CN101106434A - 一种频谱平坦化的单纤三重波分复用器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，包含依次相连的一条输入波导，输入平板波导区，阵列波导区，输出平板波导区和三条输出波导，三条输出波导分别对应波长为1310nm，1490nm和1550nm的光信号输出，在每条输出波导和输出平板波导区之间连接频谱平坦化结构。该频谱平坦化结构可以是多模干涉波导、抛物型波导或Y分支。本发明实现的频谱平坦化单纤三重波分复用器，具有很大的设计自由度，能够对每个输出通道都得到最优化的频谱平坦化效果，有效地增大了各信道频谱响应的3dB带宽。
Description
技术领域
本发明涉及波分复用器，尤其涉及一种频谱平坦化的单纤三重波分复用器。
背景技术
除骨干网和城域网，光纤到户接入网逐渐成为光通信的重要发展建设方向。光纤到户(FTTH)可向用户提供极丰富的带宽，是一种理想的接入模式，是未来光纤通信系统解决“最后一公里”的最好方式，并将成为新一代宽带网络的标志。“十一五”规划明确提出：“加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合”。三网融合是用一个网络代替目前的语音、数据和视频三个网络，并整合三个网络的功能。采用单纤三向传输技术来实现这种综合业务的传输已经逐渐成为光纤到户技术发展的一个主流。这对光器件提出了新的技术要求并为之开辟了一个崭新的应用领域。
在光纤到户接入网系统中，单纤三向复用器(Triplexer)是一种必需基本元器件。从中央控制单元发射出两个不同波长(1490nm/1550nm)的光信号(数据业务1490nm、视频业务1550nm)。这两路信号经由一条光纤发送到终端后由Triplexer分开，然后分别耦合到一个数字信号接收器(数据业务1490nm)和一个模拟信号接收器(视频业务1550nm)。同时将一个数字信号发射器发射的光信号(语音业务1310nm)通过Triplexer耦合到同一条光纤反向传输至中央控制单元。基于阵列波导光栅(AWG)的Triplexer相对于其它分立型器件来说，具有集成度高、尺寸小、稳定性高、大批量生产等突出优势。普通的AWG单纤三重波分复用器的结构如图1所示，包括依次相连的一条输入波导、输入平板波导区、阵列波导区、输出平板波导区和三条输出波导。光从输入波导依次通过输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区传播至输出波导。三条输出波导分别对应波长为1310nm，1490nm和1550nm的光信号输出。
在WDM(波分复用)系统中，器件的通道带宽是其重要特性之一。按频谱响应的形状可以将AWG波分复用器分为高斯型和平顶型。对于高斯型AWG波分复用器，由于它的1dB带宽较小，外界因素(如工作温度漂移等)的影响大大限制了器件在系统中的应用。相比之下，平顶型AWG波分复用器的1dB带宽要大得多，因而具有很多优点：(1)允许高速调制；允许激光器的发射波长有小量偏移；减小了对温度变化的敏感性；减小了对偏振的敏感性；降低了工艺中折射率控制精度要求等。因此，通过采用频谱平坦化结构从而实现平顶型AWG波分复用器是一项关键技术。
已有多种用于AWG波分复用器频谱平坦化的方法。例如文献“Flat channelpassband wavelength multiplexing and demultiplexing devices by multiple Rowlandcircle design，”Y.P. Ho，H.Li and Y. J.Chen，IEEE Photo.Technol.Lett.，9(3)：342-344，1997中提到可以使用双罗兰结构。文献“Multigrating method for flattenedspectral response wavelength multi/demultiplexer，”Rigny.A.，A.Bruno and H.Sik.，Electron.Lett.，33(20)：1701-1702，1997中提到可以使用双光栅结构。
文献“Compact and low-loss integrated box-like passband multiplexer，”C.R.Doerr，L.W. Stulz，and R.Pafchek，IEEE Photo.Technol.Lett.，15(7)：918-920，2003提出利用马赫-泽德干涉器(MZI)和AWG级联的方法：设计MZI自由光谱范围(FSR)，使之与AWG通道间隔相等。此时，带通内波长经过MZI后在AWG输入面上产生不同的预偏移，从而在输出面上的成像位置几乎都处于输出波导的中心位置，因而带通内波长的输出几乎相同，即实现了频谱平坦化。
一种直观简便的方法是在输入/输出波导处连接特殊的频谱平坦化结构。例如在美国专利C.Dragone and L.Siliver，US patent.No.5,706,377，Feb/1995提出可以在输入/输出波导处连接Y分支；而在文献“Flat spectral responsearrayed-waveguide grating multiplexer with parabolic waveguide horns，”K.Okamoto and A.Sugita，Electron.Lett.，32(18)：1661-1662，1996中提出在输入波导与输入平板波导区之间引入抛物形波导；在文献“Use of multimode interferencecouplers to broaden the passband of wavelength-dispersive integrated WDM filters，”J.B.D.Soole，et al，IEEE Photo.Technol.Lett.，8(10)：1340-1342，1996中提出在输入波导与输入平板波导区之间引入标准多模干涉耦合器(Multimode interferencecoupler，简称MMI)。
同样地，普通AWG Triplexer具有高斯型频谱响应，其1dB带宽小于10nm。为了进一步降低器件制作和封装成本(例如取消温控装置)，完全有必要采用频谱平坦化设计。和普通AWG波分复用器不同的是：Triplexer的工作波长范围非常大(1310nm～1550nm，大于240nm)，而普通AWG波分复用器的工作波长范围通常仅为30nm左右。在普通AWG波分复用器频谱平坦化结构设计中，往往只需针对AWG中心通道波长来设计。然而，这种设计并不适合于Triplexer的频谱平坦化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种频谱平坦化的单纤三重波分复用器，以解决普通单纤三重波分复用器频谱响应为高斯型，通道3dB带宽小的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：频谱平坦化的单纤三重波分复用器包含依次相连的一条输入波导，输入平板波导区，阵列波导区，输出平板波导区和三条输出波导，三条输出波导分别对应波长为1310nm，1490nm和1550nm的光信号输出，其特征是在每条输出波导和输出平板波导区之间连接频谱平坦化结构。
上述的频谱平坦化结构可以是多模干涉波导、抛物型波导或Y分支。
本发明在输出波导和输出平板波导区之间接入频谱平坦化结构，可以使各通道中心波长邻域内的波长都具有几乎相等的输出功率，即实现了频谱平坦化。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用在每条输出波导和输出平板波导接入频谱平坦化结构，工作原理简单，可以实现平顶型的单纤三重波分复用器。
2.本发明的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，每个频谱平坦化结构的参数可以针对各自通道中心波长进行设计，具有很大的设计自由度，能够对每个输出通道都得到最优化的频谱平坦化效果，可将各个输出通道的3dB带宽都提高到20nm左右，尤其减小了器件对波长漂移的敏感性，从而使器件在实际应用中更加可靠，也降低了器件的使用成本。
3.本发明的频谱平坦化的单纤三重波分复用器和传统阵列波导光栅制作工艺完全兼容，不需要额外工艺步骤，具有结构设计简单、制作工艺简单、成本低等优点。
附图说明
图1是普通的AWG单纤三重波分复用器的结构示意图；
图2是本发明的频谱平坦化的单纤三重波分复用器的结构示意图；
图3是实施例1的单纤三重波分复用器各条输出波导的频谱响应模拟结果图；
图4是实施例2的单纤三重波分复用器各条输出波导的频谱响应模拟结果图；
图5是实施例3中的Y分支频谱平坦化结构示意图；
图6是实施例3的单纤三重波分复用器各条输出波导的频谱响应模拟结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图2，本发明的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，包含依次相连的一条输入波导1，输入平板波导区2，阵列波导区3，输出平板波导区4和三条输出波导5，三条输出波导分别对应波长为1310nm，1490nm和1550nm的光信号输出，在每条输出波导5和输出平板波导区4之间连接频谱平坦化结构6。
本发明中的频谱平坦化结构可以是多模干涉波导、抛物型波导或Y分支。通过采用不同参数的频谱平坦化结构，可使得各通道中心波长邻域内的波长都具有几乎相等的输出功率，实现频谱平坦化。
实施例1 频谱平坦化结构为多模干涉(MMI)波导
采用的多模干涉(MMI)波导是折射率差为Δ＝0.75％的6μm×6μm SiO2-on-Si掩埋型光波导，MMI波导的参数如下：
| 第一条输出波导 | 第二条输出波导 | 第三条输出波导 | |
| 中心波长(nm) | 1490 | 1310 | 1550 |
| MMI宽度W(μm) | 13.8 | 12.6 | 14.4 |
| MMI长度L(μm) | 150 | 141 | 154 |
图3为本例基于多模干涉(MMI)波导的频谱平坦化单纤三重波分复用器中各条输出波导的频谱响应模拟结果。图中，第一、第二、第三条输出波导频谱响应的3dB带宽分别为24nm、28nm、30nm。由此可见，采用本发明可实现频谱平坦化。
实施例2频谱平坦化结构为抛物型波导
抛物型波导形状由式子给定： 式中Z为从抛物形波导入口至末端方向的距离，L为抛物形波导长度，W为抛物形波导宽度。采用的抛物型波导是折射率差为Δ＝0.75％的6μm×6μm SiO2-on-Si掩埋型光波导，抛物型波导参数如下：
| 第一条输出波导 | 第二条输出波导 | 第三条输出波导 | |
| 中心波长(nm) | 1490 | 1310 | 1550 |
| 宽度W(μm) | 24 | 22.5 | 25 |
| 长度L(μm) | 300 | 296 | 305 |
图4为本例基于抛物型波导的频谱平坦化单纤三重波分复用器中各条输出波导的频谱响应模拟结果。图中，第一、第二、第三条输出波导频谱响应的3dB带宽分别为36nm、37nm、38nm。由此可见，采用本发明实现了频谱平坦化。
实施例3 频谱平坦化结构为Y分支
图5为所采用的Y分支结构，图中G为Y分支之间的空隙宽度，L为Y分支之间的空隙长度，Ltp为锥形波导长度。
Y分支结构中的锥形波导形状由式子给定： 。式中Z为从抛物形波导入口至末端方向的距离，L为锥形波导长度，W为锥形波导宽度。
采用折射率差为Δ＝0.75％的6μm×6μm SiO2-on-Si掩埋型光波导，则Y分支参数如下：
| 第一条输出波导 | 第二条输出波导 | 第三条输出波导 | |
| 中心波长(nm) | 1490 | 1310 | 1550 |
| 空隙G(μm) | 2 | 2 | 2.4 |
| 长度L(μm) | 50 | 50 | 50 |
| 锥形波导长度Ltp(μm) | 220 | 235 | 240 |
图6为本例基于Y分支的频谱平坦化单纤三重波分复用器中各条输出波导的频谱响应模拟结果。图中，第一、第二、第三条输出波导频谱响应的3dB带宽分别为24nm、24nm、25nm。由此可见，采用本发明可实现频谱平坦化。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种频谱平坦化的单纤三重波分复用器，包含依次相连的一条输入波导(1)，输入平板波导区(2)，阵列波导区(3)，输出平板波导区(4)和三条输出波导(5)，三条输出波导分别对应波长为1310nm，1490nm和1550nm的光信号输出，其特征是在每条输出波导(5)和输出平板波导区(4)之间连接频谱平坦化结构(6)。
2.根据权利要求1所述的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，其特征在于所说的频谱平坦化结构(6)是多模干涉耦合器。
3.根据权利要求1所述的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，其特征在于所说的频谱平坦化结构(6)是抛物型波导。
4.根据权利要求1所述的频谱平坦化的单纤三重波分复用器，其特征在于所说的频谱平坦化结构(6)是Y分支。
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| CN104918145A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-16 | 中国科学院半导体研究所 | 单片集成式多波长偏振复用/解复用器 |
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2007
- 2007-08-10 CN CNA2007100707455A patent/CN101106434A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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