專利名稱：具有減小了溫度依賴性的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光柵裝置，尤其涉及用于使該裝置絕熱的技術(shù)。
背景技術(shù)：
計算機和通信系統(tǒng)在通信線路帶寬上的要求不斷增加。眾所周知，光纖比傳統(tǒng)的同軸線路提供高得多的帶寬。此外，光纖波導(dǎo)中的單一光信道使用該光纖可用帶寬的一小部分。在波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)中，多個光波長載波沿著單根光纖傳送獨立的通信信道。通過向一根光纖中傳送幾個不同波長的信道，光纖的帶寬能力得到有效利用。
利用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)裝置已經(jīng)實現(xiàn)了纖維光學(xué)上的多路復(fù)用和去復(fù)用。AWG是一平面結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在輸入和輸出耦合器之間且相互并排排列的波導(dǎo)陣列，并且這些波導(dǎo)如同分光計中的衍射光柵那樣共同作用。每個波導(dǎo)與其最近相鄰波導(dǎo)在長度上相差預(yù)先確定的固定量。輸出耦合器的輸出構(gòu)成了多路復(fù)用和去復(fù)用裝置的輸出。在操作中，當(dāng)將多個獨立不同的波長施加到該裝置的獨立不同的輸入端口時，它們被組合并傳送到一輸出端口。相同的裝置還可實現(xiàn)多路去復(fù)用功能，其中將該設(shè)備一個輸入端口上的多個輸入波長，彼此分離并直接引導(dǎo)到預(yù)定的不同的輸出端口中的一個。AWGs還能實現(xiàn)路由選擇功能，其中信號到達(dá)多路輸入端口并根據(jù)預(yù)先定義的映射路由至多路不同的輸出端口。這樣的AWGs的結(jié)構(gòu)和操作在本領(lǐng)域中是熟知的。例如參見，“PHASAR-based WDM-DevicesPrinciples，Design and Applications”，M KSmit，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol.2，No.2，June1996，以及美國專利.No.5,002,350和WO97/23969，這里參照引用其全部內(nèi)容。
波分復(fù)用器和去復(fù)用器要求對相鄰波導(dǎo)之間的有效光程長度差的精確控制。該有效光程長度差被定義為波導(dǎo)中基模的有效折射率和相鄰波導(dǎo)之間的物理路徑長度差的乘積。對于目前可用的波分復(fù)用器和去復(fù)用器，波導(dǎo)中基模有效折射率和相鄰波導(dǎo)之間的物理路徑長度差都典型地與溫度相關(guān)。在傳統(tǒng)的集成光復(fù)用器和去復(fù)用器裝置中，形成陣列波導(dǎo)的介質(zhì)具有顯著的溫度依賴性，這導(dǎo)致中心傳輸波長的改變，其可能超過傳輸帶寬。結(jié)果，在特定裝置操作溫度范圍(例如從0℃左右到70℃左右)內(nèi)的溫度變化導(dǎo)致波長偏移，該波長偏移與標(biāo)準(zhǔn)的精確度要求相比是不可接受的。因此，通常在溫度控制的環(huán)境下運行所提供的相位陣列型的復(fù)用/去復(fù)用器光學(xué)裝置。典型的，提供具有加熱元件的控制電路，用于將該裝置保持在高于最大額定操作溫度的一穩(wěn)定溫度。但是使用加熱元件以實現(xiàn)有源絕熱是不合需要的，因為它增加了裝置的總成本、尺寸和復(fù)雜性，減小了裝置的壽命，且消耗相當(dāng)多的能量。它通常還要求有源的靈敏的控制電路，其甚至依賴于裝置的實際水平/垂直取向而操作不同。還可使用珀耳帖(Peltier)冷卻器，但是它們面臨許多相同的不足。
在傳統(tǒng)的具有包括多個二氧化硅波導(dǎo)和二氧化硅包層的相位陣列光柵的波分復(fù)用器中，信道波長的變化作為溫度的函數(shù)主要依賴于作為溫度的函數(shù)的波導(dǎo)的有效折射率的正變化。折射率對二氧化硅基材料，在補償作為溫度的函數(shù)的折射率的正變化的工作中，已采用了具有作為溫度的函數(shù)的折射率的負(fù)變化的聚合物包層材料折射率。然而，這種配置的問題在于，隨著溫度的變化，纖芯和包層之間的折射率率差發(fā)生變化，并且，在最差的情況中，光不能被引導(dǎo)到波導(dǎo)中。結(jié)果，具有包括聚合物包層的相位陣列型光柵的光復(fù)用器/去復(fù)用器裝置會不適合在寬的周圍環(huán)境溫度范圍內(nèi)使用。
另一個建議的方案，用于保持在相位陣列中相鄰波導(dǎo)之間相對恒定的有效光程長度差，包括在相位陣列中或者在將該相位陣列與輸入或輸出光纖相耦合的板條形區(qū)域中，使聚合物在三角形或新月形溝槽中定位?？梢赃x擇聚合物，使得其具有有效折射率作為溫度的函數(shù)的負(fù)變化折射率，用于補償二氧化硅波導(dǎo)芯段的有效拆射率作為溫度的函數(shù)的正變化，從而抑制由于在預(yù)定操作溫度范圍內(nèi)操作溫度的變化而產(chǎn)生的信道波長的偏移?？梢詫⒃摼酆衔餃喜鄯殖梢粋€以上依次接收光能的溝槽，以減少穿過每個溝槽的自由空間傳播長度。
充填有聚合物的溝槽的使用能夠充分改進(jìn)絕熱效果。典型的被以這種方式絕熱的AWGs能夠?qū)崿F(xiàn)在典型的-5至+70℃的操作溫度范圍內(nèi)的小到0.03至0.05nm的中心信道波長的漂移。然而這還不夠好。該漂移將該裝置的適用范圍僅限于規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，僅限于具有大約100GHz或更高信道間隔的系統(tǒng)，該變化是能夠容忍的。它們不容易使用，例如，在可能結(jié)冰的溫度的氣候下的室外設(shè)備范疇內(nèi)，或在要求寬的通帶并且信道間隔小于約100GHz的系統(tǒng)中。
另一個主要的已經(jīng)被研究用于絕熱的技術(shù)類別實際上是機械的，例如包括用于使該裝置的元件相對于彼此主動定位的的溫度控制調(diào)節(jié)器的技術(shù)。這些可能包括，例如，根據(jù)周圍環(huán)境溫度相對于輸入板條形區(qū)域調(diào)整該輸入波導(dǎo)的橫向位置的雙金屬調(diào)節(jié)器。這些技術(shù)通常復(fù)雜而昂貴，因為該制造公差通常是非常嚴(yán)格的。
因此，急切需要在較寬溫度范圍上顯示出比以前已經(jīng)可能的或?qū)嵱玫暮玫枚嗟慕^熱的陣列波導(dǎo)光柵裝置，而不需要溫度受控制的環(huán)境，并且不需要復(fù)雜和嚴(yán)格的制造公差的機械方法。
在存在聚合物填充溝槽的絕熱方法中，二氧化硅基的波導(dǎo)材料和聚合物補償材料的折射率的變化都假定成與溫度成線性關(guān)系。典型地忽略任何更高階的影響。大部分表征材料的折射率隨溫度而改變的參考文獻(xiàn)，也僅僅描述當(dāng)在遠(yuǎn)離聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下測量時該二者之間為線性關(guān)系。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該關(guān)系通常不是精確的線性關(guān)系，并且這些變化相對于該線性關(guān)系的偏離是造成在這些裝置中觀察到不理想的絕熱的主要部分的原因。因此，在本發(fā)明的一個方面，概略地說明，材料的選擇至少考慮到材料的二階影響。結(jié)果，可以以好得多的精度，或者，例如在-30℃至+70℃的寬的多的溫度范圍內(nèi)，或者兩者同時，將聚合物補償材料識別為用于補償該波導(dǎo)材料內(nèi)有效光程長度的變化。
在本發(fā)明的另一方面，再次大致描述，將兩種不同的補償材料用于填充多個溝槽或插入到光路中的補償區(qū)域。這兩種補償材料的光程長度對溫度曲線被表征到至少二階特性，與基底波導(dǎo)材料一樣。將這兩種補償材料以適當(dāng)?shù)谋壤胖迷诓煌瑪?shù)量的溝槽中，以產(chǎn)生要求使整個光程長度的溫度依賴性對于一階和二階均精確地最小化的有效相互作用長度的比例。該技術(shù)可推廣至任何數(shù)目的不同補償材料，并抵消光程長度對任意階特性的溫度依賴性。
在本發(fā)明的一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有多個通帶和一個中心波長，并且該關(guān)于中心波長溫度的第一至Q階導(dǎo)數(shù)，在0℃至+70℃、-5℃至+70℃、-30℃至+70℃或-50℃至+90℃的溫度范圍內(nèi)實際上等于零，Q＞＝2。該設(shè)備可包括多個從輸入端口向輸出端口穿過多種材料傳輸光能的光路，每種材料具有與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性。可替換地或者附加地，該設(shè)備可包括與輸入和輸出端口的單獨一個光通信的波導(dǎo)，以及根據(jù)溫度相對于該陣列波導(dǎo)光柵調(diào)整波導(dǎo)物理位置的溫度補償元件。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有包括穿過一材料系統(tǒng)的多個光路，每個光路具有與相鄰光路相差一相應(yīng)有效光程長度差的相應(yīng)有效光程長度，并且相對于每個光程長度差的溫度的第一至的Q階導(dǎo)數(shù)，在0℃至+70℃、-5℃至+70℃、-30℃至+70℃或-50℃至+90℃的溫度范圍內(nèi)實際上等于零，Q＞＝2。該設(shè)備可包括多個從輸入端口向輸出端口穿過多種材料傳輸光能的光路，每種材料具有與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性。另外，每個第x種材料可具有沿每條光路的相應(yīng)的總物理傳播距離，它與沿相鄰的一條光路穿過該第x種材料的總物理傳播距離相差一相應(yīng)的物理路程長度差ΔLx，每個ΔLx相對于整個溫度范圍內(nèi)的溫度實際上保持為常數(shù)。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有穿過一材料系統(tǒng)的多個光路，每個光路至少穿過三種材料，每種材料具有與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性，每個光路具有與相鄰光路相差一相應(yīng)的有效光程長度差的相應(yīng)有效光程長度，并且相對于每個光程長度差的溫度的第一至第Q階導(dǎo)數(shù)，在0℃至+70℃、-5℃至+70℃、-30℃至+70℃或-50℃至+90℃的溫度范圍內(nèi)實際上等于零，Q＞＝1。在一實施例中，每個第x種材料沿每個光路具有相應(yīng)的總物理傳播距離，該相應(yīng)的總物理傳播距離與沿一相鄰光路的穿過該第x′種材料的總物理傳播距離相差一相應(yīng)的物理路程長度差ΔLx，每個ΔLx在整個該溫度范圍內(nèi)的溫度實際上保持為常數(shù)。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，一種陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備，具有多個從輸入到輸出的光路，包括一基底材料和至少一個補償區(qū)域，該至少一個補償區(qū)域總體上包括與光路相交的至少第一和第二補償材料，并具有相互不同且與基底材料不同的有效折射率溫度依賴性。在一實施例中，第一補償區(qū)域包括第一和第二補償材料。第一和第二補償材料可設(shè)置在第一補償區(qū)域的不同層中?？商鎿Q地，第一補償區(qū)域可進(jìn)一步包括第三補償材料，其中第一補償材料設(shè)置在該第一補償區(qū)域內(nèi)的下層，第二補償材料設(shè)置在第一補償區(qū)域內(nèi)的中間層，第三補償材料設(shè)置在第一補償區(qū)域內(nèi)的上層，并且其中第二補償材料具有高于第一和第三補償材料的折射率。陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備在基底材料中包括一下包層、疊加在下包層區(qū)域上的芯層和疊加在芯層上的上包層，并且第二補償材料實質(zhì)上可與基底材料中的芯層共面。
在另一實施例中，大致描述，補償區(qū)域之一可包括第一補償材料而不是第二補償材料。在該實施例中，至少一個補償區(qū)域可總體地包括多種包含第一和第二補償材料的補償材料，在該多種補償材料中的所有補償材料與光路相交，并具有相互不同的且與基底材料不同的有效折射率溫度依賴性，并且其中每個補償區(qū)域只包括一種補償材料。
在上述實施例中的任一個中，大致描述，第一補償材料可包括多種子材料的合成物，該合成物的有效折射率溫度依賴性為第一補償材料的有效折射率。該子材料可以分層以形成該合成物?？商鎿Q地，該第一種子材料可以與基底材料一樣，并且第二種子材料具有與基底材料和該合成物不同的有效折射率溫度依賴性。
在一實施例中，補償材料之一可進(jìn)一步補償基底材料的雙折射。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備具有多個個從輸入到輸出的光路，包括基底材料和多個補償區(qū)域，至少一個補償區(qū)域的第一子集包括第一補償材料，至少一個溝槽的第二子集包括第二補償材料，其中第一和第二補償材料具有相互不同且與基底材料不同的有效折射率溫度依賴性。在一實施例中，基底材料可包括二氧化硅，并且第一和第二補償材料可以是聚合物。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有多個穿過一材料系統(tǒng)的光路，每個光路穿過X種材料，并且其中n1,0n1,1···n1,X-1n2,0n2,1···n2,X-1·········nQ,0nQ,1···nQ,X-1·ΔL0ΔL1···ΔLX-1]]>實質(zhì)上等于零，其中每個nq，x為相對于每個第x種材料的有效折射率溫度的第q階導(dǎo)數(shù)，其中每個ΔLx為相鄰光路之間的材料x的全部物理路徑長度增加量，其中Q＞＝2或X＞＝3或者二者兼?zhèn)?。在一實施例中，X＞＝Q+1。在該X種材料由基底材料和X-1種補償材料組成的情況下，該設(shè)備可包括形成在基底材料中的至少X-1個補償區(qū)域，每個補償區(qū)域僅包括其中一種補償材料，該補償區(qū)域被分配給實際上與補償材料的全部物理路徑長度增加量ΔLx成比例的X-1種補償材料。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有穿過基底材料的多個光路，
該基底材料具有包含一種不同材料并與該光路相交的第一溝槽，，第一溝槽的上游和下游邊緣中的至少一個相對于垂直方向傾斜5至20度之間的傾斜角?；撞牧峡蛇M(jìn)一步具有與光路相交的第二溝槽，其中第一和第二溝槽的上游和下游邊緣都相對于垂直方向傾斜5至20度之間的傾斜角。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有穿過在其中形成有多個補償區(qū)域的基底材料的多個光路，該補償區(qū)域包括用于補償基底材料有效折射率的熱體賴性的補償材料，并且其中這些補償區(qū)域沿著光路以一間距連續(xù)設(shè)置，該間距從補償區(qū)域的最上游一個到補償區(qū)域的最下游一個線性變化。在一實施例中，單個光路將具有特殊波長的光能傳輸穿過該補償區(qū)域，從補償區(qū)域的最上游一個到補償區(qū)域的最下游一個的間距變化大約等于該特殊波長的M倍，其中M為整數(shù)并優(yōu)選為1。
在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有陣列波導(dǎo)光柵裝置，該裝置具有經(jīng)由陣列波導(dǎo)光柵與一輸入端口光通信中的一輸出端口，與輸入和輸出端口中的特定一個光通信的波導(dǎo)，以及用于根據(jù)下列函數(shù)對于每個kq的預(yù)定值以及整個-5℃至+70℃的溫度范圍，相對于該陣列波導(dǎo)光柵橫向調(diào)整波導(dǎo)的物理位置的溫度補償元件，y=Σq=0QkqTq,Q>=2.]]>在一實施例中，其中Q＝2，其中陣列波導(dǎo)光柵裝置近似在該全部溫度下具有折射率n＝n0+n1T+n2T2，k1與k2大致有這樣的關(guān)系k1k2=n1gn2g,]]>在本發(fā)明的另一方面，大致描述，光學(xué)設(shè)備具有陣列波導(dǎo)光柵裝置，包括經(jīng)由陣列波導(dǎo)光柵與輸入端口光通信的輸出端口，其中該設(shè)備具有包括一主通帶的多個通帶，該主通帶具有一中心波長，并且其中該中心波長在-50℃至+90℃溫度范圍上變化小于70pm。在一實施例中，該中心波長在-50℃至+90℃溫度范圍上變化不高于40pm。可替換地，該主通帶的中心波長在0℃至+70℃溫度范圍上變化小于20pm。在一實施例中，該中心波長在0℃至+70℃溫度范圍上變化不高于10pm。


本發(fā)明通過具體實施例并結(jié)合下列附圖進(jìn)行說明，其中圖1描繪了典型的用作波分去復(fù)用器的AWG的光譜響應(yīng)。
圖2是示出了在-5℃、+35℃和+75℃的環(huán)境溫度下在常規(guī)AWG的單個信道內(nèi)透射率的曲線圖。
圖3是對于無絕熱、一階絕熱和二階絕熱的AWG的中心波長的偏移對溫度的函數(shù)的代表性曲線圖。
圖4和4A描繪了具有本發(fā)明特征的AWG。
圖5和5A描繪了在圖4中板條形波導(dǎo)區(qū)域部分的不同實施例的截面圖。
圖6、7和8為三種不同材料的折射率與溫度的關(guān)系曲線。
圖9A-9F和10A-10D描繪了在圖4的AWG的輸入耦合區(qū)域內(nèi)的補償區(qū)域的不同排列。
圖10描繪了在圖4的AWG中的光路的光線近似(ray-approximations)。
圖11A-11H描繪了在AWG的補償區(qū)域內(nèi)的補償材料的不同排列。
圖12描繪了結(jié)合本發(fā)明多方面的光學(xué)設(shè)備的一部分。
具體實施例方式
以下的說明用于使得本領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并使用本發(fā)明，并結(jié)合上下文給出了具體實施例和要求保護的范圍。對所公開的實施例進(jìn)行的各種變形對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，并且這里所定義的普遍原理也可應(yīng)用到其它實施例和應(yīng)用中而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的這些實施例，而是使這里公開的原理和特征與最寬的范圍相一致。
圖1描繪了用作波分去復(fù)用器的典型AWG的光譜響應(yīng)。曲線圖描繪了在多個不同的輸出信道中的每一個處觀察到的透射率，所有這些全部疊加到一張曲線圖中。可替換地，該曲線圖描繪了用作波分復(fù)用器的該典型AWG光譜響應(yīng)，從多個不同輸入信道中的每個至公共輸出的透射率疊加到一張曲線圖中。每個透射率曲線具有在大約-5dB處達(dá)到峰值的一主瓣，并具有在信道間增加地改變的一中心頻率fc，并且相鄰信道中心頻率之間的間隔實質(zhì)上相等。在不同的AWG實施例中該中心頻率不需要相等地間隔。中心波長λc與中心頻率之間的關(guān)系為λc＝c/fc，其中c為光速。中心波長λc在這里被定義成透射率為對于平均偏振狀態(tài)下峰值透射率的一半處的兩個波長的平均值。
圖2為示出了在環(huán)境溫度為-5℃、+35℃和+75℃下，在常規(guī)AWG的單個信道中的透射率的曲線圖?？梢钥闯鲋行牟ㄩL隨著溫度的增加而增加。該中心波長隨溫度的變化對于每個信道近似相同，因此，對大多數(shù)AWG設(shè)計，對一個信道的中心波長的變化的分析就代表了該設(shè)計中的所有信道。對于此處討論的目的，中心信道在輸入和輸出中都使用。中心波長隨溫度的偏移在多路復(fù)用/解復(fù)用器應(yīng)用中是有問題的，因為輸入的光能沒有偏移。根據(jù)技術(shù)要求，對于給定的信道輸入光能的絕大部分集中在相應(yīng)AWG通帶的主瓣內(nèi)，從而通帶波長發(fā)生偏移，信道損失變得重要?？梢钥闯?，在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，例如0℃至70℃之間，損失是可以接受的，但是超出該范圍是不可接受的?？商鎿Q地，可以看出，在預(yù)定信道波長間隔(允許有較寬的通帶的AWG設(shè)計)之上該損失可能是可接受的，但是對于較窄的信道間隔(要求具有較窄通帶的AWG設(shè)計)是不可接受的。在濾波應(yīng)用中，在通帶的中心波長內(nèi)的偏移能導(dǎo)致合成信號超出技術(shù)要求，并且對下游的元件是不適當(dāng)?shù)摹?br> 圖3，曲線310，是中心波長偏移作為溫度的函數(shù)的典型曲線圖。該曲線圖用于典型的二氧化硅AWG，該二氧化硅AWG相對于9×10-6量級的溫度具有一階變化。雖然溫度極端值在圖3中看不到，但是中心波長在-5℃至+70℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)偏移了0.8nm。
對于AWG，中心波長λc由下式得到λC=neffΔLm]]>(式2)其中，neff為波導(dǎo)中的有效折射率，ΔL為陣列中相鄰波導(dǎo)之間的長度增加量，m為光柵的階數(shù)。中心波長的溫度依賴性源自neff和ΔL都隨溫度變化，雖然neff的溫度依賴性通常更為重要。實際上，如下所解釋的，ΔL的溫度依賴性能夠與neff的溫度依賴性結(jié)合在一起而不喪失太多的精確度。
為了改進(jìn)AWG的絕熱特性，常規(guī)技術(shù)包括在AWG的部分光路中替代不同材料。尤其是，常規(guī)技術(shù)包括穿過玻璃蝕刻溝槽并用聚合物進(jìn)行填充。該溝槽限定了聚合物材料的“區(qū)域”，其如在此處所使用的那樣涉及從波導(dǎo)平面上方觀察的二維區(qū)域。聚合物通常選擇具有對于溫度沿與玻璃相反方向變化的有效折射率，雖然如果進(jìn)行如下所述的其他調(diào)節(jié)的話，也可以使用具有與玻璃相同的方向變化的有效折射率的聚合物來替代。溫度依賴性被僅僅以線性方式建模(也就是，一階)，從而能夠?qū)⒔酉聛淼姆治鲇脕磉x擇或制造一目標(biāo)聚合物。尤其是，在已經(jīng)通過刻蝕穿過玻璃波導(dǎo)的溝槽并用聚合物填充該溝槽而進(jìn)行了常規(guī)的絕熱處理的AWG中，中心波長由下式得到λc=ngΔLg+npΔLpm]]>(式3)其中ng和np分別為玻璃和聚合物的有效折射率，ΔLg為在縱向地接收光能的玻璃段的整個物理長度上相鄰波導(dǎo)之間的增加量，并且ΔLp為在縱向接收光能的聚合物段的整個物理長度上相鄰波導(dǎo)之間的增加量。然后將參數(shù)ng和np建模成具有隨溫度的線性變化，即ng＝n0g+n1gT和np＝n0p+n1pT(式4)其中 (式5)因此，每種材料被表征為兩個折射率項，0階項n0x和一階項n1x。
對于絕熱特性，λc為常數(shù)，也就是dλcdT=0]]>(式6)所以假定dΔLgdT=dΔLpdT=0]]>(式7)因為ΔL的貢獻(xiàn)是可忽略不計的或因為它們的貢獻(xiàn)已經(jīng)被并入到有效折射率中，于是絕熱特性要求dngdTΔLg+dnpdTΔLp=0]]>(式8)代入ng和np得到n1gΔLg+n1pΔLp＝0(式9)或ΔLpΔLg=-n1pn1g]]>(式10)從而，如果選擇關(guān)于溫度線性化的變量為n1p的特殊聚合物，那么，常規(guī)技術(shù)將得到比例ΔLpΔLg,]]>該比例是陣列中相鄰波導(dǎo)之間的全部聚合物物理長度增加量對陣列中相鄰波導(dǎo)之間的全部玻璃物理長度增加量的比例。然后可以將該比例用來確定光路中全部所要求的聚合物長度，然后根據(jù)其它原理可以將其分為多個填有聚合物的溝槽。根據(jù)該線性絕熱技術(shù)制得的AWG能顯示出類似如圖3中曲線320的中心波長溫度的依賴性?？梢钥闯鲞@樣的裝置可具有比曲線310所代表的的方案更好的絕熱特性，但是它在-5℃至+70℃溫度范圍上還有大約40pm的變化。
注意到，在T＝0℃時在(式4)中計算了ng和np的溫度依賴性的線性泰勒展開式，但任何其它計算溫度T0可被選擇替代。嚴(yán)格地說，該泰勒展開式僅僅在或接近一特殊溫度時是有效的。理想地，n0x和n1x的值將通過僅僅使數(shù)據(jù)擬合為一直線來確定，僅僅取非常靠近所選擇的溫度處的數(shù)據(jù)，在該所選擇的溫度處，要求最優(yōu)化的溫度穩(wěn)定性。典型地，這或者是所要求的操作溫度范圍的中心，或者可能是期望的最普通的操作溫度。然而，僅僅依賴于與單一溫度非常接近的數(shù)據(jù)，設(shè)計者可能錯過從線性向所期望的操作溫度范圍的端點的很大偏離。實際上，因此，設(shè)計者可能使用在整個期望的操作溫度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)以決定n0x和n1x的值。這樣一種策略能改進(jìn)最后得到的裝置對操作溫度范圍端點的溫度穩(wěn)定性，但是僅僅是以在操作溫度范圍的中心處的溫度穩(wěn)定性為代價的。其他設(shè)計者在中心穩(wěn)定性和對操作溫度范圍端點的穩(wěn)定性之間的折衷中可能選擇其它平衡。
但是，可以看出，這些策略的需求原因在于不論是聚合物還是玻璃的有效折射率關(guān)于溫度的變化都不是完全線性的。如果這些數(shù)值被建模成二次方程(也就是，如果考慮二階項)，那么ng＝n0g+n1gT+n2gT2和np＝n0p+n1pT+n2pT2(式11)其中 (式12)因此我們可寫成dngdT=n1g+2Tn2g]]>(式13)和dnpdT=n1p+2Tn2p]]>(式14)將這些代入(式8)用于絕熱特性得到(n1g+2Tn2g)ΔLg+(n1p+2Tn2p)ΔLp＝0(式15)或者按照T重新排列并合并，2T(ΔLgn2g+ΔLpn2p)+(ΔLgn1g+ΔLpn1p)＝0(式16)這樣，一旦考慮到玻璃和聚合物折射率的二階依賴性，可以看出實際的絕熱特性不僅僅要求ΔLgn1g+ΔLpn1p＝0(式17)
還要求ΔLgn2g+ΔLpn2p＝0(式18)二階多項式，單種聚合物圖4說明了一種AWG波分復(fù)用器/去復(fù)用器，其通過計入了二階溫度依賴性來進(jìn)行絕熱。它包括一基底或“底板(die)”(未示出)，其上設(shè)置有由僅僅示出了一部分的信道波導(dǎo)418的陣列組成的陣列波導(dǎo)光柵415(也可稱作棱鏡區(qū)域)，其在兩個平面型(板條形)波導(dǎo)耦合區(qū)域413和414之間光學(xué)耦合。至少輸入波導(dǎo)412光學(xué)耦合到第一板條形波導(dǎo)413的輸入面419上用于輸入復(fù)用的輸入信號，多個輸出波導(dǎo)410(僅部分示出)光學(xué)耦合到第二板條形波導(dǎo)414的輸出面420用于輸出向該底板的表面輸出的各個波長信道輸出。在一實施例中，輸入和輸出波導(dǎo)412和410優(yōu)選集成到與光柵415和兩個耦合區(qū)域413和414相同的底板上，但是在另一實施例中，它們可以是例如，光纖，或者透鏡系統(tǒng)。板條形波導(dǎo)區(qū)域413和414的幾何形狀都是熟知的，并且例如在美國專利No.6,768,842中描述的，在這里引用作參考。圖4中的裝置通過簡單地翻轉(zhuǎn)光能傳播方向可以被用作多路復(fù)用器而不是多路去復(fù)用器。同樣，在一些實施例中，與第一板條形波導(dǎo)413的輸入表面419光通信的的波導(dǎo)412由沿著面419不同位置的多個波導(dǎo)取代。典型地，將“微調(diào)(vernier)”校正程序用來確定這些波導(dǎo)中的一個，它沿面419的位置提供最佳的性能，并且其僅僅是用于普通通常操作的波導(dǎo)。在該實施例中，圖4中的波導(dǎo)412可被看作從多個波導(dǎo)中挑選出的一個。在又一實施例中，該裝置用作同時使用多路輸入和多路輸出的路由器。
在眾所周知的方式中，在陣列415的相鄰信道波導(dǎo)418之間存在一恒定的預(yù)定有效光程長度差(典型地波導(dǎo)的物理長度從一個波導(dǎo)到下一個增加相同的增加量)，其決定了在第二板條形耦合器414的輸出面420上的不同波長輸出信道的位置。對其它AWG也是典型地，陣列中波導(dǎo)的物理長度從一個波導(dǎo)到下一個波導(dǎo)增加相同量的增加量，ΔLg。
光能從輸入波導(dǎo)412沿著多個光路向陣列波導(dǎo)418傳播，每個從輸入波導(dǎo)穿過板條形區(qū)域413到達(dá)各自陣列波導(dǎo)418。在通常情況下，這些光路受到諸如聚合物-玻璃的交界面處衍射、反射和折射效應(yīng)一類因素的影響，其可能并不完全沿直線光線設(shè)置。因此，如這里所使用的，術(shù)語“光路”將意味著包含對有效光路長度產(chǎn)生任何明顯程度的影響的所有特征。但是在許多配置中，光線近似光路對于這里的目的足夠精確。
橫切這些光路的是多個橫向取向的溝槽(也稱作凹槽、溝道或更普遍的，補償區(qū)域)430，其中充填有具有其溫度依賴性已知到二階(即，n0p、n1p和n2p是已知的)的有效折射率的聚合物。使溝槽430成形并制定尺寸，使得能量沿穿過該板條形區(qū)域413的光路穿過其傳輸?shù)木酆衔锏目偽锢黹L度增加量，ΔLp，同時滿足上述(式17)和(式18)。
圖5為板條形波導(dǎo)區(qū)域413沿著圖4中的5-5’線的部分截面圖。板條形波導(dǎo)包括用作下包層的基底510、疊加在該下包層510上并具有提高了的折射率的芯層512、和具有比芯層512低的折射率的上包層514?？梢钥闯?，溝槽430穿過上包層514和芯層512，并進(jìn)入下包層510。在一實施例中，溝槽430的前端和后端邊緣(上游和下游邊緣，依據(jù)光能的流動方向)以一小角度θ傾斜，以有助于使回反射率最小化。θ優(yōu)選在5和20度之間，并可以是正的或負(fù)的。在另一實施例中，前端和后端邊緣實質(zhì)上是垂直的(即，θ＝0)。
還可以看出，所有溝槽被以一常數(shù)間距x0設(shè)置。該間距x0被選擇以有效地使損耗再耦合，并大約為55μm。常數(shù)間距可引入某些反射光柵特性，然而，在一實施例中，該間距在連續(xù)相鄰溝槽之間稍微變化偏離x0。反射光柵特性對于間距的規(guī)律是高靈敏的，然而再耦合效率不是。所以，稍微地偏離常數(shù)間距能夠防止反射光柵特性而不使再耦合效果嚴(yán)重地劣化。在一實施例中，相對于常數(shù)間距的偏離是隨機的。在一更優(yōu)選的實施例中，如圖5A所示，相對于常數(shù)間距的偏離是線性的，具有兩個最上游溝槽之間的最小間距和兩個最下游溝槽之間的最大間距。該間距總體改變?yōu)樵贏WG的中心信道內(nèi)穿過該溝槽光柵的光的實際波長的大約M倍，其中M為整數(shù)并優(yōu)選等于1。穿過該溝槽光柵的實際波長是真空中中心信道的波長，除以穿過構(gòu)成該溝槽光柵的材料的光所經(jīng)歷的平均折射率。
圖4的結(jié)構(gòu)利用公知的技術(shù)來制造。在公知的方式中，傳輸波導(dǎo)和板條形波導(dǎo)被形成(例如使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù))為硅基底(可在沉積波導(dǎo)芯之前在該基底上提供氧化物層和/或包層)上的“芯”，并被覆蓋在包層材料內(nèi)，其可通過例如火焰水解沉積(FHD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)的制造步驟完成。然后光刻蝕刻溝槽430，并利用體積控制注射分配器來施加聚合物補償材料，并接著根據(jù)聚合物來選擇熱固化或使用光化輻射進(jìn)行固化?？商鎿Q地，材料可通過噴涂或任何其它方法沉積到溝槽430中。
注意到在其它實施例中，不是所有充填有聚合物的溝槽都需要定位在第一板條形波導(dǎo)區(qū)域。在另一實施例中，它們被定位在波導(dǎo)陣列區(qū)域415中，或第二板條形區(qū)域414中，或跨越波導(dǎo)陣列415和板條413或414中的一個之間的邊界的區(qū)域中。在又一實施例中，在任何所需要的組合中它們被分割在所有這些區(qū)域中。
上述關(guān)于圖4、5和5A的描述假定溝槽填充材料為聚合物且光路的非溝槽段為二氧化硅。在其它實施例中，可以采用材料的不同組合。例如，由于大多數(shù)聚合物的折射率和二氧化硅的折射率趨向于與溫度相反的方向變化，圖4繪制了溝槽的頂部比底部寬的溝槽。即，與占據(jù)具有較短二氧化硅段的光路相比，聚合物填充占據(jù)具有較長二氧化硅段的較長段光路。這正好符合(方程式17)。根據(jù)該方程，如果n1g和n1p的符號相反，那么只有在相鄰光路中聚合物填充段的物理長度增加量與相鄰光路中二氧化硅段的物理長度增加量符號相同時-也就是，只有在溝槽隨著其前進(jìn)穿過陣列415向著較長波導(dǎo)418伸長時，方程才能被滿足。在另一實施例中，如圖4A所示，溝槽可充填有拆射率隨溫度的變化與基底材料折射率隨溫度的變化符號相同的材料。在該情況下，溝槽430A在底部比在頂部寬，因為(式17)要求補償材料從一個光路到下一個光路的物理長度增加量，以及基底材料從一個光路到下一個光路的物理長度增加量，具有相反的符號。許多其它的變型是顯而易見的，其中一些將在下文中進(jìn)一步論述。
二階絕熱技術(shù)需要關(guān)于玻璃和聚合物材料的有效折射率的溫度依賴性的一階和二階項的知識。這些通常并不認(rèn)為是在文獻(xiàn)中可得到的。然而，它們能夠通過在多個不同的溫度下測量材料的有效折射率利用公知的曲線擬合技術(shù)將該數(shù)據(jù)代入二次方程用實驗的方法來確定。要求至少將三個數(shù)值點代入二次方程，但優(yōu)選使用遠(yuǎn)多于三個的數(shù)據(jù)點來開定最穩(wěn)定的合成的裝置。
高階多項式，單種聚合物上述技術(shù)可擴展到考慮有效折射率的更高階溫度依賴性，直到任意Q階。這樣做，上述方程可這樣推廣得到 (式19)其中 (式20)
從而可以寫成 (式21)代入(式8)用于絕熱特性得到ΔLgΣq=1QqnqgT(q-1)+ΔLpΣq=1QqnqpT(q-1)=0]]>(式22)按照T的階數(shù)重新整理并合并，得到Σq=1Qq(ΔLgnqg+ΔLpnqp)T(q-1)=0]]>(式23)滿足該方程的條件是ΔLgnqg+ΔLpnqp＝0，所有q都在1和Q之間，包含1和Q。(式24)因此，在另一實施例中，將AWG以與圖4所示相同的方式構(gòu)造，除了選擇聚合物、玻璃和ΔL使所有Q滿足(式24)的要求。
計入機械溫度依賴性上述技術(shù)可進(jìn)一步延伸至不僅僅計入有效折射率的溫度依賴性，而且還計入ΔL的溫度依賴性。在該情況下絕熱特性要求dngdTΔLg+dnpdTΔLp+ngαΔLgT+npαΔLpT=0]]>(式25)其中α為芯片的機械熱膨脹系數(shù)。然而，由于在典型實施例中ΔLp比ΔLg小得多，可以將機械膨脹項并入n1g而不損失太多的精確度。此外，如果n1g以經(jīng)驗決定而不是從文獻(xiàn)中獲得，那么n1g決定的值本來就包括機械膨脹項的影響。優(yōu)選使用從與最終產(chǎn)品相同方式封裝的芯片獲得的數(shù)據(jù)來作出經(jīng)驗的確定，從而如果該最終產(chǎn)品的封裝將影響由芯片顯示出的機械膨脹，那么那些影響在測試時也存在芯片中。可替換地，基于經(jīng)驗的確定能夠利用從未封裝的芯片獲得的數(shù)據(jù)來進(jìn)行，依從層(compliant layer)將芯片從最終產(chǎn)品封裝中分離。
附加的精確度可通過以適當(dāng)?shù)谋壤龑C械膨脹項并入到下列一階和二階折射率項中獲得n1g＝n′1g+n0gαn2g＝n′2g+n1gαn1p＝n′1p+n0pαn2p＝n′2p+n1pα這容易推廣到更高階多項式模型和一種以上的聚合物，其在其它地方有論述。
二階多項式，兩種聚合物回到二次項絕熱實施例，其可能難于確定滿足方程(式17)和(式18)的聚合物，并且還滿足其它所有商業(yè)制造的要求，例如低插入損耗、耐潮濕性、耐光性和長期可靠性。盡管文獻(xiàn)報告了某些聚合物在它們的高于和低于玻璃轉(zhuǎn)換溫度的準(zhǔn)線性區(qū)域內(nèi)的折射率溫度依賴性，并且盡管用于制造具有期望的一階溫度依賴性項的聚合物的機理已知，但是文獻(xiàn)很少報告這些聚合物的二階或非線性依賴性項。
在本發(fā)明的一個方面，將兩種不同的聚合物串聯(lián)用于使組合的有效折射率絕熱。用下標(biāo)‘A’和‘B’表示這兩種聚合物，上述(式3)和(式8)可重寫成λc=ngΔLg+nAΔLA+nBΔLBm]]>(式26)dngdTΔLg+dnAdTΔLA+dnBdTΔLB=0]]>(式27)代入前式得到(n1g+2Tn2g)ΔLg+(n1A+2Tn2A)ΔLA+(n1B+2Tn2B)ΔLB＝0并按照T重新排列和合并項，2T(ΔLgn2g+ΔLAn2A+ΔLBn2B)+(ΔLgn1g+ΔLAn1A+ΔLBn1B)＝0因此，對于使用兩種聚合物并考慮了三種材料(玻璃和聚合物A和B)的有效折射率的二階依賴性的溫度依賴性，這樣選擇玻璃、聚合物和ΔL就足夠了ΔLgn1g+ΔLAn1A+ΔLBn1B＝0(式28)和ΔLgn2g+ΔLAn2A+ΔLBn2B＝0(式29)對于玻璃和兩種聚合物，n1和n2的值可用先前描述的實驗方法決定，這樣就剩下僅僅決定適當(dāng)?shù)奈锢黹L度增加量。方程(式28)和(式29)僅僅提供了與三個未知長度ΔLg，ΔLA和ΔLB有關(guān)聯(lián)的兩個方程，因此，僅推導(dǎo)得到下列相對長度ΔLAΔLB=(n1B·n2gn1g-n2B)(n1A·n2gn1g-n2A)]]>(式30)和Lg=-ΔLA·(n1A)(n1g)-ΔLB·(n1B)(n1g)]]>(式31)連同(式26)(T＝0處)，其限定了這三個ΔL以便得到期望的中心波長，三個方程使該三個ΔL相互關(guān)聯(lián)。以矩陣形式，這三個方程可表示成n0gn0An0Bn1gn1An1Bn2gn2An2BΔLgΔLAΔLB=mλc00]]>(式32)從而，現(xiàn)在能唯一地計算出這三個ΔL為ΔLgΔLAΔLB=n0gn0An0Bn1gn1An1Bn2gn2An2B-1mλc00]]>(式33)包括兩種聚合物的AWG實施例具有與圖4和5相同的結(jié)構(gòu)，但是某些溝槽430用聚合物A填充，剩余的用聚合物B填充。在一實施例中，將聚硅氧烷(硅烷彈性體)用作聚合物A和B。聚硅氧烷A被設(shè)計用來與玻璃的折射率匹配，而聚硅氧烷B被設(shè)計成比采用聚合物A具有更高的玻璃轉(zhuǎn)換溫度。在一個實施例中，聚合物A溝槽可全部聚集在一起，但在另一實施例中，它們散布在聚合物B溝槽之間。不同的溝槽分配有一種或另一種聚合物，使得當(dāng)從具有較短波導(dǎo)418的路徑向具有較長波導(dǎo)418的路徑橫向穿過光路移動時，光能遭遇的聚合物A的總物理路徑長度從每個路徑到下一個相鄰的路徑增加ΔLA的增加量，光能遭遇的聚合物B的總物理路徑長度從每個路徑到下一個相鄰的路徑增加ΔLB的增加量，并且光能遭遇的無溝槽段的總物理路徑長度從每個路徑到下一個相鄰的路徑增加ΔLg的增加量，其中ΔLA，ΔLB和ΔLg由上述(式33)給出。
作為一實施例，假定要求使中心波長溫度依賴性為如圖3中的曲線310所示的AWG二次絕熱。假定該AWG主要是二氧化硅，并且該二氧化硅材料的折射率在整個以及超過所要求的-30℃至+70℃的操作溫度范圍的多個溫度下測得。然后將該數(shù)據(jù)擬合T的二次函數(shù)，得到零階、一階和二階系數(shù)如下

圖6為具有由引入的上述系數(shù)定義的二次多項式函數(shù)的實驗數(shù)據(jù)的曲線圖。可以看出，對二階多項式的擬合看上去非常好，比用相同數(shù)據(jù)擬合的直線要好。還可以看出，折射率隨溫度正變化(n1g＞0)，并且當(dāng)從上面看時該曲線有一點凹(n2g＞0)。
為了使該AWG絕熱，選擇兩種聚合物，聚合物A和聚合物B。聚合物A的折射率在整個以及超過所要求的-30℃至+70℃的操作溫度范圍的多個溫度處測得，并將該數(shù)據(jù)擬合T的另一二次函數(shù)。得到零階、一階和二階系數(shù)如下

圖7為具有由引入的上述系數(shù)定義的二次多項式函數(shù)的聚合物A的實驗數(shù)據(jù)的曲線圖。還可以看出，聚合物A的折射率隨溫度負(fù)變化(n1A＜0)，并且當(dāng)從上面看時該曲線有一點凹。
類似的，聚合物B的折射率在整個以及超過所要求的-30℃至+70℃的操作溫度范圍的多個溫度處測得，并將該數(shù)據(jù)擬合T的又一二次函數(shù)一致。得到零階、一階和二階系數(shù)如下

圖8為具有由引入的上述系數(shù)定義的二次多項式函數(shù)的聚合物B的實驗數(shù)據(jù)的曲線圖。還可以看出，該聚合物B的折射率也隨溫度負(fù)變化(n1B＜0)，并且當(dāng)從上面看時該曲線有一點凸。
可以從圖7和8的曲線看出，如果提供足夠的光程百分比，兩種聚合物可能抵消圖6中的二氧化硅溫度依賴性的線性項，因為圖7和8中的曲線沿與圖6中的相反方向傾斜。還可從圖7和8中曲線的凹度/凸度看出，同樣如果提供合適的比例，兩種聚合物也可能具有使二氧化硅的溫度依賴性平滑的效果。事實上，這是真實的。利用上述為二氧化硅和兩種聚合物材料確定的一階和二階系數(shù)，并利用上述(式33)，計算ΔL如下

利用上述三種材料并基于上述ΔL制造的AWG顯示出如圖3中曲線330所示的中心波長溫度依賴性?？梢钥闯?，該裝置顯示出在擴大了的溫度范圍-30℃至+70℃內(nèi)，作為溫度的函數(shù)的中心波長的偏移變化不大于大約5pm，顯示出在傳統(tǒng)的線性絕熱裝置上的巨大改進(jìn)。因此，可以看出，使用兩種聚合物并且以這里所述的二階為特征的AWG，能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)裝置大得多的溫度范圍，或密集得多的捆扎信道，或二者兼?zhèn)洹?br> ΔLA與ΔLB的比由(式30)給出。如果使溝槽成型并確定尺寸，使得沿著每個給定的光路，在該給定光路內(nèi)，所有溝槽具有相同的聚合物傳播距離，那么，(式30)中的距離比ΔLA/ΔLB減化為僅僅是充填有聚合物A的溝槽數(shù)量與充填有聚合物B的溝槽數(shù)量之比。在上述實例中，所期望的ΔLA與ΔLB之比可通過利用大約23個充填有聚合物A的溝槽和25個充填有聚合物B的溝槽實現(xiàn)。
任意階多項式，任意種材料上述分析可被擴展至任意Q階的建模多項式，并擴展至具有任意X種不同材料的材料體系。通過對每種材料x寫出下式來實現(xiàn)nx=Σq=0Qnq,xTq]]>(式34)其中nq,x=dqnxdT|T=0]]>(式35)并將中心波長方程改寫為mλc＝n0ΔL0+n1ΔL1+...+nx-1ΔLx-1(式36)(其中在該方程中n和ΔL的下標(biāo)表示材料號)。然后可以將絕熱方程重寫成下列矩陣形式N·ΔL＝0 (式37)其中N=n1,0n1,1···n1,X-1n2,0n2,1···n2,X-1·········nQ,0nQ,1···nQ,X-1]]>(式38)ΔL=ΔL0ΔL1···ΔLX-1]]>(式39)并且ΔLx為相鄰光路之間材料x的總物理路徑長度增加量。在這些論述中，X種材料之一為“基底”材料，其構(gòu)成裝置的塊體，并在其中形成有補償區(qū)域。剩下的X-1種材料有時在這里稱作“補償材料”，因為它們用于補償基底材料的絕熱性。在上面描述的這些實施例中，基底材料為二氧化硅，補償材料全部為聚合物。由于在其它實施例中是不需要的，因此在這里不對聚合物材料和玻璃材料進(jìn)行區(qū)分。
在X未知時，方程(式36)與(式37)結(jié)合得到Q+1個方程系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中材料X的數(shù)量值大于用于對該材料建模的多項式的最高階項Q時，其具有唯一的解。因此，如果期望使用Q階多項式對該材料進(jìn)行建模，那么如果將Q+1種不同材料用在該材料系統(tǒng)中，則能夠唯一計算得出ΔL的值。
如果在材料系統(tǒng)中使用X＝Q種材料，那么只有在det(N)＝0(即(式38)中的矩陣N的行之一是其它行的線性組合)時，(式37)才有解。例如，對于折射率溫度依賴性的二階模型(Q＝2)，僅僅使用兩種材料(X＝2)(例如，一種二氧化硅和和一種聚合物)，那么(式37)要求n1pn2p=n1gn2g]]>(式40)根據(jù)這些參數(shù)值，可設(shè)計一滿足(式40)的聚合物以產(chǎn)生具有中心波長對溫度的關(guān)系實質(zhì)上平坦(對于二階)的單種聚合物AWG。
如果在材料系統(tǒng)中使用X＜Q種材料，那么(式37)要求(式38)中的矩陣N中的具有第一下標(biāo)比q＝X-1大的所有行是第一X-1行的線性組合。這在系數(shù)之間的關(guān)系上設(shè)置了額外的限制。
因此，在(X＝Q和X＜Q)的情況下，除對于不同材料指定了物理路徑長度增加量之間的相互關(guān)系之外，絕熱方程還確定了不同材料的折射率溫度依賴性的泰勒展開的系數(shù)之間的相互關(guān)系。當(dāng)不必要排除一個解時，附加的規(guī)定會使?jié)M意的材料的鑒別變得相當(dāng)復(fù)雜。
然而，盡管沒有發(fā)現(xiàn)符合泰勒展開系數(shù)關(guān)系的材料，但是還可以通過選擇ΔL值較大地改進(jìn)得到的裝置的絕熱，以在關(guān)鍵的溫度范圍上優(yōu)化中心波長的誤差。可以將數(shù)值誤差最小化分析用于該目的，其找出在關(guān)鍵溫度范圍上在(式36)中使λc的變化最小化的向量ΔL＝(ΔL0，ΔL1，...，ΔLx-1)T。該課題上的許多變化是可能的，例如給實驗數(shù)據(jù)加權(quán)，以對全部的關(guān)鍵溫度范圍上的一段產(chǎn)生更大的影響。
如果可使用多于Q+1(即，X＞Q+1)種材料，那么多個解是可能的，并且可以根據(jù)其它標(biāo)準(zhǔn)來選擇其中一個。
應(yīng)當(dāng)理解，上述關(guān)于中心波長的(式36)和在更普遍情況下的關(guān)于絕熱特性狀態(tài)的(式37)形成了對于特殊數(shù)量的材料和多項式折射率模型的特殊階數(shù)的所有其他方程。如同這里使用的，只要這里的方程推廣到一特殊的數(shù)值參數(shù)，那么就意味著該方程表示對于該參數(shù)的每個值的肯定的教導(dǎo)。例如，由于(式36和37)推廣到參數(shù)Q和X，因此這些方程就意味著表示對于每個Q和X值的組合的方程的肯定的教導(dǎo)。
非多項式函數(shù)類型建模在上述的大部分描述中，假設(shè)用于對不同材料的非線性折射率溫度依賴性建模的該函數(shù)類型是多項式。然而，還有可能出現(xiàn)一種或多種材料不能簡單的用多項式表示，或者可能要求非常高階的多項式來足夠精確地建模，或者僅僅可能要求比提供的補償材料數(shù)量更高階的多項式(X＜Q+1)。這些情況可能會導(dǎo)致，例如，對于聚合物顯示出在所期望的操作溫度范圍內(nèi)圍繞某一溫度附近折射率相對急劇的變化。具有在期望的操作溫度范圍內(nèi)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的聚合物可經(jīng)常顯示出這樣的急劇變化，并可能受益于利用非多項式函數(shù)模型建模。在這些情況中，使用三種(或更多種)材料系統(tǒng)以使波長誤差在整個該溫度范圍內(nèi)最小化同樣是有益的。
至少提供兩種方法來實現(xiàn)它。首先，如果對于一種或多種材料經(jīng)驗獲得的折射率溫度依賴性數(shù)據(jù)與一個或多個非多項式函數(shù)類型吻合得很好，那么它還可能通過將該非多項式函數(shù)類型代入恰當(dāng)?shù)慕^熱方程(式8，23，27或37)中來得到近似形式的ΔL的解。如果該函數(shù)類型排除代數(shù)近似形式的解，或?qū)τ谝环N或多種材料的折射率溫度依賴性不存在預(yù)定函數(shù)類型的解，那么可以將傳統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化程序用來得到ΔL的最優(yōu)絕熱數(shù)值解。在兩種情況下，也可能通過將非線性函數(shù)類型用于一種或多種材料的折射率溫度依賴性的建模，或利用至少三種材料，或二者兼?zhèn)?，在較寬溫度范圍的絕熱中獲得重要的改進(jìn)。
溝槽類型和尺寸的考慮圖4中所示溝槽430均以彎曲的三角形顯示，這些三角形越靠近圖的底部越窄(占據(jù)光路中較短的縱向段)，越靠近圖的頂部越寬(占據(jù)光路中較長的縱向段)。在該形狀基礎(chǔ)上的許多變形是可能的。已經(jīng)討論了一種變型，即，在補償材料的折射率隨溫度變化與基底材料折射率隨溫度變化方向相同的情況下，可以使該溝槽翻轉(zhuǎn)，將三角形的較窄端朝向圖中的頂端，較寬的一端靠近底部。在另一變型中，在使用兩種不同的補償材料，這兩種材料的折射率隨溫度彼此沿相反的方向變化的一實施例中，分配給第一補償材料的溝槽可以如圖4所示取向，而可以使分配給第二補償材料的溝槽翻轉(zhuǎn)。對于特殊材料的溝槽取向(所有沿著光路的溝槽的集合)依賴于特殊材料的ΔL的符號由于ΔL把物理路徑長度描繪成從圖4中AWG的底部向頂部前進(jìn)的增加量，因此特殊材料的負(fù)的ΔL要求溝槽這樣定向，使得底部附近比頂部附近寬。
至少兩種原理指導(dǎo)可能的許多變型第一，在插入到光路中的全部材料的集合中，在相鄰光路之間沿著光路的縱向方向上相遇的每種材料的長度的增加量實質(zhì)上應(yīng)當(dāng)?shù)扔跒樯鲜霾牧嫌嬎愠龅摩；第二，應(yīng)當(dāng)使該溝槽的上游和下游邊緣成形并取向，使對光能的折射、反射和衍射影響最小化。前述的原理可通過為每種材料形成單獨三角形溝槽來滿足。假定該補償材料不提供如溝槽區(qū)域413的剩余部分那樣的平面波導(dǎo)，然而單個溝槽可容許太多的光以致不能垂直地選出波導(dǎo)。通過將該三角形分成多重溝槽，每個溝槽可更窄。更重要的，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇該多重溝槽之間的距離時，由于溝槽中的衍射引起的一些損耗被作為導(dǎo)引的光相長性地再次耦合到后續(xù)的溝槽的波導(dǎo)下游中。
圖9A-9F描繪了許多可在不同的實施例中使用的不同的溝槽構(gòu)造。在圖9A中，聚合物A和B被并排沉積在一單個三角形溝槽中。在圖9B中，每種聚合物A和B分配兩個溝槽。該溝槽這樣排列以便輸入光能在到達(dá)任何聚合物B溝槽之前穿過所有聚合物A溝槽。在圖9C中，聚合物A和B被并排沉積在一單獨三角形溝槽中，第三種聚合物，聚合物C被沉積在一單獨的溝槽中。聚合物A/B三角形和聚合物C三角形取向相反。在圖9D中，聚合物A和B被沉積在兩個獨立的取向相反的三角形溝槽中。在圖9E中，每種聚合物A和B分配兩個溝槽，其中聚合物B溝槽插入在聚合物A溝槽之間。圖9F強調(diào)了選擇廣泛的變化形狀的自由度，用于充填一特殊材料，只要在該材料的整個區(qū)域的集合內(nèi)滿足對于該特殊材料所確定的物理路徑長度增加量ΔL。在該圖中，聚合物A的整體三角形被以任意的分段邊界分成三個獨立的區(qū)域910、912和914；但是這三個區(qū)域的集合仍然滿足物理路徑長度的增加量ΔLA。許多其它的變型是可能的。
為了便于討論，圖9A-9F的繪制將溝槽描繪為三角形。然而，可以理解的是，只有當(dāng)光路相互平行時，嚴(yán)格的三角形補償區(qū)域才能提供在不同的光路上的常數(shù)ΔLx。圖10示出了對于光路中的幾條，穿過圖4中AWG的板條區(qū)域413的光線近似(虛線1010)，可以看出，光從輸入波導(dǎo)412的入口點向板條413的弧形輸出表面呈放射狀傳播，而不是平行的傳播。為了為每個溝槽提供一穿過不同光路的常數(shù)ΔLx，可使用彎曲的三角形溝槽形狀。
圖10A示出了這樣一種配置。該圖示出三個溝槽，每個具有彎曲的三角形形狀，以便不同的光路的光線近似經(jīng)歷穿過每個溝槽的恒定物理路徑長度增加量。每個溝槽的前邊緣(例如，溝槽1012的邊緣1018)形成為具有從輸入波導(dǎo)412的入口點沿一個橫向方向稍微偏移的中心點的弧形，每個溝槽的后邊緣(例如，溝槽1012的邊緣1020)形成為具有從輸入波導(dǎo)412的入口點沿另一橫向方向稍微偏移的中心點的另一弧形。圖10A中示出了三條光線近似路徑1022、1024和1026。圖10A中大致同心的溝槽排列具有這樣的問題，從溝槽邊緣反射回的光能將在輸入波導(dǎo)412的入口點處再次大致地聚焦并回到波導(dǎo)412。如圖5所示的傾斜溝槽邊緣可緩解該問題?？商鎿Q地或附加的，該溝槽可如圖10A所示形成為同心，但具有從波導(dǎo)412的入口點偏移的中心點。在該情況下，反射的光能將聚焦在另一點1028，遠(yuǎn)離波導(dǎo)412。注意到，在圖10B所示排列中光路光線近以不是放射狀的穿過該溝槽。要求幾何計算來決定溝槽的合適形狀，以提供穿過不同光路的一常數(shù)物理路徑長度增加量。
圖10C示出了另一種可能的排列，其中補償區(qū)域具有一拉長的矩形形狀，而不是彎曲的三角形形狀。為了在圖的頂部的光路比底部光路提供更大的物理相互作用長度，矩形相對于中心光路1030傾斜一銳角φ1。注意到在圖10C中，光路由于補償區(qū)域中的較高折射率補償材料引起的折射彎曲是明顯的。這些影響在計算穿過補償區(qū)域的每個光路的實際物理路徑長度時應(yīng)當(dāng)被考慮，這些影響在其它排列中也存在，雖然在這里不必要在圖中清楚地顯示出。
圖10D示出了基于圖10C中排列的一種變型，其中溝槽更加三角形化，并且以相對于中心光路1030更大的銳角φ2定向。同樣，幾何計算將決定合適的三角形錐度和合適的定向角φ2，以便提供一穿過不同光路的常數(shù)物理路徑長度增加量。許多其它的變型將是顯然的。
補償材料結(jié)構(gòu)的變化用來充填溝槽430的補償材料的結(jié)構(gòu)和含量也可能變化。圖11A-11H示出了許多這些變化。這些圖是其中一單個溝槽的截面圖，例如，穿過板條波導(dǎo)413的中心光路取截面。圖5中示出的基本結(jié)構(gòu)在圖11A中再現(xiàn)。可以看出，溝槽430向下延伸直到低于平面波導(dǎo)413的芯水平面512，并完全充填材料A。波形1110象征傳播能量的垂直光強度分布，其大致是高斯形并且大致集中在芯層512內(nèi)?？梢钥闯?，材料A溝槽向下延伸以便實質(zhì)上影響所有傳播的光能。圖11B為圖9A中的排列的截面圖，其中兩種材料并排沉積在一個單獨溝槽內(nèi)。
在圖11F中，將該溝槽蝕刻成與圖11A中大致相同的深度，但是將材料充填為兩層。首先，材料U被沉積在溝槽430的底層1120，然后，另一種材料V被沉積在頂層1122。在沉積材料V之前使材料U固化或者以其他方式穩(wěn)定化，以便使兩種材料U和V折射率特性之間的相互作用最小化或消除。由于材料U僅僅影響沿著光路傳播的能量的一部分α，而剩余的能量被材料V影響，因此溝槽430中材料U和V的結(jié)合有效地形成了一種復(fù)合補償材料，該復(fù)合補償材料對于某些α的值具有由給定的αdnV/dT+(1-α)dnU/dT的有效折射率溫度依賴性。因此，圖11F的結(jié)構(gòu)提供了一種用于制造具有期望的折射率溫度依賴性的復(fù)合補償材料的機理。例如，如果期望使用具有特殊有效折射率溫度依賴性dnA/dT和物理路徑長度增加量ΔLA的補償材料A，那么可以通過圖11F所示使兩種不同材料U和V分層來形成這樣一種材料，并且相對厚度和深度適于獲得合適的α值。當(dāng)補償材料以這種方式制造時，參數(shù)α可被用來只是近似地決定有效折射率溫度依賴性。優(yōu)選地，合成的材料的折射率溫度依賴性以與上述描述的使用純填充材料的相同的方式用實驗方法決定。就象這里所用的，術(shù)語“材料”可由一種或多種其它材料(其有時在這里指“子材料”)制成，或者混合在一起，或者分層，或者以其它方式結(jié)合，以得到該整體“材料”。在圖11F中，它們被分層。
如圖11F所示的補償材料結(jié)構(gòu)還可被自然的用來滿足這里的絕熱方程。也就是說，如果使用兩種補償材料A和B，那么不是對不同的補償區(qū)域整體地分配材料A或材料B，而是將類似于圖11F的結(jié)構(gòu)用于使全部補償區(qū)域的每一個都同時包含層疊的材料A和材料B。在數(shù)學(xué)上，通過將每個物理路徑長度增加量ΔLx取代為比該物理路徑長度增加量短(沿傳播方向)的材料X的有效路徑長度增加量，可以在方程中反映該影響。也就是說，可用ΔLAeff＝αΔLA和ΔLBeff＝(1-α)ΔLB替代上述方程中的ΔLA和ΔLB。一旦用上述方程計算出期望的ΔLAeff和ΔLBeff值，由于兩種材料共用相同的溝槽，因此認(rèn)為ΔLA＝ΔLB，從而可以計算出ΔLx和α。可替換地，通過用αdnA/dT替代dnA/dT和用(1-α)dnB/dT替代dnB/dT，可以在方程中反映該影響。然后，將上述方程用來計算ΔLA和ΔLB的值，并再次認(rèn)為ΔLA＝ΔLB，可計算出α值。
根據(jù)材料U和V的折射率，圖11F的結(jié)構(gòu)可能由于光能在穿過溝槽430時不合要求地垂直向上或向下導(dǎo)引而產(chǎn)生插入損耗。該缺點可通過用如圖11G所示的以多個超薄層沉積材料U和V，替代圖11F中所示的僅僅兩個層來減小?？商鎿Q地，如圖11H所示，可將復(fù)合材料填充到采用了三個層的溝槽430中第一層1130整個沉積在玻璃材料的下包層510中，第二層1132以與芯層512實質(zhì)上一致的深度沉積在溝槽內(nèi)，第三層1134整個位于上包層514內(nèi)。這三層可充填有不同的材料U、V和W，或者可以將層1134內(nèi)的材料選擇為與層1130中的相同。層1132中的材料具有比層1130和1134中的材料高的折射率，以便在光能穿過溝槽430時連續(xù)引導(dǎo)光能。圖11H的溝槽430中的所有“材料”具有由αUdnU/dT+αVdnV/dT+(1-αU-αV)dnW/dT近似給出的有效折射率溫度依賴性。
在圖11C中，溝槽430僅僅部分地向下延伸進(jìn)入芯層512。該變化可被認(rèn)為與圖11F中的類似，在圖11F中下部材料U是溝槽430底部下方的基底材料塊。如果方程顯示補償材料A應(yīng)當(dāng)沿著光路中長度為L的一段插入，那么可以將不同的材料V僅插入部分深度，而不是沿長度L的該段插入。然后，該“材料”A在這里被認(rèn)為是由材料V和溝槽430底部下方的基底材料塊構(gòu)成的分層合成物。
圖11D示出了與圖11C中相同的原理，但在圖11D中，該溝槽僅僅被向下蝕刻穿過上包層514。該實施例導(dǎo)致較小的α值，但在其它方面與圖11C類似。在圖11E中，該溝槽被向下蝕刻僅僅穿過上包層514的一部分。該實施例導(dǎo)致比圖11D更小的α值，但在其它方面也與圖11C和11D中的類似。可以認(rèn)識到，任何數(shù)量的不同材料可被以圖11A-11H所示的方法結(jié)合以產(chǎn)生有效材料，并且這些附圖中描繪的結(jié)構(gòu)本身能夠相互結(jié)合以產(chǎn)生用于充填溝槽430的其它實施例。許多變型將是顯而易見的。
機械補償這里所描述的用于改進(jìn)光柵裝置絕熱的技術(shù)并不限于在溫度補償區(qū)域中不同材料的插入。一些技術(shù)還可用于改進(jìn)其它絕熱結(jié)構(gòu)，包括機械結(jié)構(gòu)。眾所周知，例如使將光能傳送進(jìn)入或輸出AWG耦合區(qū)域的輸入或輸出端口的輸入/輸出波導(dǎo)橫向移動，AWG的通帶也將偏移。還已知將輸入/輸出波導(dǎo)粘附于溫度依賴定位結(jié)構(gòu)，例如雙金屬條，以使波導(dǎo)的橫向位置相對于耦合區(qū)域自動地隨著溫度移位，以補償AWG的剩余部分的溫度依賴性。然而，與其它傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一樣，僅僅考慮了一階溫度影響。
圖12示出了AWG的一部分，其利用本發(fā)明的特征實現(xiàn)機械中心波長的穩(wěn)定。尤其，圖12示出了輸入耦合區(qū)域413和將光能耦合進(jìn)耦合區(qū)域413的輸入端面419的輸入光纖412。光纖本身不粘附于輸入端面419，而是粘附于曲臂1210的一端。臂1210的另外一端被粘附于集成有輸入耦合區(qū)域413的基片1212。臂1210這樣構(gòu)成并定向以便使光纖412根據(jù)環(huán)境溫度相對于基片1212橫向(即，圖中所示的y方向)定位。例如，可將雙金屬致動器用于臂1210中。與傳統(tǒng)的機械絕熱系統(tǒng)不一樣，臂1210的形狀和結(jié)構(gòu)對Q階溫度-依賴中心波長偏移進(jìn)行補償，其中Q＞＝2。尤其，臂1210將光纖412保持在如下式給定的橫向位置y處y=Σq=1QkqTq,Q>=2]]>(式41)對于二階補償(Q＝2)，K1和K2可給出如下k1k2=n1gn2g]]>(式42)注意到，還可將機械技術(shù)與將不同材料插入到光路中的技術(shù)相結(jié)合，其中Q＝1也能夠滿足。再者，許多其它的使用本發(fā)明特征的應(yīng)用是可能的。
實際考慮在使用了這里所描述的理念的實際裝置中，可以認(rèn)識到精確的符合上述提出的方程是不可能的或者在商業(yè)上是不必要的。例如，該裝置會由于普通的制造公差而偏離方程。又例如，由于可得到的溝槽總數(shù)量是整數(shù)，充填一種聚合物的溝槽數(shù)量與充填其它聚合物的溝槽數(shù)量的比不會與上述得出的ΔL的比正好相等。由于任何這些原因造成的偏離上述提出的方程的實際裝置在這里還被認(rèn)為“實質(zhì)上”滿足方程。由于這樣的裝置還采用這里所教導(dǎo)的新穎概念，它們將被制造成具有比傳統(tǒng)裝置更好的絕熱性能，雖然它們并不正好滿足這些方程。
另外，盡管絕熱性能可通過使用這里描述的方程和技術(shù)來進(jìn)行優(yōu)化，但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，即使一個實施例僅僅部分使用這里描述的方程和技術(shù)，或帶有小的破壞因素，也可在絕熱方面比傳統(tǒng)方法取得很大的改進(jìn)。例如，在利用Q＞1階多項式對折射率溫度依賴性建模，且使用具有特殊數(shù)量種材料X的材料系統(tǒng)的情況下，(式37)可被用來求解最佳向量ΔL。但是可以利用近似方程N·ΔL＝p(式43)替代，其中p為一小數(shù)值，其還產(chǎn)生具有實質(zhì)上比可能使用傳統(tǒng)方法更好的絕熱性能的AWG。盡管線性、一種聚合物的解可能不能產(chǎn)生具有在-50℃至+90℃的溫度范圍上小于大約70pm，或在0℃至+70℃的溫度范圍上小于大約20pm的中心波長變化的AWG，但是使用(式37)開發(fā)的二階、兩種聚合物的實施例可能將該中心波長的變化降低到在-50℃至+90℃的溫度范圍上小于大約40pm，或在0℃至+70℃的溫度范圍上小于大約10pm。但是利用(式43)開發(fā)的實施例，其中p不是正好等于零但仍然相對小，還可將該中心波長的變化降低到低于上述傳統(tǒng)的可得到的量，盡管其不能產(chǎn)生利用(式37)獲得的最優(yōu)結(jié)果。這樣的實施例在這里仍被認(rèn)為利用了這里描述的方程和技術(shù)的優(yōu)點。
先前已經(jīng)利用附圖和說明書提供了本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述。但本發(fā)明并沒有窮盡或局限于公開的發(fā)明具體形式。顯然，許多改進(jìn)和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。例如，先前已經(jīng)基于AWG多路復(fù)用器/多路去復(fù)用器描述了本發(fā)明，其還可應(yīng)用于其它光學(xué)裝置，例如，但不限于，諸如在Amersfoort的美國專利No.5,629,992中描述的那些自由空間光柵裝置，該專利文獻(xiàn)在這里并入?yún)⒖?。作為另一個例子，溝槽中的一種或多種材料可實現(xiàn)雙折射補償功能，或者附加到或取代熱補償(參見美國專利No.6,757,454，在這里并入?yún)⒖?。另外，任何或全部在背景技術(shù)部分或該專利申請的任何其它部分所描述、建議或并入?yún)⒖嫉淖冃我脖幻鞔_地并入這里所描述的發(fā)明實施例作參考。選擇并描述此處所描述的實施例是為了對本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用進(jìn)行最好的解釋，并且從而使其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⒈景l(fā)明的不同實施例和各種改進(jìn)理解為適于預(yù)期的特殊使用。期望本發(fā)明范圍由接下來的權(quán)利要求及其等效所限定。
權(quán)利要求
1.光學(xué)設(shè)備，包括經(jīng)由一陣列波導(dǎo)光柵與一輸入端口光通信的一輸出端口，該設(shè)備具有包括主通帶的多個通帶，該主通帶具有一中心波長；其中該第一至第Q階關(guān)于中心波長溫度的導(dǎo)數(shù)在-5℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零，Q＞＝2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一至笫Q階的導(dǎo)數(shù)在-30℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，包括多個將光能通過多種材料從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诘墓饴罚糠N材料具有與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，包括與該輸入和輸出端口的特定一個光通信的波導(dǎo)；以及一溫度補償元件，其依據(jù)溫度相對于陣列波導(dǎo)光柵調(diào)整波導(dǎo)的物理位置。
5.光學(xué)設(shè)備，包括多個穿過材料系統(tǒng)的光路，每個光路具有與相鄰光路相差一相應(yīng)有效光路長度差的相應(yīng)有效光路長度，其中第一至第Q階的關(guān)于每個光路長度差的溫度的導(dǎo)數(shù)在-5℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零，Q＞＝2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中第一至第Q階的導(dǎo)數(shù)在-30℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中每個光路穿過多種材料，每種材料具有一與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性。
8.光學(xué)設(shè)備，包括穿過一材料系統(tǒng)的多個光路，每個光路至少穿過三種材料，每種材料具有一與其它材料不同的有效折射率溫度依賴性，每個光路具有與相鄰光路相差一相應(yīng)有效光路長度差的相應(yīng)有效光路長度，其中第一至第Q階的關(guān)于每個光路長度差的溫度的導(dǎo)數(shù)在-5℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零，Q＞＝1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中第一至笫Q階的導(dǎo)數(shù)在-30℃至+70℃的溫度范圍內(nèi)實質(zhì)上等于零。
10.陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備，具有多個從輸入到輸出的光路，包括一基底材料和至少一個補償區(qū)域，該至少一個補償區(qū)域總的來說包括交叉該光路并具有相互不同且與基底材料不同的有效折射率溫度依賴性的至少第一和第二補償材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中第一補償區(qū)域包括第一和第二補償材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中第一和第二補嘗材料設(shè)置在第一補償區(qū)域的不同層上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中第一補償區(qū)域進(jìn)一步包括一第三補償材料，其中該第一補償材料設(shè)置在第一補償區(qū)域內(nèi)的較低層，該笫二補償材料設(shè)置在第一補償區(qū)域內(nèi)的中間層，該第三補償材料設(shè)置在第一補償區(qū)域內(nèi)的較高層，并且其中該第二補償材料具有高于該第一和第三補償材料的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中該陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備在該基底材料中包括一下包層，疊加在該下包層區(qū)域上的一芯層，和疊加在該芯層上的一上包層，其中該第二補償材料實質(zhì)上與該基底材料中的芯層共面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該補償區(qū)域之一包括第一補償材料而不包括第二補償材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中至少一個該補償區(qū)域總的來說包括包含第一和第二補償材料的多種補償材料，在該多種補償材料中的所有補償材料均交叉該光路并具有相互不同的且與該基底材料不同的有效折射率溫度依賴性；并且其中每個該補償區(qū)域僅包括補償材料中的一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該第一補償材料包括一多種子材料的合成物，該合成物的有效折射率溫度依賴性是該第一補償材料的有效折射率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中該子材料分層形成該合成物。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中第一子材料與該基底材料相同，第二子材料具有與該基底材料不同的且與該合成物不同的有效折射率溫度依賴性。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該第一材料進(jìn)一步補償該基底材料的雙折射。
21.陣列波導(dǎo)光柵設(shè)備，具有多個從輸入到輸出的光路，包括一基底材料和多個補償區(qū)域，至少一個補償區(qū)域的第一子集包括一第一補償材料，并且至少一個該溝槽的第二子集包括一第二補償材料，其中該第一和第二補償材料具有相互不同的且與該基底材料不同的有效折射率溫度依賴性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中該基底材料包括二氧化硅，且該第一和第二補償材料為聚合物。
23.光學(xué)設(shè)備，包括一陣列波導(dǎo)光柵裝置，包括經(jīng)由一陣列波導(dǎo)光柵與一輸入端口光通信的一輸出端口，其中該設(shè)備具有多個包括一主通帶的通帶，該主通帶具有一中心波長，并且其中該中心波長在-50℃至+90℃的溫度范圍上的變化小于70pm。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的設(shè)備，其中該中心波長-50℃至+90℃的溫度范圍上的變化不大于40pm。
25.光學(xué)設(shè)備，包括一陣列波導(dǎo)光柵裝置，包含經(jīng)由一陣列波導(dǎo)光柵與一輸入端口光通信的一輸出端口，其中該設(shè)備具有多個包括一主通帶的通帶，該主通帶具有一中心波長，并且其中該中心波長在0℃至+70℃的溫度范圍上的變化小于20pm。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，其中該中心波長在0℃至+70℃的溫度范圍上的變化不大于10pm。
全文摘要
具有改進(jìn)了中心波長溫度穩(wěn)定性的光學(xué)設(shè)備。在一實施例中，AWG具有多個沿著光路插入的溝槽。該溝槽包括一種或多種補償材料，該補償材料總體上校正AWG基底材料的Q階溫度依賴性。Q≥2或者補償材料的數(shù)量至少為2，或者二者兼?zhèn)洹?br> 文檔編號G02B6/34GK1952709SQ20061013229
公開日2007年4月25日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者辛德瑞克·F.·布瑟爾斯, 托尼·C.·庫沃茲克, 邁克爾·G·朱布爾 申請人:格姆法爾公司