引用本文:
李朝锋,冯杰. 基于双金属片和金属板的无热AWG温度补偿研究[J]. 光通信技术,2020,44(5):38-41.
李朝锋1,冯 杰2
(1.中国电子科技集团公司 第三十四研究所,广西 桂林 541004; 2.中央军委装备发展部军事代表局驻桂林地区军事代表室)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为解决无热模块的小型化封装问题,针对现有的2种无热补偿方案的研究提出了一种新型的基于双金属片和金属板双重补偿的阵列波导光栅(AWG)温度补偿结构。理论计算结果表明:该结构能够实现波长漂移的温度补偿,并使金属板的长度缩小为位移无热补偿型的14,实现模块小型化封装,通过调整双金属片的厚度、宽度以及金属板的长度来适应AWG芯片的波长漂移量,提高了设计的灵活性。
关键词:阵列波导光栅;温度补偿;双金属片;金属板;无热化
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)05-0038-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.05.009
0 引言
随着数据业务和网络视频业务的爆炸式增长以及物联网的快速发展,第四代通信系统的传输容量已不能满足客户的需求,因此进一步提升通信系统容量及传输性能显得日益紧迫。波分复用(WDM)技术能大大提升全光网络的通信容量。但阵列波导光栅(AWG)作为WDM系统中的一个关键器件,其输出波长会随环境温度变化而发生漂移,这使得进一步提高网络传输容量受到限制。目前,广泛商用的控制波长漂移方案是利用电路控制的加热片使AWG温度保持在相对稳定的状态,从而使芯片对外界环境温度的变化不敏感,其输出波长也不会随环境温度变化而变化。依靠电路控制的有热型AWG的缺陷有:额外的能源消耗、电控单元的可靠性问题以及室内应用场景的要求。因此,对无热温度补偿方案的研究显得极为重要且紧迫[1]。
目前,国内外关于无热AWG的温度补偿方案的研究已取得较大进展。文献[2]介绍了基于绝缘体上硅(SOI)材料的宽窄波导混合集成的温度不敏感AWG,通过优化宽窄波导在相邻波导间的长度差可以降低AWG的温度敏感性,该方案虽然减少AWG的温度漂移量,但AWG芯片一旦制作完成,温度补偿量随之确定,这对芯片制作的工艺要求较高,相对成本也更高。文献[3]通过双金属片的热形变,利用AWG芯片的弹光效应来补偿波长随温度变化的漂移,在25 ℃~70 ℃温度范围内能够实现波长漂移小于50 pm。文献[4,5]是利用AWG在输出波导边的色散特性,通过金属随温度热胀冷缩的特性使输入波导发生位移来补偿波长漂移,在0 ℃~70 ℃范围内波长漂移小于±0.01 nm;该方案要求金属板长度较长,在AWG芯片日趋小型化的时代,补偿结构的尺寸也必须尽量小。
针对补偿结构尺寸与AWG芯片尺寸不相适应的情况,本文提出一种新的基于双金属片和金属板的无热AWG温度补偿方案。
5 结束语
本文提出了一种无热AWG温度补偿新方案,通过结合应力对波导的作用和改变输入波导位置这2种补偿模式,在理论上实现了对波长的一阶漂移近乎完全的补偿。当双金属片的宽度约为10 mm,厚度约为0.6 mm时,金属板的长度约为8 mm,比无双金属片时金属板的长度小约25 mm,这大大降低了补偿结构的尺寸,使其能更好地与小尺寸的芯片结合实现器件的小型化封装。在实际应用中,新方案多参数可调的特性使参数设计更加灵活。