CN101013921A - 具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，它由输入光纤、PLC型双进多出(2×N)分路器模块、一组N个输出光纤构成；输入光纤包括第一输入光纤和第二输入光纤，第一输入光纤的输入端口和第二输入光纤的输入端口均通过PLC型双进多出(2×N)分路器模块与一组N个输出光纤的输出端口连接，并实现输入光信号的多路分出。本发明可靠性好，插入损耗小、回波损耗大、方向性好、分光比均匀，而且应用透镜光纤作为输入光纤和输出光纤提高了输入通道和输出通道的耦合效率，易与半导体激光器光源等有源器件和III－V族调制器/光开关、滤波器等无源器件实现单片集成或混合集成。
Description
一、技术领域
本发明属于光电子学和集成光学技术领域，涉及一种平面光波分路器，具体地说是一种用于高速光通信系统、光信号处理系统、光互联网络、光纤CATV工程中进行光信号功率分配的具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器。
二、技术背景
光分路器是在光通信系统、光信号处理系统、光互联网络、光纤CATV工程等应用中将光信号进行耦合、分支、分配的一种光无源器件，按工艺加工的不同，可以分为光纤型和平面光波光路(PLC)型两种。目前PLC型分路器多在硅、玻璃、石英、聚合物等衬底材料上来实现，且只提供1×N光分路。这种1×N光分路结构的光分路器的缺点是：可靠性差，光分路器在构成无源光网络时，一旦输入通道出现故障，由1×N分路器分出的N个支路的用户也随之中断；此外，若制作PLC选用如硅、玻璃、石英、聚合物等作为衬底材料，难以实现与基于III-V族半导体材料的有源器件集成。
三、发明内容
针对目前PLC型1×N分路器在应用中的不足，本发明的目的是提供了一种具有冗余通道的PLC双进多出分路器，该分路器在某一输入通道损坏时，可启用另一输入通道。同时从实现光功能集成模块的需求出发，额外增加输入通道势必导致插入损耗增加，为实现光纤与芯片的高效耦合，输入通道和输出通道均用透镜光纤与芯片直接相连，减少了分立透镜的使用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，其特征在于：它由输入光纤、PLC型双进多出(2×N)分路器模块、一组N个输出光纤构成；所述输入光纤包括第一输入光纤和第二输入光纤，第一输入光纤的输入端口和第二输入光纤的输入端口均通过PLC型2×N分路器模块与一组N个输出光纤的输出端口连接，并实现输入光信号的多路分出。
本发明中，第一输入光纤与其输入端口构成第一输入通道；第二个输入光纤与其输入端口构成第二输入通道；正常情况时，只有一个输入通道在使用，如果正在使用的第一输入通道出现故障时，备用的第二输入通道即投入使用。这样就不会影响光信号的正常传递。
为提高光信号的传递效率，第一输入光纤和第二输入光纤是可以提高输入通道耦合效率的锥形或楔形等特种透镜光纤。一组N个输出光纤是可以提高输出通道耦合效率的透镜光纤或标准单模光纤(SMF)。
锥形透镜光纤对SMF的高斯光束实现了会聚，将光斑模场直径压缩为4～5μm，相对于SMF提高了与PLC的耦合效率，但圆形光斑和PLC的椭圆模斑仍存在着部分失配，而且其尖锥形端部在与芯片的对准调节过程中容易损伤PLC波导端面。楔形透镜光纤是将标准单模光纤用光学研磨的方法加工成一定角度的楔形，再将端面制成微小尺寸柱面透镜获得的。它可以输出椭圆光斑，改善聚光效果，将光场高效耦合入PLC波导芯层，最大限度地防止由光场进入波导芯层以外而导致的漏光现象。
本发明中，通过输入透镜光纤高效地激励PLC芯片，经过分叉波导由一组N个输出光纤接收并输出。
与现有技术相比，本发明的优点是：具有冗余输入通道，大大提高了光分路器的可靠性；可以实现与基于各类衬底材料，尤其是III-V族半导体材料的有源/无源器件单片或混合集成；插入损耗小、回波损耗大、方向性好、分光比均匀、结构紧凑，环境稳定性良好。
四、附图说明
图1是具有冗余通道的双进多出分路器框图
图2是楔形透镜光纤与PLC芯片耦合示意图
图3是楔形透镜光纤出射光场仿真结果图
图4是锥形透镜光纤示意图
图5是锥形透镜光纤出射光场仿真结果图
图6是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器示意图
图7是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器测试结果
五、具体实施方式
实施例1
图1是本发明的结构示意图。由输入光纤1、PLC型双进多出(2×N)分路器模块2、一组N个输出光纤3构成。其中，输入光纤1包括第一输入光纤11和第二输入光纤12，第一输入光纤11的输入端口111和第二输入光纤12的输入端口121均通过PLC型双进多出(2×N)分路器模块2与一组N个输出光纤3的输出端口31连接。
输入光纤1和一组N个输出光纤3与分路器模块2通过耦合端口4连接。其中，输出光纤3有N路。光场从输入光纤1输入，经过输入光纤1与分路器模块2的耦合端口4进入PLC分路器模块2，再经由输出光纤3与分路器模块2的耦合端口4进入输出光纤3，实现输入光信号的多路分出。
图2是楔形透镜光纤与PLC芯片耦合示意图。其中，θ为楔形光纤的楔角、、R为楔形光纤的端面圆柱透镜曲率半径、a为SMF纤芯半径，D为楔形透镜光纤与PLC芯片间的纵向失配。光纤与PLC芯片有最佳的纵向、横向、角向失配关系。
图3是楔形透镜光纤出射光场仿真结果图，其传输光场为椭圆高斯光束，与PLC芯片本征模场完全匹配。
实施例2
图4是锥形透镜光纤示意图。其中，taper为锥形部分，lens为透镜；ρcl为包层半径，ρ为芯层半径，α为芯层半锥角，zl为锥形部分的长度，RL为透镜曲率半径。图5是锥形透镜光纤出射光场仿真结果图。其传输光场为压缩后的圆高斯光束，与PLC芯片本征模场匹配优于标准单模光纤。
图6是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器示意图。PLC分路器模块包括一个X分支单元和Y1、Y2两个Y分支单元。第一输入光纤11与其输入端口111构成第一输入通道；第二个输入光纤12与其输入端口121构成第二输入通道；一组四个输出端口31与一组四个输出光纤3构成一组四个输出通道。
正常情况时，只有第一输入通道在使用，光场从第一输入光纤11输入，经过输入光纤11与分路器模块2的耦合端口4进入PLC分路器模块2，再经由输出光纤3与分路器模块2的耦合端口4进入四个输出光纤3，实现输入光信号的四路分出。如果正在使用的第一输入通道出现故障时，备用的第二输入通道即投入使用。此时，光场从第二输入光纤12输入，经过输入光纤12与分路器模块2的耦合端口4进入PLC分路器模块2，再经由输出光纤3与分路器模块2的耦合端口4进入四个输出光纤3，实现输入光信号的四路分出。这样就不会影响光信号的正常传递。
图7是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器的测试结果。1310nm和1550nm EELED光源由输入通道入射，由四个输出通道输出，在输出端口间实现功率均分。
Claims (4)
1、一种具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，其特征在于：它由输入光纤(1)、PLC型双进多出分路器模块(2)、一组N个输出光纤(3)构成；所述输入光纤(1)包括第一输入光纤(11)和第二输入光纤(11)，第一输入光纤(11)的输入端口(111)和第二输入光纤(12)的输入端口(121)均通过PLC型双进多出分路器模块(2)与一组N个输出光纤(3)的输出端口(31)连接，实现输入光信号的多路分出。
2、根据权利要求1所述的具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，其特征在于：第一输入光纤(11)与其输入端口(111)构成第一输入通道；第二个输入光纤(12)与其输入端口(121)构成第二输入通道；正在使用的第一输入通道出现故障时，备用的第二输入通道即投入使用。
3、根据权利要求1所述的具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，其特征在于：第一输入光纤(11)和第二输入光纤(12)是可以提高输入通道耦合效率的透镜光纤；一组N个输出光纤(3)是可以提高输出通道耦合效率的透镜光纤或标准单模光纤。
4、根据权利要求3所述的具有冗余通道的平面光波光路型双进多出分路器，其特征在于：所述输入光纤(1)为楔形或锥形透镜光纤，光场入射透镜光纤高效地激励PLC芯片，经过分叉波导由一组N个输出光纤(3)接收并输出。
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