傅里叶型波导分光芯片

摘要

本申请提供了一种傅里叶型波导分光芯片，该傅里叶型波导分光芯片包括第一耦合器、分光单元以及探测器，其中，第一耦合器为偏振不敏感的耦合器，第一耦合器用于接收输入光，输入光包括多个偏振方向的光；分光单元与第一耦合器连接，分光单元用于对输入光进行分光；探测器与分光单元连接，探测器用于将分光后的输入光转换为对应的电信号。本申请的傅里叶型波导分光芯片通过将偏振不敏感的第一耦合器引入到芯片级光谱分光仪中，可以同时耦合多个偏振方向的输入光，保证了光源的能量利用率较高，较好地解决了现有技术中芯片级光谱分析仪采用偏振敏感型器件，需要固定的偏振态输入，导致光能利用率较低的问题。

权利要求

1.一种傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，包括：

第一耦合器，所述第一耦合器为偏振不敏感的耦合器，所述第一耦合器用于接收输入光，所述输入光包括多个偏振方向的光；

分光单元，与所述第一耦合器连接，所述分光单元用于对所述输入光进行分光；

探测器，与所述分光单元连接，所述探测器用于将分光后的所述输入光转换为对应的电信号，所述分光单元包括：

第一分束器，与所述第一耦合器连接，所述第一分束器用于将所述输入光分成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光的偏振方向与所述第二偏振光的偏振方向垂直；

第一旋转器，与所述第一分束器连接，所述第一旋转器用于将所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，或者将所述第二偏振光转换为所述第一偏振光；

基于光开关的MZI光谱分光结构，与所述第一旋转器以及所述第一分束器分别连接，所述基于光开关的MZI光谱分光结构用于将接收的所述第一偏振光进行分光，得到第三偏振光，或者将接收到的所述第二偏振光进行分光，得到第四偏振光，所述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个输出接口，所述基于光开关的MZI光谱分光结构还用于将所述第三偏振光通过两个所述输出接口输出，或者将所述第四偏振光通过两个所述输出接口输出；

第二旋转器，与两个所述输出接口中的一个连接，所述第二旋转器用于将所述第三偏振光转换为所述第四偏振光，或者将所述第四偏振光转换为所述第三偏振光；

第一合束器，与两个所述输出接口中的另一个以及所述第二旋转器分别连接，所述第一合束器用于将接收的光进行合束；

所述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个子分光结构，其中一个所述子分光结构的输入端与所述第一旋转器以及所述第一分束器中的一个连接，另一个所述子分光结构的输入端与所述第一旋转器以及所述第一分束器中的另一个连接，所述子分光结构的输出端为所述输出接口；

所述子分光结构包括：

第二分束器，所述第二分束器的输入端为所述子分光结构的输入端；

多个级联光开关，所述级联光开关包括N个子光开关和N个非等臂波导，其中，第一子光开关的输入端与所述第二分束器的输出端连接，第M子光开关和第M+1子光开关通过所述非等臂波导连接，1≤M＜N；

多个第二耦合器，所述第二耦合器的输入端与第N子光开关的输出端通过第N非等臂波导连接；

第二合束器，所述第二合束器的输入端与多个所述第二耦合器的输出端连接，所述第二合束器的输出端为所述子分光结构的输出端。

2.根据权利要求1所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述第一偏振光以及所述第三偏振光均为横电波，所述第二偏振光以及所述第四偏振光均为横磁波。

3.根据权利要求1所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述子光开关包括：第三耦合器，所述第三耦合器的输入端为所述子光开关的输入端；

第一移相器和第二移相器，所述第一移相器的第一端和所述第二移相器的第一端分别与所述第三耦合器的输出端连接；

第四耦合器，所述第四耦合器的输入端分别与所述第一移相器的第二端以及所述第二移相器的第二端连接，所述第四耦合器的输出端为所述子光开关的输出端。

4.根据权利要求3所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述第三耦合器以及所述第四耦合器各自独立地选自硅基定向耦合器、硅基Y型耦合器以及多模干涉耦合器中的一种或者几种。

5.根据权利要求1所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述第二分束器包括第五耦合器，所述第二合束器包括第六耦合器。

6.根据权利要求1所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述子光开关为电光式光开关或热光式光开关。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述第一耦合器包括一维非等周期光栅耦合器。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的傅里叶型波导分光芯片，其特征在于，所述第一耦合器、所述分光单元以及所述探测器为采用硅CMOS工艺集成。

说明书

傅里叶型波导分光芯片

技术领域

[0001] 本申请涉及光谱分析领域，具体而言，涉及一种傅里叶型波导分光芯片。

背景技术

[0002] 光谱分析技术作为一种重要的光探测感知手段，具有非接触、无损、实时检测的优势，可广泛应用于食品物质成分检测、气体检测、生物医学应用等众多领域。传统的光谱检测技术是基于分立的光机元器件，仪器体积庞大，虽精度较高，但造价昂贵(几十万‑上百万)，灵活性和稳定性较差，限制了光谱仪的应用范围。

[0003] 硅光集成技术为光谱仪的小型化提供了一种有效的解决方案，目前常见的芯片级光谱分光仪主要是基于色散元件，如基于硅基刻蚀衍射光栅和硅基阵列波导光栅这两种最典型的色散平面集成光学元件制成的芯片级光谱分析仪，研究成熟，但若要想实现较高的分辨率，需要增加光谱的通道数，器件的尺寸势必要增加，会带来较大的相位误差，信噪比降低，系统的动态范围较低。此外，每个通道均需要一个探测器进行探测，系统结构复杂。

[0004] 傅里叶变换型光谱分析仪具有多通道的优势，可以克服信噪比和光谱分辨率之间的矛盾。芯片级傅里叶变换型光谱仪主要是基于热光/电光或者结构的排布来实现光程差的改变。目前常见的傅里叶变换型芯片级光谱分析仪主要是基于MZI(Mach‑Zehnder interferometer，马赫‑曾德尔干涉仪)阵列的空间外差式芯片光谱仪或者是基于热光调相的MZI芯片光谱仪。MZI阵列型光谱仪的光程差和MZI的个数呈线性关系，热光调相型光谱仪的光程差和MZI的臂长和温度变化范围呈正比。若要实现较高的光谱分辨率，仍需要增加MZI阵列规模和热光MZI的臂长，进而带来整个芯片尺寸的增加。

[0005] 为了满足实际使用中高分辨率和高集成度的要求，需要设计更加紧凑的大光程差的光谱分光结构。同时，由于波导具有强烈的双折射效应，芯片级光谱分析仪通常为偏振敏感型器件，需要固定的偏振态输入，光能利用率较低。

[0006] 在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

发明内容

[0007] 本申请的主要目的在于提供一种傅里叶型波导分光芯片，以解决现有技术中芯片级光谱分析仪的光能利用率较低的问题。

[0008] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种傅里叶型波导分光芯片，包括第一耦合器、分光单元以及探测器，其中，所述第一耦合器为偏振不敏感的耦合器，所述第一耦合器用于接收输入光，所述输入光包括多个偏振方向的光；所述分光单元与所述第一耦合器连接，所述分光单元用于对所述输入光进行分光；所述探测器与所述分光单元连接，所述探测器用于将分光后的所述输入光转换为对应的电信号。

[0009] 可选地，所述分光单元包括第一分束器、第一旋转器、基于光开关的MZI光谱分光结构、第二旋转器以及第一合束器，其中，所述第一分束器与所述第一耦合器连接，所述第一分束器用于将所述输入光分成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光的偏振方向与所述第二偏振光的偏振方向垂直；所述第一旋转器与所述第一分束器连接，所述第一旋转器用于将所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，或者将所述第二偏振光转换为所述第一偏振光；所述基于光开关的MZI光谱分光结构与所述第一旋转器以及所述第一分束器分别连接，所述基于光开关的MZI光谱分光结构用于将接收的所述第一偏振光进行分光，得到第三偏振光，或者将接收到的所述第二偏振光进行分光，得到第四偏振光，所述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个输出接口，所述基于光开关的MZI光谱分光结构还用于将所述第三偏振光通过两个所述输出接口输出，或者将所述第四偏振光通过两个所述输出接口输出；所述第二旋转器与两个所述输出接口中的一个连接，所述第二旋转器用于将所述第三偏振光转换为所述第四偏振光，或者将所述第四偏振光转换为所述第三偏振光；所述第一合束器与两个所述输出接口中的另一个以及所述第二旋转器分别连接，所述第一合束器用于将接收的光进行合束。

[0010] 可选地，所述第一偏振光以及所述第三偏振光均为横电波(Transverse electric wave，简称TE波)，所述第二偏振光以及所述第四偏振光均为横磁波(Transverse magnetic wave，简称TM波)。

[0011] 可选地，所述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个子分光结构，其中一个所述子分光结构的输入端与所述第一旋转器以及所述第一分束器中的一个连接，另一个所述子分光结构的输入端与所述第一旋转器以及所述第一分束器中的另一个连接，所述子分光结构的输出端为所述输出接口。

[0012] 可选地，所述基于光开关的MZI光谱分光结构包括第二分束器、多个级联光开关、多个第二耦合器以及第二合束器，其中，所述第二分束器的输入端为所述子分光结构的输入端；所述级联光开关包括N个子光开关和N个非等臂波导，其中，第一子光开关的输入端与所述第二分束器的输出端连接，第M子光开关和第M+1子光开关通过所述非等臂波导连接，1≤M＜N；所述第二耦合器的输入端与第N子光开关的输出端通过第N非等臂波导连接；所述第二合束器的输入端与多个所述第二耦合器的输出端连接，所述第二合束器的输出端为所述子分光结构的输出端。

[0013] 可选地，所述子光开关包括第三耦合器、第一移相器、第二移相器以及第四耦合器，其中，所述第三耦合器的输入端为所述子光开关的输入端；所述第一移相器的第一端和所述第二移相器的第一端分别与所述第三耦合器的输出端连接；所述第四耦合器的输入端分别与所述第一移相器的第二端以及所述第二移相器的第二端连接，所述第四耦合器的输出端为所述子光开关的输出端。

[0014] 可选地，所述第三耦合器以及所述第四耦合器各自独立地选自硅基定向耦合器、硅基Y型耦合器以及多模干涉耦合器中的一种或者几种。

[0015] 可选地，所述第二分束器包括第五耦合器，所述第二合束器包括第六耦合器。

[0016] 可选地，所述子光开关为电光式光开关或热光式光开关。

[0017] 可选地，所述第一耦合器包括一维非等周期光栅耦合器。

[0018] 可选地，所述第一耦合器、所述分光单元以及所述探测器为采用硅CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺集成。

[0019] 应用本申请的技术方案，所述的傅里叶型波导分光芯片，包括依次连接的偏振不敏感的第一耦合器、分光单元以及探测器，所述第一耦合器用于接收输入光，所述输入光包括多个偏振方向的光，所述分光单元用于对所述输入光进行分光，所述探测器用于将分光后的所述输入光转换为电信号。本申请的所述傅里叶型波导分光芯片，通过将偏振不敏感的所述第一耦合器引入到芯片级光谱分光仪中，可以同时耦合多个偏振方向的输入光，保证了光源的能量利用率较高，较好地解决了现有技术中芯片级光谱分析仪采用偏振敏感型器件，需要固定的偏振态输入，导致光能利用率较低的问题。

附图说明

[0020] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

[0021] 图1示出了根据本申请的实施例的傅里叶型波导分光芯片的结构示意图；

[0022] 图2示出了根据本申请的实施例的子分光结构的示意图；

[0023] 图3示出了根据本申请的实施例的子分光结构的设计版图示意图；

[0024] 图4示出了根据本申请的实施例的第一耦合器的示意图；

[0025] 图5示出了根据本申请的实施例的第一耦合器的仿真结果示意图；

[0026] 图6示出了根据本申请的实施例的用于傅里叶型波导分光芯片仿真的待测信号的光谱分布示意图；

[0027] 图7示出了根据本申请的实施例的仿真输入信号在不同臂长差和不同波长下对应的透光率光谱示意图；

[0028] 图8示出了根据本申请的实施例的傅里叶型波导分光芯片的仿真结果示意图。

[0029] 其中，上述附图包括以下附图标记：

[0030] 10、第一耦合器；20、探测器；100、第一分束器；101、第一旋转器；102、基于光开关的MZI光谱分光结构；103、第二旋转器；104、第一合束器；105、输出接口；106、子分光结构；200、第二分束器；201、级联光开关；202、第二耦合器；203、第二合束器；204、子光开关；205、非等臂波导；206、加热器；300、第三耦合器；301、第一移相器；302、第二移相器；303、第四耦合器。

具体实施方式

[0031] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0032] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0033] 应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

[0034] 正如背景技术所介绍的，现有技术中芯片级光谱分析仪的光能利用率较低，为了解决如上问题，本申请提出了一种傅里叶型波导分光芯片。

[0035] 根据本申请的一种典型的实施例，提供了一种傅里叶型波导分光芯片，如图1所示，上述傅里叶型波导分光芯片包括第一耦合器10、分光单元以及探测器20，其中，上述第一耦合器10为偏振不敏感的耦合器，上述第一耦合器10用于接收输入光，上述输入光包括多个偏振方向的光；上述分光单元与上述第一耦合器10连接，上述分光单元用于对上述输入光进行分光；上述探测器20与上述分光单元连接，上述探测器20用于将分光后的上述输入光转换为对应的电信号。

[0036] 上述的傅里叶型波导分光芯片，包括依次连接的偏振不敏感的第一耦合器、分光单元以及探测器，上述第一耦合器用于接收输入光，上述输入光包括多个偏振方向的光，上述分光单元用于对上述输入光进行分光，上述探测器用于将分光后的上述输入光转换为电信号。本申请的上述傅里叶型波导分光芯片，通过将偏振不敏感的上述第一耦合器引入到芯片级光谱分光仪中，可以同时耦合多个偏振方向的输入光，保证了光源的能量利用率较高，较好地解决了现有技术中芯片级光谱分析仪采用偏振敏感型器件，需要固定的偏振态输入，导致光能利用率较低的问题。

[0037] 本申请的一种具体的实施例中，如图1所示，上述分光单元包括第一分束器100、第一旋转器101、基于光开关的MZI光谱分光结构102、第二旋转器103以及第一合束器104，其中，上述第一分束器100与上述第一耦合器10连接，上述第一分束器100用于将上述输入光分成第一偏振光和第二偏振光，上述第一偏振光的偏振方向与上述第二偏振光的偏振方向垂直；上述第一旋转器101与上述第一分束器100连接，上述第一旋转器101用于将上述第一偏振光转换为上述第二偏振光，或者将上述第二偏振光转换为上述第一偏振光；上述基于光开关的MZI光谱分光结构102与上述第一旋转器101以及上述第一分束器100分别连接，上述基于光开关的MZI光谱分光结构102用于将接收的上述第一偏振光进行分光，得到第三偏振光，或者将接收到的上述第二偏振光进行分光，得到第四偏振光，其中，上述第三偏振光的偏振方向与上述第一偏振光的偏振方向相同，上述第二偏振光的偏振方向与上述第四偏振光的偏振方向相同，上述基于光开关的MZI光谱分光结构102包括两个输出接口105，上述基于光开关的MZI光谱分光结构102还用于将上述第三偏振光通过两个上述输出接口105输出，或者将上述第四偏振光通过两个上述输出接口105输出；上述第二旋转器103与两个上述输出接口105中的一个连接，上述第二旋转器103用于将上述第三偏振光转换为上述第四偏振光，或者将上述第四偏振光转换为上述第三偏振光；上述第一合束器104与两个上述输出接口105中的另一个以及上述第二旋转器103分别连接，上述第一合束器104用于将接收的光进行合束。上述分光单元，通过上述第一分束器、上述第一旋转器、上述基于光开关的MZI光谱分光结构、上述第二旋转器以及上述第一合束器，可以对不同偏振方向的光线进行干涉分光，从而进一步地保证了光源的能量利用率较高。

[0038] 需要说明的是，上述实施例中的分光单元有两种类型，第一种，上述第一分束器用于将上述输入光分成相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，上述第一旋转器用于将上述第一偏振光转换为上述第二偏振光，上述基于光开关的MZI光谱分光结构用于接收上述第一分束器以及上述第一旋转器输出的上述第二偏振光，将接收到的上述第二偏振光进行分光，得到上述第四偏振光，并将所有的上述第四偏振光分成两部分，通过两个上述输出接口输出；上述第二旋转器用于将两个上述输出接口中的一个输出的上述第四偏振光转换为上述第三偏振光；上述第一合束器用于将上述输出接口中的另一个输出的第四偏振光以及上述第二旋转器输出的上述第三偏振光进行合束。第二种情况，上述第一分束器用于将上述输入光分成相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，上述第一旋转器用于将上述第二偏振光转换为上述第一偏振光，上述基于光开关的MZI光谱分光结构用于接收上述第一分束器以及上述第一旋转器输出的上述第一偏振光，将接收到的上述第一偏振光进行分光，得到上述第三偏振光，并将所有的上述第三偏振光分成两部分，通过两个上述输出接口输出；上述第二旋转器用于将两个上述输出接口中的一个输出的上述第三偏振光转换为上述第四偏振光；上述第一合束器用于将上述输出接口中的另一个输出的第三偏振光以及上述第二旋转器输出的上述第四偏振光进行合束。

[0039] 在实际的应用过程中，上述第一偏振光为横电波(TE波)，上述第二偏振光为横磁波(TM波)，即上述第一偏振光为TE模式的光，上述第二偏振光为TM模式的光。

[0040] 本申请的又一种具体的实施例中，上述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个子分光结构，其中一个上述子分光结构的输入端与上述第一旋转器以及上述第一分束器中的一个连接，另一个上述子分光结构的输入端与上述第一旋转器以及上述第一分束器中的另一个连接，上述子分光结构的输出端为上述输出接口。当然，上述基于光开关的MZI光谱分光结构并不限于上述的两个子分光结构，其还可以包括多个子分光结构。

[0041] 为了保证傅里叶型波导分光芯片中的器件与光路的平衡，本申请的更为具体的一种实施例中，如图1所示，上述基于光开关的MZI光谱分光结构包括两个子分光结构106，其中一个上述子分光结构106的输入端与上述第一旋转器101连接，其通过对应的上述输出接口105与上述第一合束器104连接；另一个上述子分光结构106的输入端与上述第一分束器100连接，并通过对应的上述输出接口105与上述第二旋转器103连接。当然，在实际的应用过程中，上述子分光结构的连接关系并不限于上述的连接关系，本领域技术人员可以根据实际情况进行设计。

[0042] 在实际的应用过程中，上述第一分束器为偏振分束器，上述第一旋转器为第一偏振旋转器，上述第二旋转器为第二偏振旋转器，上述第一合束器为偏振合束器。

[0043] 为了进一步地保证基于光开关的MZI光谱分光结构的干涉分光效果较好，光谱分辨率较高，根据本申请的另一种具体的实施例，如图2所示，上述子分光结构106包括第二分束器200、多个级联光开关201、多个第二耦合器202以及第二合束器203，其中，上述第二分束器200的输入端为上述子分光结构106的输入端；上述级联光开关201包括N个子光开关204和N个非等臂波导205，其中，第一子光开关的输入端与上述第二分束器200的输出端连接，第M子光开关和第M+1子光开关通过上述非等臂波导205连接，1≤M＜N；上述第二耦合器
202的输入端与第N子光开关的输出端通过第N非等臂波导连接；上述第二合束器203的输入端与多个上述第二耦合器202的输出端连接，上述第二合束器203的输出端为上述子分光结构106的输出端。上述子分光结构采用多个级联光开关和不同的臂长组合，可以通过调节多个光开关的开关状态，构建不同光程差的MZI波导分光光路，对宽光谱入射光进行高分辨率的干涉分光。同时，上述傅里叶型波导分光芯片的光谱分辨率随着级联光开关个数的增加而指数级提升，在不增加上述傅里叶型波导分光芯片的芯片尺寸的前提下，可以保证芯片的分辨率较高，芯片的可扩展性较好。

[0044] 通过改变模块中各个子光开关的开关状态，可以组合出不同臂长差的MZI光谱分光结构。一种具体的实施例中，参见图2，上述子分光结构106由两个级联光开关201组成，每个级联光开关为上述子分光结构的一个臂，上述子分光结构106的每个臂由N个级联的子光开关204构成，子光开关204和不同长度的非等臂波导205连接。非等臂波导长度差值为2ΔL的指数倍，分别为ΔL、2ΔL、4ΔL、8ΔL、16ΔL...。若上述子分光结构106的上下两臂的臂长相等时，则上下两臂的光程差为0。通过转换子光开关204的开关状态，可以使上下臂的光2N
程差从0变化至(2 ‑1)ngΔL，每次步进为ngΔL，其中ng为波导群折射率。则上述子分光结构的光谱通道数以及分辨率分别为：

[0045] J＝22N

[0046]

[0047] 其中J为光谱通道数；2N为子光开关的总个数；δλ为光谱分辨率；λ为中心波长；ng为波导的群折射率；ΔL为波长差的步进值。光谱分辨率随着子光开关个数的增加而指数级地提升。在一个具体的实施例中，参见图3，示出了该子分光结构的设计版图，采用8个子光开关的子分光结构来实现在1260nm‑1290nm的光谱范围内30pm的光谱分辨率，对应子光开关连接的非等臂波导的臂长分别如下表所示：

[0048] 标号 长度 标号 长度 标号 长度 标号 长度L11 L L31 L L51 L L71 L
L12 L+ΔL L32 L+4ΔL L52 L+16ΔL L72 L+64ΔL
L21 L+ΔL L41 L+4ΔL L61 L+16ΔL L81 L+64ΔL
L22 L+3ΔL L42 L+12ΔL L62 L+48ΔL L82 L+192ΔL

[0049] 其中L＝152μm，ΔL＝5.51μm。光谱通道数为255，最大光程差为1405.1μm，当输入光光谱范围为1260‑1290nm时，对应光谱分辨率为30pm。

[0050] 根据本申请的再一种具体的实施例，如图2所示，上述子光开关204包括第三耦合器300、第一移相器301、第二移相器302以及第四耦合器303，其中，上述第三耦合器300的输入端为上述子光开关204的输入端；上述第一移相器301的第一端和上述第二移相器302的第一端分别与上述第三耦合器300的输出端连接；上述第四耦合器303的输入端分别与上述第一移相器301的第二端以及上述第二移相器302的第二端连接，上述第四耦合器303的输出端为上述子光开关204的输出端。

[0051] 本申请的又一种具体的实施例中，上述第二分束器包括第五耦合器，上述第二合束器203包括第六耦合器。根据本申请的更为具体的实施例，上述第二分束器为上述第五耦合器，上述第二合束器为第六耦合器。

[0052] 一种具体的实施例中，如图2所示，上述第二耦合器为2×1耦合器，上述第四耦合器为2×2耦合器，上述第五耦合器为1×2耦合器，上述第六耦合器为2×1耦合器。上述第一子光开关的第三耦合器为1×2耦合器，上述第M子光开关的第三耦合器为2×2耦合器。

[0053] 在实际的应用过程中，上述子光开关为电光式光开关或热光式光开关。一种具体的实施例中，上述子光开关为热光式光开关。当然，本领域技术人员还可以为采用载流子色散效应来实现子光开关，优势在于调制速度快，与偏振无关，但缺陷在于损耗大。

[0054] 根据本申请的一种具体的实施例，上述第二耦合器、上述第三耦合器、上述第四耦合器、上述第五耦合器以及上述第六耦合器各自独立地选自硅基定向耦合器、硅基Y型耦合器以及多模干涉耦合器中的一种或者几种。本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活选择。为了保证了上述子分光结构的性能较好，上述第二耦合器、上述第三耦合器、上述第四耦合器、上述第五耦合器以及上述第六耦合器可以选择相同类型的耦合器，本申请的更为具体的一种实施例中，上述第二耦合器、上述第三耦合器、上述第四耦合器、上述第五耦合器以及上述第六耦合器均为多模干涉耦合器。

[0055] 一种具体的实施例中，上述子光开关为热光式光开关，如图3所示，上述子光开关还包括加热器206，上述加热器206覆盖在上述第一移相器以及上述第二移相器的上方。

[0056] 一种具体的实施例中，上述第一耦合器包括一维非等周期光栅耦合器。更为具体的一种实施例中，上述第一耦合器为一维非等周期光栅耦合器。光栅作为一种常用的波导耦合结构，用于将外部光耦合至分光芯片，或者从分光芯片中耦合出去。周期性的一维光栅是偏振敏感型器件，只能将一个偏振方向的光耦合至分光芯片，能量利用率低。因此，采用一维非等周期光栅耦合器来实现输入光的偏振不敏感耦合。通过采用逆向设计的方法，基于特定的工艺条件，根据性能指标要求来设计出所需的上述一维非等周期光栅耦合器。得到如图4所示的结构。当然，本领域技术人员也可以选择多维非等周期光栅耦合器来作为上述第一耦合器使用。

[0057] 如图4所示，根据设定的1260nm‑1290nm的光谱范围，在硅基波导Si厚度为220nm，光栅刻蚀深度为70nm，最小线宽为100nm的工艺条件下，利用有限的自由度通过全局优化算法针对损耗＜7dB@1275nm，3dB带宽＞30nm的性能指标，搜索最优的结构。同时设置光斑直径为9μm，入射角为8°，光栅区域总长度为30μm。

[0058] 通过遗传算法搜索最优结构，适应度函数设置如下：

[0059]

[0060] 其中，PT为峰值所占的概率；

[0061] TTE和TTM分别对应TE和TM模式的光的透过率；

[0062] λ＝1275nm为中心波长；

[0063] λ1＝1260nm，λ2＝1290nm分别对应输入光的最小、最大波长。

[0064] 通过优化算法，将个体输入至FDTD中进行仿真计算，并将FDTD仿真计算的传输谱返回至算法中，计算适应度，筛选最优结果。通过迭代，得到符合指标要求的光栅结构。参见图5，示出了一维非等周期光栅耦合器的仿真结果图。从图5可见，上述一维非等周期光栅耦合器的波长覆盖1260nm～1290nm的波长范围，且在1260nm～1290nm的波长范围内对应的透过率大于透光率最高点的50％，且在1260nm～1290nm的波长范围内的中心波长1275nm处对应的透过率最大，表明上述一维非等周期光栅耦合器能满足设计要求。

[0065] 本申请的再一种具体的实施例中，上述第一耦合器、上述分光单元以及上述探测器为采用硅CMOS工艺集成。上述傅里叶型波导分光芯片，通过将上述探测器和上述分光单元做在同一芯片上，对干涉光进行直接探测，可以避免片外探测中由于耦合而带来的损耗，进一步地保证了能量利用率较高，同时保证了探测灵敏度较高。

[0066] 对本申请的傅里叶型波导分光芯片进行仿真验证，参见图6，示出了输入的待测信号的光谱分布。参见图7，示出了本申请的傅里叶型波导分光芯片在不同光程差和波长下对应的输出光强信号。参见图8，示出了仿真测试中傅里叶型波导分光芯片在1260‑1290nm范围内的分光效果，恢复得到的入射光信号。结合图6以及图8可见，本申请的里叶型波导分光芯片的分光效果较好。

[0067] 在本申请的傅里叶型波导分光芯片中，芯片优选为硅材料，但还可选用SiN、聚合物材料，Ⅲ‑Ⅴ族材料等，并且掺杂多种材料实现傅里叶型波导分光芯片的低损耗传输和特定光谱段滤波效果。

[0068] 需要说明的是，本申请的傅里叶型波导分光芯片可基于成熟的硅光工艺进行批量生产，实现低成本制作，系统结构可推广应用于其他波段范围和其他材料体系。

[0069] 从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

[0070] 本申请上述的傅里叶型波导分光芯片，包括依次连接的偏振不敏感的第一耦合器、分光单元以及探测器，上述第一耦合器用于接收输入光，上述输入光包括多个偏振方向的光，上述分光单元用于对上述输入光进行分光，上述探测器用于将分光后的上述输入光转换为电信号。本申请的上述傅里叶型波导分光芯片，通过将偏振不敏感的上述第一耦合器引入到芯片级光谱分光仪中，可以同时耦合多个偏振方向的输入光，保证了光源的能量利用率较高，较好地解决了现有技术中芯片级光谱分析仪采用偏振敏感型器件，需要固定的偏振态输入，导致光能利用率较低的问题。

[0071] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。