CN100394230C - 多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器以及连接阵列波导与输出波导的方法 - Google Patents

Abstract

一种阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器，它具有输入波导、输入侧平面波导、输出侧平面波导、输出波导、位于输入侧平面波导与输出侧平面波导之间的阵列波导，在上述这些波导中相邻的波导之间依次具有不同的长度，其中排列输出波导使得：从中心输出波导到该中心输出波导的两端处的波导，各输出波导与输出波导的罗兰圆的法线之间形成的角依次增大，并且基于输出侧平面波导的光线收集点处的场分布形状的输出波导的通带不对称减小了。

Description

多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器以及连接阵列波导与输出波导的方法

技术领域

本发明涉及用在光通信中的光复用器/解复用器，尤其涉及多路阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器以及连接阵列波导与输出波导的方法。

背景技术

在光通信领域中，一种通过使用高频载波来发送大容量信号从而增大传输容量的方法(波分复用方法)已经在实践中得以应用。

在这种方法中，对具有不同波长的信号进行复用和解复操作用的光复用器/解复用器扮演了重要的角色。

特别是，使用阵列波导衍射光栅(AWG)的阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器对于复用大量的通路很有用。不管通路数目是多少，在相同的过程和相同数目的步骤中可以创建出期望的通路数目，并且理论上，损耗与性能恶化都很小。

当连接阵列波导衍射光栅(AWG)与作为输出波导的光纤时，要求耦合损耗最小。

例如，公开号为11-271557的日本专利申请提出了一种耦合器的示例，该耦合器包括M路第一波导线阵列和N路第二波导线阵列，并且具有一对末端部分，一个末端部分连接到弓形平面波导线上，其中心位于另一末端部分的中间，其中N路第二波导线阵列从该弓形的中心点向周围呈放射状排列，该弓形则位于第一波导线阵列的末端部分的中心附近。

不过，通常都知道，如果多路(N路)波导(波导线)排列在罗兰圆(该罗兰圆是在弧形衍射光栅的表面上画出的)的圆周上并接触中间点，则位于N路波导(波导线)的中心附近的波导以及位于末端(两端)处的波导(波导线)的传输特性方面，不对称是不同的。

如果在通带宽方面传输特性的不对称是不同的，则依赖偏振的损耗(PDL)会局部地恶化(最差的PDL值在增大)。此外，在具有平顶传输特性的阵列波导中，通带宽中的波纹在增大。

在专利文献1中，没有给出解决上述问题的方法。

发明内容

本发明的目的在于，减小在阵列波导衍射光栅(AWG)中由第二平面波导和输出波导之间的模式失配而导致的连接损耗，从而获得损耗很小的组成/分解特性。

本发明提供了一种多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，它包括：

阵列波导，它具有放置在基板上的纤芯以及用来覆盖纤芯的包层，各阵列波导都具有预定的曲率；

输入侧的平面波导，它放置在基板上并通过输入波导将光信号输入到阵列波导中；以及

输出侧的平面波导，它将光信号从阵列波导中输出到输出波导中，

其中输出波导具有预定的形状，以符合在输出侧的平面波导的光线收集点处场分布的形状，并连接到输出侧的平面波导，并且

多个所述输出波导排列在所述输出侧平面波导所特有的弓形上，并且当与所述输出侧平面波导相连时，随着偏离弓形中心放置的侧边输出波导离开在弓形中心处放置的中心输出波导的距离的不断增大，所述侧边输出波导的中心线与所述弓形的法线之间形成的角不断增大。

即，在上述多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器中，输出波导具有预定的形状，改变该形状以符合在输出平面波导中光线收集点处场分布的形状，并且输出波导与输出平面波导相连。因此，连接损耗减小了，传输特性的不对称性减小了。

此外，本发明提供了一种多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，它包括：

阵列波导，它位于基板上预定的位置处；

平面波导，它位于阵列波导的输出侧；以及

输出波导，它与平面波导相连并具有形成罗兰圆的连接表面，它还包括许多纤芯，根据中心纤芯的位置，从中心纤芯到两端处的纤芯，与罗兰圆的法线形成的角依次被定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα，其中在中心纤芯的中心线与罗兰圆的法线之间的角被假定为α。

即，在上述多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器中，假定罗兰圆的法线与中心纤芯的中心线之间的角是α，将期望数目的纤芯连接到输出侧平面波导，根据中心纤芯的位置，从中心纤芯到两侧的纤芯所形成的角依次被定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα。平面波导的光线收集点处的场分布变得与输出波导的场分布完全一样。因此，当多路光波被分割时，连接损耗变小了，各路的输出均匀性增大了。

本发明也提供了一种用于将输出波导与平面波导相连接的方法，输出波导与平面波导相连，平面波导位于阵列波导的输出侧，阵列波导位于基板上预定的位置，该方法的特征在于，将期望数目的纤芯连接到平面波导的各输出端，根据中心纤芯在罗兰圆圆周上的位置，从中心纤芯到两端处的纤芯所形成的角依次被定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα，其中在中心纤芯的的中心线与罗兰圆的法线之间形成的角被假定为α。

即，在上述方法中，期望数目的输出波导被用于多路和诸多纤芯，改变这些纤芯以符合平面波导的光线收集点处的场分布，根据中心纤芯在罗兰圆圆周上的位置，从中心纤芯到两侧的纤芯所形成的角被定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα。因此，连接损耗减小了，各通路的输出均匀性增大了。

附图说明

图1是解释了根据本发明一实施例的阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器的一个示例的示意图；

图2是解释了图1所示的阵列波导的必要部件的结构示例的示意图；

图3是解释了图1所示的阵列波导的必要部件的结构示例的示意图；

图4是解释了图1所示的阵列波导的必要部件的结构示例的示意图；

图5示出了当使用了图2到4所解释的平面波导与输出波导连接时本发明的传输特性；

图6示出了当使用了图2到4所解释的平面波导与输出波导连接时具有平的传输特性的平顶阵列波导的传输特性；

图7示出了当使用了图2到4所解释的平面波导与输出波导的连接时从本发明的传输特性中提取出来的一个波长(一个通路)；以及

图8示出了当使用了图2到4所解释的平面波导与输出波导的连接时从本发明的传输特性中提取出来的一个波长(一个通路)。

具体实施方式

下面参照附图将详细解释本发明的实施例。

如图1所示，阵列波导光复用器/解复用器10具有输入波导12、阵列波导13以及输出波导14，它们都位于基板11上预定的位置，并且第一和第二平面波导15和16各自以光学的方式连接输入波导12和阵列波导13以及阵列波导13和输出波导14。

阵列波导13形成于第一和第二平面波导15和16之间，并具有预定的曲率。

如图2所示，在用于定义第二波导16的输出端的罗兰圆的圆周上期望的位置处，输出波导14的纤芯14-n到14n(除纤芯14o之外)连接到第二平面波导的输出端16-n和16n，其中中心轴靠着罗兰圆的法线倾斜一预定的角。

特别是，中心纤芯14o与罗兰圆的法线相垂直地连接到输出端16o。因此，输出端16o和中心纤芯14o的中心线对准在相同的直线上。

连接到输出端16-n到16n(除中心线上的输出端16o以外)的纤芯14-n到14n(除14o以外)连接到第二平面波导16的预定位置，以致中心线与中心处的纤芯14o分离时，靠着罗兰圆的法线的角将变大。

即，与第二平面波导16的两端部分相连的纤芯14-n和14n连接到第二平面波导16上，以致靠着中心线的法线的角α×n(-n)变为最大。位于中心纤芯14o两侧的纤芯14-1和141(简单示出)都与第二平面波导16相连，以致靠着中心线的法线的角α×n(-n)变为最小。各纤芯的中心线与罗兰圆的法线之间形成的角α被定义在中心纤芯14o的一侧。因此，关于一端的纤芯14-n和另一端的纤芯14n，在中心线与罗兰圆的法线之间形成的角Nα在大小方面相等但极性(方向)相反。

更具体地讲，在纤芯14-n到14n(除中心的14o以外)的中心线与罗兰圆的法线之间形成的角α×n(-n)被设置成减小下面两个距离和之间的差值的影响，一个距离和是由输出侧中心处收集的两束光线从平面波导16的输入侧的两端穿行的距离和(光程的光程长度被标记为○)，另一个距离和是由从平面波导16的输入侧的一端中收集的两束光线在输出侧两端穿行的距离和(光程的光程长度被标记为△和II)，当如图2所示光线从第二平面波导16输入到阵列波导13中时，上述差值即为具有最长光程的光程长度与具有最短光程的光程长度之间的差值。在这种情况下，假定在中心纤芯14o两侧的纤芯的中心线与罗兰圆的法线之间的角是α，根据中心纤芯14o的位置，朝着中心纤芯两端的纤芯，在纤芯14-n到15n的中心线与罗兰圆的法线之间形成的角很容易被定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα。如上所述，在位于一侧任何期望的位置处的纤芯以及另一侧相同位置处的纤芯中，中心线与罗兰圆的法线之间形成的角在大小方面是相等的，但极性(方向)相反。

通过连接与(输出)平面波导的输出端相连的纤芯，该平面波导是像上述那样通过根据离平面波导的中心的距离改变与罗兰圆的法线形成的角从而连接到阵列波导的输出侧的，可以防止通带宽传输特性不对称的增大。即，可以减小随后将参照图7进行解释的局部PDL恶化(最差的PDL值的增大)。也可以减小在通常具有平传输特性的阵列波导中发生的通带宽中的波纹，这在下文中会参照图8进行解释。

在本发明中，防止增大通带宽中传输特性的不对称的原理是：

a)考虑在第二(输出侧)平面波导的光线收集点处的场分布，很难完全消除具有最长光程的光程长度与具有最短光程的光程长度之间的差值。结果，可以估计有边分布的对称的恶化在减小，以及

b)离连接到第二平面波导的各纤芯的中心(输出波导的元件)的距离所引起的失配连接的影响。

换句话说，根据上面解释的本发明，可以考虑到，通过将纤芯14-n到14n(除14o之外，与除输出端16o之外的输出端16-n和16n相连)连接到第二平面波导16的预定位置，以致中心线与中心纤芯14o分离时，与罗兰圆的法线形成的角增大，，传输特性便可以匹配于在第二(输出侧)平面波导的光线收集点处的场分布形状。

在上述参照图1的阵列波导光复用器/解复用器10中，来自SMF(单模光纤)(未提及)的多个光信号被输入到输入波导12中。另一方面，被分开的光信号从输出波导14中被输出到单模光纤(SMF)中，该单模光纤连接到阵列波导光复用器/解复用器10的输出侧，这一点没有详细解释。输入到输出波导14中的光信号当然是具有预定波长间隔的输出，它是通过输入波导12从第一平面波导15、阵列波导13以及第二平面波导16中分离出来的。在这种情况下，因图2所解释的原因，在输出波导14的与第二平面波导16之间的连接损耗(耦合损耗)变小了。

此外，由在输出波导14(与第二平面波导16相连)的中心纤芯与两端纤芯之间传输特性差异所引起的已知的PDL减小(PDL的最差值在增大)达到最小。具有平传输特性的平顶输出波导的波纹增大被减小了。

图3解释了另一个实施例，它连接了参照图2已解释过的输出侧平面波导和输出波导。与图1和2相同的组件用相同的标号来表示，并且详细解释将省略。

在图3所示的阵列波导折射光栅光复用器/解复用器中，在用于定义第二平面波导16的输出端的罗兰圆的圆周上期望的位置处，输出波导114中除中心纤芯114o之外的期望数目的纤芯连接到第二平面波导16的输出端16-n和16n，其中中心轴靠着罗兰圆的法线倾斜了预定的角α×n(-n)。(这与图2所示的示例相同)。

在与平面波导16相连的各纤芯114-n到114n的连接部分，形成一个锥形，其平面波导一侧的截面直径被定义得很大。所形成的锥形对于除中心纤芯114o之外的罗兰圆的圆周的法线而言是不对称的。随着离中心纤芯114o的距离的增大，除中心纤芯114o之外的各纤芯中的锥形被定义为增大与中心纤芯114o(与罗兰圆的法线有关)相反的那部分。

即，以中心线的法线作为参考，连接到第二平面波导16的两端的纤芯114-n和114n所具有的锥形被定义为使与中心纤芯相反的部分最大。给纤芯114-1和纤芯1141(简单示出，并位于中心纤芯114o的两侧)的锥形在与中心纤芯相反的部分中形成得很大，但与其它纤芯的锥形的不对称部分的尺寸相比其尺寸(不对称部分的大小)是最小的。

图4解释了另一个实施例，它连接了参照图2已经解释过的输出侧平面波导和输出波导。与图1到3中相同的组件用相同的标号表示，并且详细解释将省略。

在图4所示的阵列波导折射光栅光复用器/解复用器中，在用于定义第二平面波导16的输出端的罗兰圆的圆周上期望的位置处，输出波导214中除中心纤芯214o之外的期望数目的纤芯连接到第二平面波导16的输出端16-n和16n，其中中心轴靠着罗兰圆的法线倾斜了预定的角α×n(-n)。(这与图2所示的示例相同)。

连接到平面波导16的各纤芯214-n到214n的连接部分形成了抛物线形，其平面波导一侧的截面直径被定义得很大。对于除中心纤芯214o以外的罗兰圆的圆周的法线而言，所形成的抛物线型部分是不对称的。随着离中心纤芯214o的距离在增大，除中心纤芯214o之外的各纤芯中的抛物线型部分被定义为增大与中心纤芯214o(与罗兰圆的法线有关)相反的那部分。

即，参照图4所解释的抛物线型连接部分可以被图3所示的锥形替代。

通过连接与平面波导(它与阵列波导的输出侧相连(输出))的输出端相连的纤芯，通过根据离平面波导的中心的距离改变与罗兰圆的法线形成的角，以及通过提供不对称的锥形或抛物线型的连接部分(在相对于法线而言与中心纤芯相反的部分中增大该连接部分)，便可以防止传输特性中的通带宽增大。即，局部的PDL恶化(最差的PDL值在增大)减小了，这在下文中参照图7会解释。在具有一般性平传输特性的阵列波导中所产生的通带宽中的波纹的规模减小了，这在下文中参照图8会解释。

图5示出了当使用参照图2到4所解释的输出波导和平面波导的连接时本发明的传输特性。图5示出了具有传输特性的高斯分布的示例。

在图5中，与中心通路o相比，在两端的通路-n和n中，光信号(波长λ1到λn被用于通道-n到n)的损耗程度得到改善，与虚线所表示的使用已知连接的示例相比，中心与两端的差值在减小。即，当本发明用A来表示而比较示例用B来表示时，作为中心和两端之间的差值的均匀性变成A＜B，并且均匀性由本发明来改善。

图6示出了当参照图2到4解释过的平面波导与输出波导的连接被应用于具有平传输特性的平顶阵列波导时所获得的传输特性。

在图6中，与中心通路o相比，在两端的通路-n和n中，光信号(波长λ1到λn被用于通路-n到n)的损耗程度得到改善，与虚线所表示的使用已知连接的示例相比，中心与两端的差值在减小。即，当本发明用a来表示而比较示例用b来表示时，作为中心和两端之间的差值的均匀性变成a＜b，并且均匀性由本发明来改善。

图7示出了当使用参照图2到4解释过的平面波导和输出波导的连接时本发明的传输特性，其中一个可选的波长(一个通道)被提取出来。图7对应于图5，并且示出了具有传输特性的高斯分布的一个示例。像在图5中那样，标记A用于本发明，标记B用于比较示例。

从图7中可以看出，中心波长的错位通常是相等的，并且PDLA＜PDLB，即使PDλA＝PDλB。PDLA＜PDLB表示，当通带的宽度被最差的PDL值控制(定义)时，通带的宽度被增宽。此外，该结果不依赖于模式，并且在TM模和TE模中是相等的。

更具体地讲，由|A-B|可确定，在40路的高斯阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器中，最大插入损耗改善了0.7dB，串扰电平改善了5dB。此外，可以确定，各路中的不对称得以改善。

图8示出了当参照图2到4解释过的平面波导与输出波导的连接被应用于具有平传输特性的平顶阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器时所获得的传输特性，其中一个可选的波长(一个通路)被提取出。图8对应于图6，并示出了具有平顶传输特性的一个示例。像在图6中那样，标记a用于本发明，b用于比较示例。

从图8中可以看出，中心波长的错位通常相等，并且即使PDλa＝PDλb，PDLa＜PDLb。PDLA＜PDLB与图7相同，并被用于控制通带的宽度。此外，该结果并不依赖于模式，并且在TM模和TE模中相等。

关于平顶阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器所特有的波纹，波纹a＜波纹b，并且可确定波纹的规模是受到控制的。

更具体地讲，由|A-B|可确定，在40路的高斯阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器中，最大插入损耗改善了0.7dB，串扰电平改善了5dB。此外，可以确定，各路中的不对称得以改善。

如上所述，当在阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器中连接输出侧平面波导与期望数目的输出波导通路时，通过连接用于各通路的输出波导，根据离平面波导中心的距离来改变与罗兰圆的法线形成的角，便可以控制通带宽中传输特性的不对称的增大。

当输出波导的末端在连接到平面波导的那部分处被定形为锥形或抛物线型时，该锥形或抛物线型部分可以是不对称的，并且该中心之外的那部分的尺寸可以更大。

如上所述，根据本发明，在阵列波导衍射光栅(AWG)光复用器/解复用器中，由第二波导与输出波导之间失配的模式所引起的连接损耗减小了，并且通带宽中传输特性的中心所对应的不对称是受到控制的。

因此，信号波形是均匀的，并且带宽得到改善以至能够保证预定等级的PDL。

本发明并不限于所描述的这些实施例。本发明可以在不背离其精神或基本特征的情况下以其它特定形式来实施，或得到修改。各实施例可以尽可能地适当组合起来。这样，将获得组合效果。

工业应用

根据本发明，通带宽中的传输特性的不对称的增大得到控制，并且可以获得在输出波导与平面波导之间具有小连接损耗的阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器。

根据本发明，可以获得具有低串扰的阵列波导衍射光栅光复用器/解复用器。

此外，信号波形是均匀的，并且带宽得到改善以至能够保证预定等级的PDL。

Claims (10)

1.一种多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，它包括：

阵列波导，它具有放置在基板上的纤芯以及覆盖所述纤芯的包层，各阵列波导都具有预定的曲率；

输入侧平面波导，它放置在基板上并将通过输入波导而输入的光信号输入到所述阵列波导中；以及

输出侧平面波导，它将从所述阵列波导中输出的光信号输出到输出波导中，

其中所述输出波导具有预定的形状，改变其形状以符合所述输出侧平面波导的光线收集点处的场分布形状，并且还连接到所述输出侧平面波导；并且

多个所述输出波导排列在所述输出侧平面波导所特有的弓形上，并且当与所述输出侧平面波导相连时，随着偏离弓形中心放置的侧边输出波导离开在弓形中心处放置的中心输出波导的距离的不断增大，所述侧边输出波导的中心线与所述弓形的法线之间形成的角不断增大。

2.如权利要求1所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，在从所述中心输出波导到侧边输出波导的方向上，在所述侧边输出波导的中心线与所述弓形的法线之间的角在不断增大。

3.如权利要求1所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，在所述侧边输出波导的中心线与所述弓形的法线之间形成的角正比于从所述中心输出波导到该侧边输出波导的距离而增长。

4.如权利要求1所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，多个输出波导排列在所述输出侧平面波导所特有的弓形之上，并且当所述输出侧平面波导通过锥形或抛物线形的连接部件连接到所述多个输出波导时，随着从侧边输出波导到所述中心输出波导的距离的不断增大，该侧边输出波导中所述锥形或抛物线形之连接部件的不对称部分在不断增大。

5.如权利要求4所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，所述侧边输出波导中锥形或抛物线形之连接部件的不对称部分是所述侧边输出波导中远离所述中心输出波导的部分。

6.一种多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，它包括：

位于基板上预定位置处的阵列波导；

位于所述阵列波导输出侧的平面波导；以及

与所述平面波导相连的输出波导，它具有用于形成罗兰圆的连接表面，并包括纤芯，所述纤芯具有与所述罗兰圆的法线形成的角，根据中心纤芯的位置，所述角在从所述中心纤芯到位于中心纤芯两侧的侧边纤芯的方向上被依次定义为α、2α、3α……(N-1)α、Nα，其中在所述中心纤芯的中心线与所述罗兰圆的法线之间形成的角被假定为α。

7.如权利要求6所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，在侧边纤芯的中心线与所述罗兰圆的法线之间形成的角朝着所述中心的方向上不断减小。

8.如权利要求7所述的多路阵列波导衍射光栅复用器/解复用器，其特征在于，所述输出波导中的每一个纤芯都具有锥形或抛物线形连接部件并且与所述平面波导相连，各侧边纤芯的连接部件在其远离所述中心纤芯的部分包括不对称区域，所述不对称区域随着从该侧边纤芯到所述中心纤芯的距离的增大而增大。

9.一种将输出波导与平面波导相连的方法，所述输出波导连接到位于阵列波导输出侧的所述平面波导，所述阵列波导位于底部预定的位置，所述方法的特征在于，根据罗兰圆圆周上中心纤芯的位置，在从所述中心纤芯到位于中心纤芯两侧的侧边纤芯的方向上，将期望数目的纤芯以α、2α、3α……(N-1)α、Nα所定义的角连接到所述平面波导的各输出端，其中在所述中心纤芯与所述罗兰圆的法线之间形成的角是被假定为α。

10.如权利要求9所述的将输出波导与平面波导相连的方法，在所述方法中所述输出波导连接到位于阵列波导输出侧的所述平面波导，所述阵列波导位于底部预定的位置，所述方法的特征在于，各纤芯具有锥形或抛物线形的连接区域并且与所述平面波导相连，各侧边纤芯的连接区域在其远离所述中心纤芯的部分包括不对称区域，所述不对称区域随着从该侧边纤芯到所述中心纤芯的距离的增大而增大。

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