率与awg的输出光谱的顶端的平坦度相关。其中，在光栅周期不变的情况下，占空比越大，awg的等效折射率越大；在占空比不变的情况下，光栅周期越大，awg的等效折射率越大。则可以通过待制造的awg10的等效折射率来确定亚波长光栅的光栅参数。该两种实现方式的具体过程可以参考后续方法实施例的过程。
[0083]
需要说明的是，本技术实施例提供的awg10还可以包括衬底(也称衬底基板)，awg图案(pattern)设置在该衬底上，该awg图案包括：第一波导101、预展宽器件102、第一耦合器103、阵列波导104、第二耦合器105和第二波导106。对于不同的制造场景，衬底的材料可以不同，awg图案的材料也可以不同。示例的，该衬底的材料可以为铌酸锂(linbo3)、
ⅲ‑ⅴ
族半导体化合物、二氧化硅(sio2)、硅(si)、聚合物(polymer)或玻璃等。用于制造该awg图案的光波导材料可以为硅(si)、氮化硅(sin)、氮氧化硅(sion)或二氧化硅。
[0084]
可选地，该awg10还可以包括其他材料层。例如，该awg10还可以包括位于awg图案靠近衬底一侧的第一保护层；和/或，位于awg图案靠近衬底一侧的第二保护层。该第一保护层和第二保护层用于保护awg图案，以提高awg图案的使用寿命。示例的，该第一保护层和第二保护层的材料均为二氧化硅。图12是本技术实施例提供的一种awg10的截面示意图。该awg10包括衬底107、第一保护层108、awg图案m以及第二保护层109，其中，awg图案m包括前述实施例中的第一波导101、预展宽器件102、第一耦合器103、阵列波导104、第二耦合器105和第二波导106。该预展宽器件102上设置有亚波长光栅1021。
[0085]
为了便于读者理解，下面以一个实际的awg的结构为例进行说明。假设该awg中，阵列波导包括16个波导(也称16通道)，相邻波导具有的长度差为100(ghz)，也即是通道间隔为100吉赫兹(ghz)，该通道间隔指的是相邻波导的输出光谱的波峰对应的波长与频率间隔的比值。awg图案的材料为氮化硅，该氮化硅层的厚度为80纳米(nm)。且awg还包括设置在awg图案两侧的第一保护层和第二保护层。该第一保护层和第二保护层的材料为二氧化硅。第一波导、第二波导以及阵列波导中各个波导的宽度均为3.5微米。第一波导的n个波导在与第一耦合器连接处的间距为8微米，第二波导的p个波导在与第二耦合器连接处的间距为8微米。阵列波导的m个波导在与第一耦合器和第二耦合器连接处的间距均10微米。m＝145，n＝1，p＝16。第一耦合器和第二耦合器均具有罗兰圆结构，该罗兰圆结构的直径为1.823毫
米。第一波导和第一耦合器之间设置有带有一维亚波长光栅的预展宽器件，该预展宽器件为mmi。
[0086]
图13是本技术实施例提供的该awg的输出光谱的示意图，该awg的输出光谱包括第二波导所包括的16个波导(也称输出通道)对应的光谱。该输出光谱的示意图中，横轴表示波长，单位为μm，纵轴表示功率透过率，单位为db。由于亚波长光栅的引入，有效阻隔了双峰光场的两个凸起的叠加，使得凹陷的程度更大。如图13所示，得到的输出光谱中，第二波导中的各个波导的光谱平坦度良好。例如，对于一路光信号，0.5db带宽(指的是由功率谱密度的最高点下降0.5db时所界定的频率范围)为46ghz，1db带宽为53ghz，1db带宽(指的是由功率谱密度的最高点下降1db时所界定的频率范围)达到通道间隔的53％，3db带宽显然大于通道间隔的53％。如此，得到的平顶型光谱的3db带宽可以得到大幅度提高，有效减少了输入光信号的不稳定导致的插损。
[0087]
本技术实施例提供的awg，由于带有亚波长光栅的预展宽器件使得awg的输出光谱的顶端的平坦度较高，可以降低awg中由于光信号的波长偏移所引起的插损，并且还可以减少制备误差对awg器件性能的影响，增加awg器件的稳定性。
[0088]
相关技术中，还提出了一种awg，该awg包括设置在第一波导输入端的热调器件，该热调器件通过对第一波导进行加热来减少输入光信号的波长偏移。但是会增加awg的复杂度，增加awg的功耗。并且温度漂移也会引入插损。本技术实施例提供的awg，由于使用awg的输出光谱来调节awg的输出光谱的顶端的平坦度。无需额外设置热调器件，减少awg的复杂度，降低awg的功耗，并且避免温度漂移所引入的插损。
[0089]
并且，本技术实施例提供的awg，通过调整亚波长光栅的光栅参数来配合预展宽器件以调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，设计自由度高，兼容性高，能在适用于不同衬底材料和光波导材料。并且，通过设置带有亚波长光栅的预展宽器件，几乎不增加awg整体的器件尺寸，制造成本低，可以实现awg的小型化。
[0090]
图14和图15分别是本技术实施例提供的两种发射机(也称光发射机)20的结构示意图。该发射机20包括：光源201、调制器202以及awg203。该awg203可以为本技术实施例提供的任一的awg10。
[0091]
图14和图15中，光源201、调制器202与awg203依次连接。其中，在awg203中，第一波导包括的波导的数量n大于第二波导包括的波导的数量p。示例的，p＝1。如此，通过awg203将多路光信号复用为一路光信号。
[0092]
图14和图15中，光源201用于输出光信号，调制器202用于将接收的光信号调制得到多波长的光信号，并将多波长的光信号输入至awg203。
[0093]
在一种可选实现方式中，如图14所示，发射机20包括一个光源201以及一个或多个调制器202。光源201输出的固定波长的光信号通过一个或多个调制器202调制，得到多波长的光信号。在另一种可选实现方式中，如图15所示，发射机20包括多个光源201以及多个调制器202，多个光源201与多个调制器202一一对应连接。不同光源201具有的波长不同，每个光源201输出的固定波长的光信号通过对应的调制器202调制。多个调制器202输出多个波长的光信号，从而向awg203输入多波长的光信号。
[0094]
本技术实施例提供的发射机，在awg的第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg
的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损，从而进一步减少发射机的插损。
[0095]
并且，由于该awg本身的插损较小，无需再设置额外的波长控制系统，减少了制造成本，同时减小了发射机的体积。
[0096]
图16是本技术实施例提供的一种接收机30的结构示意图。该接收机30包括：awg301以及多个接收器302。该awg301可以为本技术实施例提供的任一的awg10。
[0097]
图16中，该awg301分别与多个接收器302连接，接收器302用于接收awg301输出的光信号。在awg301中，第一波导包括的波导的数量n小于第二波导包括的波导的数量p，示例的，n＝1。如此，通过awg301将一路光信号解复用为多路光信号。示例的，awg301输出多路光信号，该多路光信号输入分别输入不同的接收器302中。
[0098]
本技术实施例提供的接收机，在awg的第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损，从而进一步减少接收机的插损。
[0099]
并且，由于该awg本身的插损较小，无需再设置额外的波长控制系统，减少了制造成本，同时减小了接收机的体积。
[0100]
图17是本技术实施例提供的一种光通信系统40的结构示意图。该光通信系统包括：发射机401、接收机402，以及分别与发射机401以及接收机402连接的光纤403。该发射机401可以为前述实施例中的发射机20；该接收机402可以为前述实施例中的接收机30。
[0101]
图18是本技术实施例提供的一种awg的制造方法的流程示意图。该制造方法包括：
[0102]
s501、确定亚波长光栅的光栅参数，该光栅参数包括光栅周期和/或占空比。
[0103]
如前所述，由于亚波长光栅的光栅参数与awg的输出光谱的顶端的平坦度以及awg的等效折射率相关，因此，可以采用以下两种可选实现方式来进行光栅参数的确定。
[0104]
在第一种可选实现方式中，基于待制造的awg的输出光谱的顶端的平坦度，确定亚波长光栅的光栅参数。
[0105]
由于制造得到的awg的输出光谱的顶端的平坦度越高，awg因光信号的波长偏移所产生的插损越小。因此，在制造awg之前，可以基于想要达到的awg的输出光谱的顶端的平坦度，确定亚波长光栅的光栅参数。示例的，工作人员可以采用模拟软件不断调整光栅参数，以观察模拟得到的awg的输出光谱的顶端的平坦度的变化。当模拟得到的awg的输出光谱的顶端近似于水平，将对应的光栅参数确定为制造awg所需的光栅参数。通过调节亚波长光栅的光栅周期和/或占空比，进而对双峰光场的凹陷程度进行精准调控，使其满足awg光谱平坦化设计所需的输入场分布，从而使得awg光谱实现所需平坦度。
[0106]
如前所述，在光栅周期不变的情况下，占空比越大，awg的等效折射率越大；在占空比不变的情况下，光栅周期越大，awg的等效折射率越大。而预展宽器件的等效折射率与双峰光场的凹陷程度负相关，相应的，在其他参数不变的情况下，awg的等效折射率与双峰光场的凹陷程度负相关。则例如，在制造awg之前，工作人员可以采用模拟软件保持光栅周期不变，逐渐减小亚波长光栅的占空比。例如，工作人员可以以占空比为1(或0.99)开始，逐渐
减小占空比。如此，使得awg的等效折射率逐渐减小(预展宽器件的等效折射率也逐渐减小)，双峰光场的凹陷程度逐渐增大。工作人员可以观察到awg的输出光谱的平坦度逐渐增大，若该平坦度达到最大值之后，继续减小亚波长光栅的占空比，会使得awg的等效折射率继续减小(预展宽器件的等效折射率也逐渐减小)，双峰光场的凹陷程度继续增大，工作人员可以观察到awg的输出光谱的平坦度逐渐减小。因此，工作人员可以记录亚波长光栅的占空比与输出光谱的平坦度的对应关系，在发现awg的输出光谱的平坦度先增大再减小后，找到平坦度发生转折处(即先增大再减小的拐点)的平坦度作为目标平坦度，再基于该目标平坦度查询前述对应关系，确定目标占空比。
[0107]
又例如，在制造awg之前，工作人员也可以采用模拟软件保持占空比不变，调整光栅周期。或者，同时调整占空比和光栅周期。确定光栅参数的过程可以参考前述确定目标占空比的过程，本技术实施例对此不做赘述。
[0108]
在第二种可选实现方式中，基于待制造的awg的等效折射率，确定亚波长光栅的光栅参数。
[0109]
由于制造得到的awg的输出光谱的顶端的平坦度越高，awg因光信号的波长偏移所产生的插损越小。而awg的输出光谱的顶端的平坦度不同，awg的等效折射率不同。因此，在制造awg之前，可以基于想要达到的awg的输出光谱的顶端的平坦度，确定awg的等效折射率。再基于该awg的等效折射率，确定亚波长光栅的光栅参数。示例的，工作人员可以设定输出光谱的顶端的目标平坦度(例如，该目标平坦度可以基于前述第一种可选实现方式所提供的方法确定)，将该输出光谱的顶端的目标平坦度转化为awg的目标等效折射率。然后，采用模拟软件不断调整光栅参数，以观察模拟得到的awg的等效折射率的变化。当模拟得到的awg的等效折射率等于或近似于该目标等效折射率，将对应的光栅参数确定为制造awg所需的光栅参数。由于预展宽器件的等效折射率也影响awg的等效折射率，因此也可以将该输出光谱的顶端的平坦度转化为预展宽器件的目标等效折射率。然后，采用模拟软件不断调整光栅参数，以观察模拟得到的预展宽器件的等效折射率的变化。当模拟得到的预展宽器件的等效折射也率等于或近似于该目标等效折射率，将对应的光栅参数确定为制造awg所需的光栅参数。
[0110]
值得说明的是，由于预展宽器件的等效折射率影响输出光谱的顶端的平坦度，而预展宽器件的等效折射率又受到材料和厚度的影响，因此在制造awg之前，工作人员也可以通过调整预展宽器件的材料和厚度来确定目标材料和目标厚度，以在制造过程中采用该目标材料和目标厚度进行awg的制造。
[0111]
s502、提供一衬底。
[0112]
示例的，该衬底的材料可以为铌酸锂、
ⅲ‑ⅴ
族半导体化合物、硅、氮化硅、二氧化硅、硅、聚合物或玻璃等。
[0113]
s503、在衬底上制造第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导。
[0114]
其中，阵列波导包括m个波导，第一波导包括n个波导，第二波导包括p个波导，m为大于1的正整数，n和p均为正整数，且n和p不同。第一波导用于向第一耦合器输入n路光信号，第一耦合器用于将n路光信号耦合至m个波导上传输，第二耦合器用于将m个波导上传输的光信号耦合至p个波导上传输，第二波导用于输出p路光信号；预展宽器件位于第一波导
与第一耦合器之间，或者位于第二耦合器与第二波导之间，预展宽器件所在区域设置有沿预展宽器件的延伸方向排布的亚波长光栅，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度。
[0115]
前述第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导可以通过一次或多次构图工艺(也称光刻工艺)制造而成。示例的，该制造过程包括：在衬底基板上采用沉积、涂覆或溅射工艺形成光波导材料层；对光波导材料层执行一次构图工艺得到awg图案，该awg图案包括：第一波导、预展宽器件、第一耦合器、阵列波导、第二耦合器和第二波导。可选地，前述awg图案中还可以包括其他结构。该一次构图工艺包括：光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离。例如，该构图工艺中，刻蚀过程可以采用干刻工艺完成。
[0116]
示例的，该光波导材料可以为硅、氮化硅、氮氧化硅或二氧化硅。
[0117]
在实际实现时，在衬底上还可以根据实际情况制造其他材料层。例如，在衬底上制造awg图案之前，还可以通过沉积、涂覆或溅射工艺形成第一保护层；可选地，在衬底上制造awg图案之后，还可以通过沉积、涂覆或溅射工艺形成第二保护层。该第一保护层和第二保护层用于保护awg图案，以提高awg图案的使用寿命。示例的，该第一保护层和第二保护层的材料均为二氧化硅。
[0118]
本技术实施例提供的awg的制造方法，在awg的第一波导和第一耦合器之间或者第二耦合器和第二波导之间增加了带有亚波长光栅结构的预展宽器件，该预展宽器件用于调节awg的输出光谱的顶端的平坦度，使得最终从awg输出平顶型光谱，而平顶型光谱的3db带宽较大，如此可以有效减少由于光信号的波长偏移所引起的插损。
[0119]
前述awg的制造方法与传统的awg制造工艺可以完全兼容，带有亚波长光栅结构的预展宽器件可以和awg图案中的其他器件通过一次或多次构图工艺同步制造得到，无需增加额外的工艺步骤，制造工艺简单，易于实现，制造成本低。
[0120]
在本技术中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。“a参考b”，指的是a与b相同，或者a在b的基础上进行简单变形。
[0121]
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间惟一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
[0122]
需要说明的是：上述实施例提供的awg与制造方法、收发机及光通信系统实施例属于同一构思，其具体实现过程详见装置实施例，这里不再赘述。
[0123]
以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。