CN101046532A - 紧凑型1×n光功率分路器 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成光电子技术领域，提供一种能够在较低损耗的情况下减小整个器件的尺寸并能够实现匀衡输出功率的紧凑型1×N光功率分路器。这种紧凑型1×N光功率分路器，包括：N个T型分路器(1)，N为大于或等于2的自然数，作为前一级T型分路器的输出端分别与做为后一级T型分路器的输入端连接，其特征在于T型分路器(1)包括多模干涉型波导(6)，在多模干涉型波导(6)的一端设有作为T型分路器输入端的单模入射波导(3)，在多模干涉型波导(6)的输出端波导上设有V型槽(5)并以由V型槽(5)分隔的两段输出波导作为T型分路器的2个输出端，在多模干涉型波导(6)上设有光功率调制模块(4)。

Description

紧凑型1×N光功率分路器

技术领域

本发明属于集成光电子技术领域，涉及一类新型的无源平面光波光路器件，具体地说是一种紧凑型1×N光功率分路器。

背景技术

光功率分路器件(以下简称功分器)是光纤通信网络干路连接终端用户不可或缺的器件单元，在光纤到户无源光网络中得到了广泛的应用；并随着光互连在高性能计算机中的应用，功分器也是必需的器件之一。光纤型分路器功分不均匀、体积大，在需要大端口数的场合难以应用。平面光波光路类器件基于微电子工艺，可以方便地实现大端口数、功分均匀等功能，体积小，便于应用。目前实现平面光波光路功分器的方案在于由Y型分路器、条形波导耦合器以及多模干涉型波导构成分路单元，通过级联形成1×N的功分器。

然而各类应用对分路器输出端口数量及功分均匀度的要求越来越高，如何实现低损耗、结构紧凑、均匀功分、大分路数便成为了日益突出的问题。平面光波光路实现T型分路及90°转弯时，由于大角度弯曲势必大大增加损耗，若要降低损耗，则必须采用纵向缓变结构，加长器件尺寸。此外，在加工制作中不可避免地引进一些误差，导致功分不均匀。因此，如何在紧凑性和损耗间取得两者的平衡，实现功分均匀，是十分关键的问题。

发明内容

本发明提供一种能够在较低损耗的情况下减小整个器件的尺寸并能够实现匀衡输出功率的紧凑型1×N光功率分路器。

本发明采用如下技术方案：

一种紧凑型1×N光功率分路器，包括：N个T型分路器，N为大于或等于2的自然数，作为前一级T型分路器的输出端分别与做为后一级T型分路器的输入端连接，其特征在于T型分路器包括多模干涉型波导，在多模干涉型波导的一端设有作为T型分路器输入端的单模入射波导，在多模干涉型波导的输出端波导上设有V型槽并以由V型槽分隔的两段输出波导作为T型分路器的2个输出端，在多模干涉型波导上设有光功率调制模块。在前一级T型分路器的输出端与后一级T型分路器的输入端之间设有直角拐弯单元，该单元由多模波导、弧形波导及模斑转换器组成，多模波导的一端作为直角拐弯单元的输入端，多模波导的另一端与弧形波导的一端连接，弧形波导的另一端与模斑转换器宽度较大的一端相连，模斑转换器的另一端作为直角拐弯单元的输出端，上述直角拐弯单元的输入端与前一级T型分路器的输出端连接，直角拐弯单元的输出端与后一级T型分路器的输入端连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明融合了多模干涉型波导型结构紧凑的特点，提出了一种新型的结构使得光波在较低损耗、较低偏振影响的情况下可以形成直角拐弯，大大减小了整个器件的尺寸，损耗降低为0.5dB。同时加入了可调模块，均衡了输出功率。结合紧凑性的特点，有利于器件的单片集成规模化生产。

1×N功分器由1×2分路单元级联构成。该单元在传统的多模干涉型波导分路器的基础上，在出射端中心处加入V型槽，构成T型分路器，适当选取V型槽的张开角度以及多模干涉型波导的横宽比，可以降低光波由大角度弯曲所带来的损耗。为均衡输出功率，在多模干涉型波导中加入了可调模块。为降低由大角度弯曲级联带来的损耗，设计了一种新型的直角拐弯单元结构。该结构有效的降低了弯曲损耗以及偏振的影响。在输出端加入模斑转换器，以单模工作的波导连接下一级分路器。

附图说明

图1是1×N功分器结构示意图。

图2是T型分路器结构示意图。

图3是直角拐弯单元示意图。

图4是入射端波导的横截面图。

图5是入射端波导3的本征模场图，图5a为TE模场图、图5b为TM模场图。

图6是1×2分路器TE模传输仿真模场图。

图7是1×2分路器TM模传输仿真模场图。

图8是波导工作在TE模状态下连续波激励T型分路单元的归一化输入输出能量与传播距离的关系曲线图。

图9是波导工作在TM模状态下连续波激励T型分路单元的归一化输入输出能量与传播距离的关系曲线图。

具体实施方式

参照图1、图2，一种紧凑型1×N光功率分路器，包括：N个T型分路器1，N为大于或等于2的自然数，作为前一级T型分路器的输出端分别与做为后一级T型分路器的输入端连接，其特征在于T型分路器1包括多模干涉型波导6，在多模干涉型波导6的一端设有作为T型分路器输入端的单模入射波导3，在多模干涉型波导6的输出端波导上设有V型槽5并以由V型槽5分隔的两段输出波导作为T型分路器的2个输出端，在多模干涉型波导6上设有光功率调制模块4。上述光功率调制模块可以采用现有技术中公开的模块，例如：电子科技大学学报2005 VOL.34，NO.6中，由凌云，邱昆，刘平，王一撰写的文献《一种新型SOA-MZI光功率均衡器的研究》中的光功率调制模块。

参照图3，在前一级T型分路器的输出端与后一级T型分路器的输入端之间设有直角拐弯单元2，该单元由多模波导7弧形波导8及模斑转换器9组成，多模波导7的一端作为直角拐弯单元2的输入端，多模波导7的另一端与弧形波导8的一端连接，弧形波导8的另一端与模斑转换器9宽度较大的一端相连，模斑转换器9的另一端作为直角拐弯单元2的输出端，上述直角拐弯单元2的输入端与前一级T型分路器的输出端连接，直角拐弯单元2的输出端与后一级T型分路器的输入端连接。

参照图4、图5，光波从图2的波导3入射，波导3为单模波导，图4是波导3的横截面图，图5是波导3的本征模场图，其中图5a为TE模模场图，图5b为TM模模场图。通过多模干涉型波导6，适当选取6的长宽比，由自镜像效应，可以使得光波在出射端产生两个相干加强峰如图6，7所示。在理想情况下，这两个峰由于器件外形对称，折射率分布均匀，强度完全相同，光功率等分。

但在实际情况下，由于实际加工制作过程中产生的各类误差很难做到功率等分。为均衡输出功率，在多模干涉型波导型6中加入了一个可调模块4。该模块可以由电光效应、声光效应、热光效应、磁光效应等机理构成，通过改变器件的折射率分布来调节输出的功分比，从而可以补偿实际加工制作过程中产生的各类误差所带来的功分不均匀达到均衡输出功率的目的。

为提高器件的紧凑性，在多模干涉型波导型6的右端中心处加入V型槽5如图2所示，没有增加额外的输出条形波导的尺寸，直接在多模干涉型波导内部将两路光波分开并形成直角拐弯，从而减小了分路器的尺寸；适当选取V型槽5的张开角度以及出射波导的宽度可以降低大角度弯曲带来的损耗。

为进一步提高器件的紧凑性，在相邻两个分路器的级联处采用了直角拐弯单元2。光波的直角拐弯进一步提高了器件的紧凑性。由V型槽5分出的光波首先进入直角拐弯单元2的入射端波导7，使其工作在多模状态从而降低直角拐弯带来的损耗，同时多模工作的弧形波导可以降低偏振的影响；经过弧形波导8，在出射端采用模斑转换器结构9，进行工作模式的转换，以单模工作的波导连接下一级分路器以便于和入射波导3的情况相一致。将分路器1以及直角拐弯单元2按照图1的结构进行级联最终可以形成1×N功分器，其中N可以为8，16，32，64等等。

图6～9给出1×2分路单元的数值分析结果，该单元尺寸为20×20μm²，功分比达到1∶1。图8为TE模，图9为TM模。图中虚线为输入能量，实线为从直角拐弯单元2的输出端口的输出能量。由图8，9可知T型分路单元的损耗较低约为0.5dB，偏振影响小。

Claims (2)

1、一种紧凑型1×N光功率分路器，包括：N个T型分路器(1)，N为大于或等于2的自然数，作为前一级T型分路器的输出端分别与做为后一级T型分路器的输入端连接，其特征在于T型分路器(1)包括多模干涉型波导(6)，在多模干涉型波导(6)的一端设有作为T型分路器输入端的单模入射波导(3)，在多模干涉型波导(6)的输出端波导上设有V型槽(5)并以由V型槽(5)分隔的两段输出波导作为T型分路器的2个输出端，在多模干涉型波导(6)上设有光功率调制模块(4)。

2、根据权利要求1所述的紧凑型1×N光功率分路器，其特征在于在前一级T型分路器的输出端与后一级T型分路器的输入端之间设有直角拐弯单元(2)，该单元由多模波导(7)弧形波导(8)及模斑转换器(9)组成，多模波导(7)的一端作为直角拐弯单元(2)的输入端，多模波导(7)的另一端与弧形波导(8)的一端连接，弧形波导(8)的另一端与模斑转换器(9)宽度较大的一端相连，模斑转换器(9)的另一端作为直角拐弯单元(2)的输出端，上述直角拐弯单元(2)的输入端与前一级T型分路器的输出端连接，直角拐弯单元(2)的输出端与后一级T型分路器的输入端连接。

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