CN101454702A - 宽带2×2光分路器 - Google Patents

Abstract

一种包括四端光学混频器的光学器件，该四端光学混频器能够将在两个输入端之一或两个输入端处提供的光功率以指定比例分配至两个输出端中。

Description

宽带2×2光分路器

技术领域

本发明提供了多端口光波导元件，其采用在很宽的波长部分带宽范围内基本为常数的功率平衡比，将来自一个或两个输入端的光功率分配至两个输出端中。

背景技术

近年来，在全球范围内掀起了采用宽带为越来越多的人提供访问因特网和其他电子信息源的巨大热潮。现有的电话和有线电视网络已被“改造”以为少数特权用户提供以每秒几百K比特或每秒几兆比特的速率检索数字信息的性能。然而被广泛认可的是，为了使信息网络变得真正的有趣、恰当的并且最重要的是能够传递商业上可行的服务，需要采用更高的带宽以连接到更多的用户。现有的接入网络是为有线电视和有线或无线电话服务设计的，在实践中其并不适于到达上述水平。为了满足预期的需求，接入供应商(一般是电话或有线电视公司)已经开始计划和安装将光纤从总局连接到用户住所或非常接近用户住所的新光纤接入网络。

这些新兴光纤网络中的主流结构大多是无源光网络，或称为PON。这里“无源”一词指的是这样的情况：在接入供应商总局(CO)的光线路终端(OLT)和例如在用户住所侧的光网络单元(ONU)之间，，光纤网络没有有源的或动态组件。

在目前的典型应用中，PON在CO和用户之间传输两个或三个数据流。有从CO到用户的数字数据流(“下行”数据)，从用户返回到CO的数字数据流(“上行”)，和在某些情况下携带多频道视频的混合模拟/数字下行数据流(即，有线电视信号)。通常地，以不同波长传输这些数据流的每个使得它们更容易被OLT和ONU区分。一般可在大约1490纳米(S带)发送下行(OLT到ONU)数据，在大约1310纳米(O带)发送上行(ONU到OLT)数据，并在大约1550纳米(C带)发送视频下行数据。也有人正在考虑将大约1250纳米到1625纳米区域内的附加波长包括进来，以进一步提高网络传输数字流的能力。

PON的节段总是被共享使得每一个OLT服务于数个ONU。对于每个数字流，OLT每次只能为一个ONU提供服务(可能有下行数字广播，但不是常见的操作)。视频流是典型的从OLT到所有ONU的自由广播。ONU与网络中的信号同步使得在任何指定时刻下不多于一个ONU与OLT通信。下行数据被做上标记使得只有为它专门服务的ONU将数据传输到该用户的住所网络中。共享是通过在使用光分路器的PON中将光纤网络分为几个分支来实现的，这将在该节段的所有下行分支中被动地平均分配光功率。经过光分路器的上行信号按照平衡比减少功率，但只是减小发送到OLT的上行流的功率，而不减小发送至其它ONU的返回下行流。

用于PON的光分路器一般服务于适当数量N(即32)的分支并且可具有一个输入端(a1×N分路器)或两个输入端(a2×N分路器)。当要求将分路器功能与不可知波长服务复用器(即，将数字下行流和视频结合起来而不考虑它们单独的波长)结合起来时使用2×N型分路器，或者仅为了适应来增加其它服务的可能性而使用2×N型分路器。

安装新的光纤接入网络的最大花费是“挖掘”成本，或者是将传输组件(主要是光纤和分路器)从点A(即，OLT)安装到所有点B(即，ONU)。像这样，非常需要确保安装的传输网络尽可能具有适应性，并且确保其可被用于目前为止未确定的未来网络需求。光纤网络自身的容量远大于目前方案所使用的容量，并且只要其保持足够通用化，就可被用于未来更大带宽的方案而不需要挖掘建立新的网络。在这里“足够通用化”条件主要是指在1.25微米(1250纳米)到1.65微米(1650纳米)范围内传输特性与波长无关。这就意味着非常需要OLT和ONU之间的光纤和其它光组件在大约30％的部分带宽上是对波长不敏感的。在这里，为了方便起见而不是根据任何已有惯例，该波带被称为“超宽”波长范围。

对于N为8、16、32、64或128的1×N和2×N分路器，优选的分路器技术是平面光波导(Planar Lightwave Circuit)。对于N等于2或4的情况，取决于成本/性能的要求，熔融拉锥式光分路器也是可能具有竞争力的。对于N不是2的幂或大于128的情况，还没有研究出很好的分路器技术，因此不建议N取这样的值。

平面光波导，或者可交换使用的印刷光波导(PLC)是通常通过与用于制造集成电路的复制工艺相近的方法在衬底的表面上制造的光波导系统。即使当PLC变得越来越复杂和精密，正如在集成电路中那样，它们仍主要由少数基本回路元件构成。基本波导回路元件之一是四端混频器。该器件的每个端口具有各种综合性能，可基本上用于导入混频器中或从混频器中提取的光信号，或甚至同时用于两个方向。但是，四端光学混频器几乎不变的特征在于：具有两个“输入”端和两个“输出”端，其隐含的知识是可从该规格衍生出其它的性能模式。当以这种方式规定该四端混频器的性能时，通常称之为2×2耦合器或2×2分路器。当每个耦合器的输出端与1×(N/2)分路器回路元件的输入端连接时，组合回路提供2×N分路器的功能。

当N是2的幂时，可以将1×2分路器或2×2分路器进行串联来得到1×N分路器。本领域中已知有三端1×2分路器，其能在超宽波长范围内提供足够均一的功率分配，并且能以多种非显然的(non-trivial)、但被充分证明的方法来制造。2×N分路器的第一级必须是四端2×2器件。因此，具有生产波长不敏感型2×N分路器的能力，并通常足以提供生产波长不敏感型2×2分路器的能力是必须的。

在2×2光分路器中，进入两个输入端中任一端口的光从两个输出端出射。这里，输入端和输出端是用于确定具体端口的术语，并不是指光传输的具体方向。例如，在2×2光分路器中，光可从输出端进入并从输入端出射。可选的是，光可同时进入两个输入端。

最常见的2×2波导分路器回路元件是谐振定向耦合器。由于自身的波长相关性，此种简单的定向耦合器单独使用不适于用作2×N分路器的输入级。谐振定向耦合器一般只在大约3％的部分带宽上显示±1/2-dB的稳定平衡比。

另一种2×2分路器，被称为绝热式2×2分路器，已知可更大的波长范围内表现为对波长不敏感，假设其足够长。下列因素使得这种分路器通常不适合用于PON的2×N分路器：所需要的极窄的聚光锥很难一致地进行制造；且需要获得30％部分带宽的足够器件长度比谐振定向耦合器长很多倍，整个2×N分路器的尺寸变得过大以至于无法符合所需的封装尺寸，并且制造成本太高。而且，已知的减小标准光波导回路元件尺寸的方法不能减小绝热器件的尺寸，并且实际上经常需要增大绝热器件的尺寸。对于作为用于商用规模PON网络的配置的商品的实用的绝热式2×2分路器，很难有任何前景。

发明内容

下面对本发明进行简要概述以提供对本发明某些方面的基本了解。此概要并非本发明的完整描述。其目的既不是确定本发明的重要或关键要素，也不是要圈定本发明的范围。相反的，此概述的唯一目的是以简化形式提出本发明中的一些概念，作为在下文中提出的更详细说明的序言。

在传统的2×2分路器中，要在宽带波长上获得均等分路是困难的/不可能的，尽管对于给定波长来说均等分路一般不是问题。本发明提供了四端光波导元件，其采用在很宽的波长部分带宽范围内基本为常数的功率平衡比，可将来自一个或两个输入端的光功率分配至两个输出端。也就是说，本文中所述的器件和方法具有加宽波长范围的能力，在该波长范围内分光比是均匀的或基本上均匀的。本文所述的器件通常是非正交器件。本发明还说明了在宽和超宽波长范围内获得所需分光比的方法。

为了实现上述及相关的目的，本发明包括了在下文中全面说明并在权利要求中具体指出的特征。下面的说明和附图详细陈述了本发明的某些说明性方面和本发明的实施方案。然而，这些只是代表了可应用本发明原理的多种方式中的一部分。从下面结合附图对本发明的详细说明中将显而易见地体现本发明的其它目的、优点和新特征。

附图说明

图1示出本发明的一个方面的原理框图。

图2示出本发明的另一个方面的部分原理框图。

图3示出本发明的一个方面的原理框图。

图4示出本发明的一个方面的原理框图。

图5示出标准定向耦合器的框图。

图6示出曲线图。

图7示出正交混频器的框图。

图8示出图7的正交混频器的曲线图。

图9示出图7的正交混频器的另一曲线图。

图10示出根据本发明的一个方面的器件的部分原理图。

图11示出图10的器件的曲线图。

图12示出图10的器件的另一曲线图。

图13示出本发明的另一个方面的器件的部分原理图。

图14示出本发明的另一个方面的器件的部分原理图。

图15示出图13的器件的曲线图。

图16示出图13的器件的另一曲线图。

具体实施方式

本文提供的光学器件可由图1来进行概括说明。在图1中，光学器件100有四个端口，两个输入端101和102以及两个输出端103和104。光学器件100可以是主四端光学混频器，该四端混频器能够在两个输入端101、102之一或两个端口中提供的光功率以指定比例分配至输出端103、104中。光学器件100有第一组件A₁和第二组件A₂，其中A₁为在指定波长λ₀或其附近具有功率分配比的四端混频器，而A₂为在波长λ₀附近以dB幅值为单位的功率分配比大于，例如16dB的四端混频器。第一组件A₁在某些情况下可被称为交叉组件，例如定向耦合器(包括对称耦合器)、马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)、多模干涉(MMI)耦合器和类似器件。第二组件A₂在某些情况下可被称为混频组件(mixing component)，例如非对称耦合器、马赫-曾德尔干涉仪，MMI耦合器、星型耦合器和类似器件。

第一互连波导将第一组件A₁上的第一端口与第二组件A₂上的第一端口连接起来，并且长度与第一互连波导不同的第二互连波导将第一组件A₁上的互补第二端口与第二组件A₂上的互补第二端口连接起来。一般地，第二互连波导相对于第一互连波导的程差在幅值上大于波长范围中大致最短的波长。主混频器的分光比在包括λ₀的光波长的大约20％或更大的部分范围内可表现为不大于±1-dB的变化。

在一个实施方案中，其中提供的光学器件可采用在很宽的波长部分带宽范围内基本为常数的功率平衡比，使用两个组件(即，少于三个组件)将来自一个或两个输入端的光功率分配到两个输出端中。在另一个实施方案中，其中提供的光学器件可采用在很宽的波长部分带宽范围内基本为常数的功率平衡比，使用少于四个耦合器将来自一个或两个输入端的光功率分配到两个输出端中。

本文提供的光学器件的另一普通实例可由图2进行概括说明。在图2中，光学器件200有四个端口，两个输入端201和202以及两个输出端203和204。光学器件200能够将在两个输入端201、202处之一或两个输入端处提供的光功率以指定比例分配至输出端203、204。光学器件200具有第一组件A₁和第二组件A₂，其中A₁为在指定波长λ₀或其附近具有功率分配比的四端对称定向耦合器，而A₂为非正交组件。非正交组件的实例包括：非对称耦合器、马赫-曾德尔干涉仪、MMI耦合器、2×2星型耦合器和类似器件。第一互连波导将第一组件A₁上的第一端口与第二组件A₂上的第一端口连接起来，并且长度与第一互连波导不同的第二互连波导将第一组件A₁上的互补第二端口与第二组件A2上的互补第二端口连接起来。光学器件200采用在很宽的波长部分带宽范围内基本为常数的功率平衡比，将来自输入端201、202的一个或两个的光功率分配至两个输出端203、204中。

可通过将光纤熔融在一起来制造定向耦合器。可选的是，可在PLC上形成定向耦合器。现有技术中在PLC上形成的典型定向耦合器包括两个平行的直光波导，二者被设置为彼此足够靠近以实现波导之间发生光耦合。一般的，每个直波导的每个末端与弯波导的一个末端连接。弯波导将光耦合进和耦合出直波导。直波导的长度被称为耦合器的长度。在定向耦合器中，对于具有至少一个偏振态和处于一个指定波长的光可达到0dB的分光比，并且定向耦合器在相对窄的波长范围内是均衡的。超出该窄波长范围的波长范围在本文中被称为宽波长范围。定向耦合器的波长相关性可根据下式来说明：

P1＝(sin(θ))²，

其中θ是耦合参数，其取决于定向耦合器结构、光的波长，并取决于(程度较小)光的偏振态。这里，其中耦合参数改变至少两倍的波长范围称为超宽波长范围。

马赫-曾德尔干涉仪包括第一耦合器和第二耦合器，两个耦合器与第一马赫-曾德尔臂和第二马赫-曾德尔臂连接在一起。第一耦合器可以是定向耦合器、多模干涉耦合器或星型耦合器。同样的，第二耦合器可以是定向耦合器、多模干涉耦合器或星型耦合器。可通过将光纤熔融在一起来制造定向耦合器。可选的是，定向耦合器可在PLC上形成。马赫-曾德尔臂可包括光纤。可选的是，马赫-曾德尔臂可包括在PLC上形成的光波导。

马赫-曾德尔干涉仪一般包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，这些定向耦合器通过第一马赫-曾德尔臂和第二马赫-曾德尔臂进行光学连接。在一个实施方案中，马赫-曾德尔干涉仪的结构包括提供对波长为λ₀的光均衡的各定向耦合器。具体来说，对于波长为λ₀的光，每个定向耦合器可具有小于1dB并且甚至小于大约0.5dB的分光比。当马赫-曾德尔臂之间的光程长度差约等于λ_x*(2m-1)/2且其中的m为正整数时，包括均衡定向耦合器的马赫-曾德尔对于光波长等于λ_x的分光比具有局部最大值，并将波长为λ_x的光耦合进交叉光路中。因此，通过将马赫-曾德尔臂之间的光程长度差配置为约等于λ₀*(2m-1)/2且其中m为正整数，马赫-曾德尔可被配置为提供接近λ₀的λ_x值。因此，在一个实施方案中，马赫-曾德尔臂之间的光程长度差被配置为约等于λ₀*(2m-1)/2且其中m为正整数。在上下文中，λ₀*((2m-1)/2+.03)和λ₀*((2m-1)/2-.03)之间的光程长度差约等于λ₀*((2m-1)/2)。为了获得该光程长度差，第一马赫-曾德尔臂可长于第二马赫-曾德尔臂，或第二马赫-曾德尔臂长于第一马赫-曾德尔臂。可选的是，可通过使用不同于第二马赫-曾德尔臂的光传播常数的光传播常数来构建第一马赫-曾德尔臂可获得该光程长度差。

在另一个实施方案中，马赫-曾德尔干涉仪的结构包括提供为波长为λ₀的光均衡的各定向耦合器。具体来说，对于波长为λ₀的光，每个定向耦合器可有小于1dB并且甚至小于大约0.5dB的分光比。当马赫-曾德尔臂之间的光程长度差约等于λ_x*m且其中m为非负整数时，包括均衡定向耦合器的马赫-曾德尔对于光波长等于λ_x的分光比具有局部最大值，并将波长为λ_x的光耦合进直通光路(bar path)中。因此，通过将马赫-曾德尔臂之间的光程长度差配置为约等于λ₀*m且其中m为非负整数，马赫-曾德尔可被配置为提供接近λ₀的λ_x值。因此，马赫-曾德尔臂之间的光程长度差被配置为约等于λ₀*m且其中m为非负整数。在此上下文中，λ₀*(m+.03)和λ₀*(m-.03)之间的光程长度差约等于λ₀*m。为了获得该光程长度差，第一马赫-曾德尔臂可长于第二马赫-曾德尔臂，或第二马赫-曾德尔臂可长于第一马赫-曾德尔臂。可选的是，可通过使用不同于第二臂的光传播常数的光传播常数来构建第一臂可获得该光程长度差。

光2×2耦合器元件执行多种功能，但其主要提供的功能是：每个输出端对来自每个输入端的光的大约一半进行合路(假设每个输入端处的光来自不同的初始光源)。在这种情况下它们也被称为2×2功率分路器。如果忽略一个输入端，2×2耦合器在其均衡波长范围内具有和1×2分路器/合路器一样的正向与反向损耗特性。2×2器件只是获取一般在1×2器件中被无制导损耗掉的光并将其耦合进第四个端口。但实际上，第四端破坏了输入级的轴对称性，且特定输入端和特定输出端之间的部分耦合为光信号频率(v)的函数，因此也是光信号的自由空间波长(λ)的函数。2×2耦合器的光学设计上的主要困难之一是在所需的波长范围内抑制器件的波长相关性。为了检验2×2耦合器结构的基本波长相关性，对包括由多个级联耦合器构成的高阶耦合器的2×2光耦合器的性能建立了基本数学表征。在所有情况下，假设器件是有效的。如果器件中有显著损耗，则需要将那些损耗作为附加端口包括在该器件说明中。这可用类似的方式来处理，但是由于损耗是不合乎需要的并且在2×2器件中损耗可被保持在基本上可忽略的程度，因此在下面的说明中不考虑损耗。

这里给出的分析架构不是通用的，且可以是专有的，但是它全面地包括了更标准的操作说明。选择该架构以对本文中所述的光学器件的优点提供更清楚的认识，并且使用该架构的方法是能产生启示本发明的技术发现的组成部分之一。

在忽略内部结构的情况下，2×2耦合器光学器件的基本光学性能可如图3所示。用复值E₀表示在第一输入端301处提供的光信号的电场，而用复值E₁表示在第二输入端302处提供的电场。第一输出端303处的复合输出电场E’₀和第二输出端304处的复合输出电场E’₁可由复“交叉(cross)”和“直通(bar)”传输系数X和B来分别确定：

$E_0^{\′}=B\·E_0+X\·E_1---\left(1\right)$

$E_1^{\′}=B\·E_1+X\·E_0---\left(2\right)$

上式示出了2×2耦合器光学器件的性能由传输系数X和B(λ的函数)来确定。注意尽管X相对于B的相位取决于耦合器的内部设计，对于基本无损耗的器件则|X|²+|B|²＝1。如果将第一输入端处的单位输入设为E₀＝1而第二输入端处设为无输入，并且认为可对两个输出端同等地施加任意相位调节而没有任何影响，则使得复值B等于实值A并且复值X等于实值A乘以复相位e^iφ。这些简化标识如图4所示。

为了说明，讨论需要一半输入功率被导向第一输出端并且一半输入功率被导向第二输出端的情况。这是分路器的常见目的，尽管可能有其它的比例和同样地由本文中所述的本发明的光学器件提出的比例。相等的分路意味着 $A=\stackrel{\‾}{A}=\sqrt{1/2}=\mathrm{app}.0.707$ 。如果需要平衡比稳定在±1.0dB的范围内，则A必须在大约0.665和0.747之间。如果需要±0.5dB，则A在波长上必须处于大约0.686和0.727之间。

最普通的2×2波导混频器是简单、对称的定向耦合器。可通过将光纤熔融在一起来制造定向耦合器。可选的是，可以在平面光波导上形成定向耦合器。在平面光波导上形成的典型定向耦合器包括两个平行的直光波导，两者被设置为彼此足够靠近以在波导之间发生光耦合。一般的，每个直波导的每个末端与弯波导的一个末端连接。弯波导将光耦合进和耦合出直波导。直波导的长度被称为耦合器的长度。图5中示意性地示出了定向耦合器的实例，其具有第一和第二输入端501和502以及第一和第二输出端503和504。还要注意的是，对于基本定向耦合器，φ＝π/2与波长无关。这样的器件可称为正交器件或组件。

平衡比是从第一输出端出射的光功率相对于从第二输出端出射的光功率的比值。以分贝作单位，平衡比等于|10*log(P1/P2)|，其中P1是从第一输出端出射的光功率而P2是从第二输出端出射的光功率。0dB平衡比表示功率的平均分配。如本文中所述的2×2光分路器的平衡比需要在波长范围内大约等于0dB。这里，当平衡比在该波长范围内接近0dB(即，在允许公差(specified tolerence)范围内等于0dB)时，则称2×2分路器在波长范围内是“均衡的”。例如，允许公差为0.5dB，当平衡比的幅值小于或约等于0.5dB时，则称2×2分路器是“均衡的”。

使用已知的定向耦合器，对具有一个偏振态并处于一特定波长的光可获得0dB的平衡比，并且该定向耦合器在窄波长范围(例如，小于30纳米)上是均衡的。在诸如CWDM和PON的应用中所需的宽波长范围基本上超出了此窄波长范围。定向耦合器的波长相关性可以被可靠地预测或通过测量而得到。对在波长1.45微米处均衡的器件，已知定向耦合器的典型波长性能在图6中示出。在此可以看到，对不在均衡波长的约2％范围内的波长，平衡比超过1dB。

在本技术领域中描述了包括静态马赫-曾德尔干涉仪的功率分配器，例如美国专利第5044715号中所述的那些功率分配器，该专利引入本文作为参考文献。如图7所示，正交器件是通过将具有传输幅值A₁(λ)的第一定向耦合器710和具有传输幅值A₂(λ)的第二定向耦合器711级联来构建的高阶四端器件。而且，使用第一马赫-曾德尔臂712将第一定向耦合器的一个输出端连接到第二定向耦合器的一个输入端，并且使用第二马赫-曾德尔臂713将第一定向耦合器的另一个输出端连接到第二定向耦合器的另一个输入端。有意造成的两条马赫-曾德尔臂之间的路径长度差异在两条互连光路之间施加了与波长相关的相移。

接下来，组合器件的直通(Bar)和交叉(Cross)复振幅传输函数B和B(幅值为B和B)分别用于与内部混频器的传输函数A_n和A_n区分。则图7中马赫-曾德尔器件的直通和交叉传输函数为：

B(λ)＝A₁(λ)A₂(λ)-A₁(λ)A₂(λ)e^iφ    (3)

B(λ)＝-i(A₁(λ)A₂(λ)+A₁(λ)A₂(λ)e^iφ)     (4)

为了在此器件中获得稳定的分路，最佳地选择两条马赫-曾德尔臂之间的光程差使其约等于或大于指定范围中最长波长的一半，但小于指定范围中的最短波长。一般将耦合器设计为具有不同的均衡波长，但是每个耦合器的交叉波长(A的幅值变成0时的波长)被设计为大于指定范围内的最长波长。

图8的曲线图中描绘了该配置的最优解和其分量的性能。在此每个组件耦合器的振幅耦合系数的幅值(A₁和A₂)以及综合系数B的合成幅值显示为波长的函数。还示出两条水平虚线，使得当组合解在两条虚线之间时，平衡比的幅值小于0.5-dB。在图中还示出了一系列向量，它们示出了等式3中可加分量的复数总和是如何产生复合传输函数(composite transfer function)幅度B的。由该图可看出，在超宽波长范围内，这种设计的均衡光分路器在理论上可将变化量减少到超过±1-dB的值，但在实践中该理论值是困难到不可能得到的。

在图9中描绘了另一张曲线图，其揭示了这类正交器件的性能和局限性。检验等式3表明，当相位幅角φ接近π的奇数倍时，复合传输函数近似为A₁A₂+A₁A₂，并且当相位幅角接近p的偶数倍时，则复合传输函数近似为A₁A₂-A₁A₂。图9中以dB为单位的振幅传输函数的幅值A₁和A₂与波长的比较关系以较浅的指示线绘图。数学项A₁A₂+A₁A₂和A₁A₂-A₁A₂以较深的指示线绘图。这里A₁A₂+A₁A₂项的性能模拟简单的耦合器(该耦合器具有比A₁或A₂中的最长值稍长的均衡波长)，并且因此其位于略微靠上耦合器曲线之上的位置。同样的，A₁A₂-A₁A₂项的性能模拟简单的耦合器(该耦合器具有比A₁或A₂中的最短值稍短的均衡波长)，并且因此位于略微靠下耦合器曲线之下的位置。通过选择最长波长的大约一半与最短波长之间的光程长度差，相位幅角φ在该范围内的最短波长处接近2π，并且复合传输函数的幅值接近并大于项A₁A₂-A₁A₂。随着波长增加，相位幅角φ在该范围内的较长波长处向π连续变小，并且传输曲线平滑的向上方项A₁A₂+A₁A₂转变。通过优化(通常基于经验测量值的内插法)耦合器长度和光程长度差，可期望得到类似如图9中以粗线绘出的传输曲线的最优解。图9中靠近曲线图中心处的浅灰色矩形区域902示出的区域内，在所需波长范围内平衡比的幅值小于1dB。在该曲线图上可看出，对于这类器件的最优理论解，以粗线901示出的复合传输函数B(λ)可在超宽波长范围内将平衡比的变化量减少到正好在1-dB以上。

存在这样的可能：以和上述相同的方式将附加级级连可提供更平坦的波长响应。然而不能证明这样的器件的确能在超宽波长范围内提供较高的平坦度。应用文中采用的分析框架没有显示任何通过根据相同原理进一步增加级数从而在超宽波长范围内实现较高平坦度的可能性。在该波长范围内在组合波长响应中没有附加拐点，并且以基本上如图8所示的三次方特性跨越该波长范围，并且附加的级数没有使得在波长平坦度方面得到实质上的提高，而是增加了使得器件物理尺寸变大的副作用。

2×2光功率分路器的传统器件最多能在宽波长范围内有限地提供相对稳定的但超过±1-dB的平衡比。当考虑制造过程中不可避免产生的材料折射率与波导尺寸的一般偏差以及改变温度导致的偏振敏感性时，系统设计预期其2×2分路器元件中的平衡比范围为±1.5dB或甚至2dB。要适应这些不合乎需要的高变化值，意味着网络以较低的数据速率/带宽进行操作，和/或在OLT和ONU中的其它部件中使用更高性能、更昂贵的部件。这两种选择很显然都不合乎需要的。文中所述的光学器件为2×2光功率分路器提供了可实用、经济地以合理尺寸封装制造的结构，其功率分配比公差在大约1.25微米到大约1.65微米的超宽波长范围内为±1-dB或更小。

在另一个实施方案中，本文所述的光学器件为2×2光功率分路器提供了可实用、经济的以合理尺寸封装制造的结构，其功率分配比公差在大约1.25微米到大约1.65微米的超宽波长范围内为大约±0.75dB或更小。还在另一个实施方案中，本文所述的光学器件为2×2光功率分路器提供了可实用、经济的以合理尺寸封装制造的结构，其功率分配比公差在大约1.25微米到大约1.65微米的超宽波长范围内为大约±0.5dB或更小。还在另一个实施方案中，本文所述的光学器件为2×2光功率分路器提供了可实用、经济的以合理尺寸封装制造的结构，其功率分配比公差在大约1.25微米到大约1.65微米的超宽波长范围内为大约±0.25dB或更小。这里波长的目标范围指的是在该波长范围内需要光学器件有最小分束比。

本文中所述的光学器件能够在宽带波长范围内均匀地进行光分路。在一个实施方案中，本文所述的光学器件在大约100纳米或更大的波长范围内具有均匀的分束比(例如，在从大约1500纳米到大约1600纳米的波长范围内均匀地进行分光，尽管可选择任意的100纳米范围)。在另一个实施方案中，本文所述的光学器件在大约250纳米或更大的波长范围内具有均匀的分束比(例如，在从大约1375纳米到大约1625纳米的波长范围内均匀地进行分光，尽管可选择任意的250纳米范围)。还在另一个实施方案中，本文所述的光学器件在大约400纳米或更大的波长范围内具有均匀的分束比(例如，在从大约1250纳米到大约1650纳米的波长范围内均匀地进行分光，尽管可选择任意的400纳米范围)。还在另一个实施方案中，本文所述的光学器件在大约500纳米或更大的波长范围内具有均匀的分束比(例如，在从大约1200纳米到大约1700纳米的波长范围内均匀地进行分光，尽管可选择任意的500纳米范围)。还在另一个实施方案中，本文所述的光学器件在大约600纳米或更大的波长范围内具有均匀的分束比(例如，在从大约1150纳米到大约1750纳米的波长范围内均匀地进行分光，尽管可选择任意的600纳米范围)。

本发明提供了一种基于波导的2×2光功率分路器组件，其在超宽波长范围内具有很弱的波长敏感性。具体来说，本文中所述的光学器件可以具有大约0dB的平衡比，并且在从大约1.25微米到大约1.65微米的波长范围内平衡比的幅值不超过大约0.5dB。也可能有具有相似稳定性的其它平衡比。

本文中所述的均匀分光是指所需的分光。在大多数应用中，所需的分束比是50-50，因此使用均匀分光这个术语。然而，可以需要其它的分束比，并且可将本文所述的光学器件制造为具有任意所需的分束比，例如60-40、40-60、70-30、30-70、75-25、25-75和类似情况。

分束比是从第一输出端出射的光功率相对于从第二输出端出射的光功率的比值。以分贝作单位，分束比等于|10*log(P1/P2)|，其中P1是从第一输出端出射的光功率而P2是从第二输出端出射的光功率。当光进入第一输入端时，交叉耦合比被定义为10*log((P1+P2)/P2)。当光进入第二输入端时，交叉耦合比被定义为10*log((P1+P2)/P1)。2×2光分路器的分束比常常需要在波长范围内约等于0dB。这里，当分束比在波长范围内接近0dB(即，在允许公差范围内等于0dB)时，称2×2分路器在波长范围内是“均衡的”。例如，允许公差为0.5dB，当分束比小于或等于0.5dB时，称2×2分路器是“均衡的”。这里，当分束比等于0dB并且交叉耦合比等于3dB时，称2×2光分路器是“完全均衡的”。

本文所述的光学器件部分地基于下面的技术发现：可通过适当的将第一2×2组件与第二2×2组件级连来实现具有较小波长相关性的2×2功率分配器件(指级连没有物理顺序)，其中第一组件表现出的性能相当于或近似于在所需波长范围内的选定波长λ₀处具有额定平衡比为0-dB的标准定向耦合器，且第二组件在相同的选定波长处有大幅值的平衡比。第二组件一般是非正交组件。

就是说，本文所述的光学器件的两个组件中至少有一个是非正交组件。本文所述的光学器件可包含两个非正交组件。正交组件通过将光分为彼此相位差为90度的两路输出光来对任意给定输入端处的光进行处理。例如，对称定向耦合器是正交组件。非正交组件是一类不遵循正交器件规格的器件。非正交组件的实例包括非对称耦合器、马赫-曾德尔干涉仪、多模干涉耦合器、2×2星型耦合器和类似器件。

具有大幅值平衡比表示第二组件的振幅传输函数的幅值在λ₀处约等于1.0或约等于0.0，并且副组件在该波长处基本没有功率分配。组合器件在λ₀处的平衡比与第一组件的平衡比相匹配。当波长不等于λ₀时，第二组件的传输函数与连接两组件的波导的光程长度差共同为第一组件的平衡比变化提供补偿。

本文所述的光学器件部分地基于一种结构，该结构促使在光学器件中一般不利于宽带稳定性的两种现象发生结合：1)连接第一和第二组件的两臂的光程差可基本上长于波长范围内的最短波长；和2)第二组件中振幅耦合系数的幅值在波长范围内可以是非单调的。这些现象可用于在超宽波长范围内提供复合传输函数中的附加拐点，而基本上不增大拐点之间的斜率，并因此不增加拐点间的振幅变化。这些附加的拐点和减小的振幅变化使得超宽波长范围内的复合传输函数的幅值被限制在很窄的范围内。在第二组件中优先选择非单调传输函数一般排除了对于此组件使用简单的对称定向耦合器。也就是说，第二组件是非正交组件。

图10中描绘了一个实施方案。该图示出了为对称定向耦合器的第一组件与为马赫-曾德尔干涉仪的第二组件的级连。通过两条连接波导对第一和第二组件进行光学连接，并且两条连接波导之间的光程差提供了连接链路之间的波长相关相移。为了使用该实施方案来说明最优解(通常通过反复变换基本参数来进行优化)，对称定向耦合器被设计成使得0-dB平衡比在大约1.6微米的波长处。马赫-曾德尔组件中的两个耦合器被设计成都有相同的0-dB均衡点，在该实例中也是在大约1.6微米处。马赫-曾德尔的光程长度差为大约2.4微米，使得方程3中1.6微米处的相位幅角为大约3π。这表明对于马赫-曾德尔组件，

；

。该实施例中连接第一和第二组件的光程长度差为大约1.45微米。

使用这些参数，在图11中绘出仅马赫-曾德尔组件的振幅传输函数的幅度曲线。这里可以看出，马赫-曾德尔组件的耦合系数在超宽波长范围内改变量很大，并且在λ₀处基本为直通状态(bar-state)(|B|＝1)。该图中还绘出了马赫-曾德尔组件在超宽波长范围内的相位变化。可以看出，对于该组件，传输函数的相位在波长范围内有π以上的改变量，明显不同于对称定向耦合器的常数相位π/2。

将该马赫-曾德尔与标准定向耦合器进行组合，图12中示出这两个组件的波长特性。以A₁(λ)为标记再次示出马赫-曾德尔的传输函数，以A₂(λ)为标记示出对称耦合器传输函数，并且通过标记为B(λ)的粗线示出组合光学器件的总传输函数。水平虚线示出0.5-dB的稳定性限制，且如图8中，在几个波长处示出等式3的可加分量。图12的曲线清楚地示出由新结构引入到复合传输函数中的附加拐点，并且示出可如何在比传统器件更宽的波长范围内提供更小的波长变化。

图13中描述了另一个实施方案，对于第一组件其采用在波长λ₀处均衡的对称定向耦合器，而采用非对称耦合器作为第二组件。图14中描述的非对称耦合器是其中一个耦合波导中的光传播常数(有效折射率)与另一个耦合波导中略有不同的定向耦合器。这种光传播常数的不同可以通过使得一个波导的宽度稍不同于另一个波导来实现，并且在图中就是这样描述的，不过，有很多其它已知的方法通过改变耦合波导之一的各种尺寸或材料属性或它们的环境来引入该差异。

在准确地建模和生产方面，非对称耦合器相对于对称耦合器存在着更大的挑战。在下面的实施例中，从采用适当生产工序对大量多种硅基二氧化硅非对称耦合器结构的经验研究中导出所使用的非对称耦合器模型。在其它材料系统中或者通过不同方式制造的非对称耦合器可能需要数值上不同的参数来产生相同的特性，不过假定类似的研究同样可获得那些参数。

非对称耦合器的非对称性是波长的函数。在短波长处，非对称性更突出，且不论耦合器长度如何，只有很少的光可被耦合到交叉状态(cross state)(B)中。在长波长处，对于合适的耦合器长度，几乎所有的光都可耦合到交叉状态中。非对称耦合器很少被商用，并且到目前为止还没有用于表示非对称耦合器波长相关性的常规标准。对于本文的目的，非对称耦合器可由两个波长来表征：50％波长和90％波长；前者表示在该波长处可被耦合到交叉状态中的光功率的最大比例是50％，后者当然表示该波长处可被耦合到交叉状态中的输入功率的最大比例是90％。应当注意的是，这两个波长的其一或者全部都可能在器件的正常工作范围之外，它们只是用于表示在工作波长范围内不对称曲线形状的参数。还应当注意的是，在50％波长处为得到50％耦合所要求的耦合器长度一般不同于在90％波长处为得到90％耦合所要求的耦合器长度，而且不应当期望具有指定长度的耦合器的传输函数在50％波长处等于50％并且在90％波长处等于90％。

根据上述内容，例如，对于本实施方案的实施例，选作实施例的非对称耦合器具有1.19微米的50％波长、2.6微米的90％波长和292微米的耦合器长度，该耦合器长度略小于要求在50％波长处获得50％耦合所要求的耦合长度。这在大约1.6微米的波长处提供了直通状态(|B|＝1)。在图15中绘出该耦合器组件的性能特征。这里可看出，非对称耦合器在超宽波长范围内的特征性能可被设计为前一个实施方案中的马赫-曾德尔组件的性能。但是，尽管马赫-曾德尔组件的长度必须有几毫米长，非对称耦合组件的长度可在1毫米以下，这使得器件的整体尺寸变小，因而可在晶片上装配总体上更多的器件以实现更经济的制造。

在图15中注意到，非对称耦合器在波长范围内的相位变化略小于图11中示出的马赫-曾德尔的变化。与前面说明的马赫-曾德尔实施方案相比，可通过减小连接各组件的光程差很容易地补偿该差异。对于这个实施例，互连组件的光程差被减少到0.54微米，并且在图16中绘出该组合器件的预测性能的曲线。应当注意，图16中的纵坐标比图11和图12放大了两倍，以更好的示出稳定性范围。可从该实施例看出，尽管使用非对称耦合器的器件在制造上更复杂，该器件既可以做到尺寸小，还在甚至比前述马赫-曾德尔实施方案的波长范围更宽的波长范围内具有更小的变化。

可用于制造本文所述的光学器件的其它2×2组件包括多模干涉(MMI)耦合器和2×2星型耦合器。可将非均衡2×2组件(即，非正交组件)配置为使得λ₀附近的平衡比的幅值至少大于约16dB，以提供小于1-dB的变化。在另一个实施方案中，可将非均衡2×2组件(即，非正交组件)配置为使得λ₀附近的平衡比的幅值至少大于约19dB，以提供小于约0.5-dB的变化。非均衡组件的最优峰值波长并不一定等同于均衡组件的均衡波长，并且两者可能实际上相差大约1-2％以尽量减小整个波长范围内的总变化。另外，在选择互连之间的光程长度差方面，选择标准之一可包括下面的标准，即器件对制造工艺中的变化不敏感。

可使用的马赫-曾德尔干涉仪组件的其他实施方案是，通过将光程差设为约(2m+1)/2*λ₀，则其在λ₀附近处于直通状态

，其中m为整数。可使用马赫-曾德尔干涉仪组件的另一实施方案是，通过将光程差设为约m*λ₀，则其在λ₀附近处于交叉状态

，其中m为整数。可使用马赫-曾德尔干涉仪组件的另一实施方案是，其中光程差被有意地偏移至多大约3％以更好地补偿偏振相关的变化。可使用马赫-曾德尔干涉仪组件的另一实施方案是，其中用多模干涉耦合器代替两个定向耦合器之一或两者。可使用马赫-曾德尔干涉仪组件的另一实施方案是，其中用星型耦合器代替两个定向耦合器之一或两者。

尽管文中所述的实施方案基于平面光波导(PLC)，但对于本领域技术熟练人员来说很显而易见的是，本发明同样应用于其中多端混频元件可相干地级连的任何光技术。本文所述的光学器件还可应用于微波和射频混频器，尽管由于有其它可用的宽带功率分配装置，在该处所提出的需求没有这样大。

提供所需平衡比的设计细节取决于用来构成组件的材料体系。在第一个适当的波导几何与材料体系的实施例中，PLC材料体系包括衬底上的二氧化硅层。在此实施例中，将核心层放置在底熔覆层和顶熔覆层之间，其中厚度为大约4微米至大约10微米的核心层的折射率比底熔覆层的折射率高出大约0.07微米，并且其中顶熔覆层与底熔覆层的折射率近似相等(在大约0.01微米以内)。通过刻蚀具有被顶熔覆材料覆盖的矩形横截面的区域来形成波导。定向耦合器可由两个相接的波导形成，这两个波导的宽度可为大约4至大约10微米，并且二者之间有顶熔覆材料构成的宽度为大约4至大约10微米的区域。每个直波导的每个末端可连接到曲率半径约为大约10到大约20毫米的弯波导。下面将针对此波导几何与材料体系来说明上述的几种实施方案的具体实施例；但其它合适的波导几何与材料体系可用于本文所述的光学器件。

另外，在下述的数值实例中，本文所述的光学器件的优点之一是提供了在从大约1260纳米到大约1625纳米的目标波长范围内为均衡状态的2×2分路器。采用上述的波导几何与材料体系，定向耦合器的耦合参数在从大约1260纳米到大约1625纳米的波长范围内改变两倍以上。因此需要在超宽波长范围内提供均衡分配的器件。此外，对于下面的实施例，在均衡分配的定义中采用1dB或更小的公差。

在第一个实施方案的第二个实施例中，均衡组件包括定向耦合器，其长度为800微米，并且在约等于1580纳米的波长，即λ₀＝1580纳米处完全均衡。非均衡或非正交组件包括马赫-曾德尔干涉仪，其进一步包括长度为734微米的第一定向耦合器与长度为750微米的第二定向耦合器。根据第一个实施方案，马赫-曾德尔干涉仪的各臂之间的光程长度差被设计为m＝3。具体来说，第一马赫-曾德尔臂的光程长度比第二马赫-曾德尔的光程长度长大约2379纳米左右。对于1560纳米和1605纳米之间的波长，其间包括λ₀，非均衡组件的平衡比大于20dB。对于1560纳米和1605纳米之间的波长，非均衡组件主要将光耦合到直通光路中。用数值搜索来找到宽带2×2分路器的各臂之间的最佳光程长度差。采用比第二桥接臂中的光程长度短1421纳米的第一桥接臂中的光程长度，在本实施例中可在1260纳米和1625纳米之间的目标波长范围内获得公差为0.5dB的均衡分配(仿真结果)。在本实施例中，各臂之间的光程长度差的数值落在目标波长范围内。

在第三个实施方案的第一个实施例中，非均衡组件包括长度为2951微米的定向耦合器。对于1360纳米和1385纳米之间的波长，该非均衡组件具有大于20dB的平衡比，使得在这个波长范围内光主要被耦合到交叉光路中。均衡组件或非正交组件包括马赫-曾德尔干涉仪，其进一步包括长度为102微米的第一定向耦合器和长度为1027微米的第二定向耦合器。第一马赫-曾德尔臂的光程长度比第二马赫-曾德尔臂的光程长度长2670纳米。均衡组件在约等于1370纳米的波长，即λ₀＝1370纳米处为均衡状态。对于1360纳米和1385纳米之间的波长，其间包括λ₀，非均衡组件具有大于20dB的平衡比。用数值搜索来找到宽带2×2分路器各臂之间的最佳光程长度差。采用比第二桥接臂中的光程长度短2245纳米的第一桥接臂中的光程长度，在本实施例中可在目标波长范围内获得公差为1dB的均衡分配(仿真结果)。

在第三个实施方案的第二个实施例中，非均衡组件包括长度为1830微米的定向耦合器。对于1545纳米和1595纳米之间的波长，该非均衡组件具有大于20dB的平衡比，使得在这个波长范围内光主要被耦合到交叉光路中。均衡组件或非正交组件包括马赫-曾德尔干涉仪，其进一步包括长度为965微米的第一定向耦合器和长度为117微米的第二定向耦合器。第一马赫-曾德尔臂的光程长度比第二马赫-曾德尔臂的光程长度长2066纳米。均衡组件在约等于1570纳米的波长，即λ₀＝1570纳米处为均衡状态，这里的1570纳米在非均衡组件提供大于20dB的平衡比的波长范围中。用数值搜索来找到宽带2×2分路器各臂之间的最佳光程长度差。采用比第二桥接臂中的光程长度长2300纳米的第一桥接臂中的光程长度，在本实施例中，可在目标波长范围内获得公差为1dB的均衡分配(仿真结果)。

在第四个实施方案的实施例中，均衡组件或非正交组件包括马赫-曾德尔干涉仪，其进一步包括长度为720微米的第一定向耦合器和长度为720微米的第二定向耦合器。第一马赫-曾德尔臂的光程长度比第二马赫-曾德尔臂的光程长度长2370纳米。对于1550纳米和1610纳米之间的波长，该非均衡组件具有大于20dB的平衡比，使得在这个波长范围内光主要被耦合到交叉光路中。均衡组件包括长度为945微米的第一定向耦合器与长度为47微米的第二定向耦合器。第一马赫-曾德尔臂的光程长度比第二马赫-曾德尔臂的光程长度长2666纳米。采用比第二桥接臂中的光程长度长1446纳米的第一桥接臂中的光程长度，在本实施例中，可在目标波长范围内获得公差为1dB的均衡分配(仿真结果)。

如上所述，宽带2×2分路器包括经第一桥接臂和第二桥接臂光学连接的交叉组件和非正交组件。在一个实施方案中，非正交组件是2×2光分路器，其可对至少一个光偏振态和至少一个光波长λ₀提供约等于0dB的分束比。交叉组件是2×2光分路器，其提供随波长变化的分束比，使得对于波长λ_x处具有至少一个偏振态的光，分束比具有局部最大值，并使得处于局部最大值的分束比至少大于大约16dB或甚至大于大约19dB。光学器件被配置为使得λ₀与λ_x在数值上相近。具体来说，对于波长为λ₀的光，光学器件可被配置为使得交叉组件提供大于大约16dB的分束比。也就是说，交叉组件或将波长为λ₀的光主要耦合进交叉光路，或将波长为λ₀的光主要耦合进直通光路。在具有这种结构的情况下，对于波长为λ₀的光，宽带2×2分路器在由交叉组件的分束比决定的公差范围内为均衡状态。

如果交叉组件在λ₀处的分束比大于大约16dB，则宽带分路器的分束比小于1dB。如果交叉组件在λ₀处的分束比大于大约19dB，则宽带分路器的分束比小于大约0.5dB。λ₀可在目标波长范围内，以确保在目标波长范围内对于至少一个波长发生均衡分配，尽管这一点并不是必要的。为了便于配置器件以使得λ_x的值接近λ₀，可将器件配置成使得λ_x在目标波长范围内；因此，交叉组件可具有与波长呈非单调关系的分束比。通过从该结构入手并优化相对于第二桥接臂的光程长度的第一桥接臂的光程长度，对于超宽带波长范围可获得均衡分配。在选择桥接臂之间的最优光程长度差时，选择标准包括下述标准，即所有光偏振态上分束比的变化一直小于预设值。另外，在选择桥接臂之间的光程长度差时，选择标准可包括下述标准，即器件对制造工艺中的变化不敏感。

宽带分路器适用于各种波导几何与材料体系。例如，材料体系可包括衬底上的二氧化硅层，该衬底可包括硅或石英。其它合适的材料体系包括聚合物层、绝缘体上硅和基于InP体系或GaAs体系的半导体材料层。

虽然已关于某些实施方案对本发明进行了说明，要理解的是，在阅读本说明书后，对于本技术技术人员来说这些实施方案的多种变化方式是显而易见的。因此，要理解的是，本文所公开的发明要涵盖包括在所附权利要求范围中的此类变化形式。

Claims (20)

1.一种光学器件，其包括：

包括第一2×2分路器的交叉组件，所述第一2×2分路器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

包括第二2×2分路器的非正交组件，所述第二2×2分路器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

第一光波导，其具有第一光程长度、与所述交叉组件的所述第一输出端或所述第一输入端光学连接的第一末端以及与所述非正交组件的所述第一输入端或所述第一输出端光学连接的第二末端；和

第二光波导，其具有不同于所述第一光程长度的第二光程长度、与所述交叉组件的所述第二输出端或所述第二输入端光学连接的第一末端以及与所述非正交组件的所述第二输入端或所述第二输出端光学连接的第二末端。

2.如权利要求1所述的光学器件，其中所述非正交组件被配置为对具有至少一个偏振态和一个波长λ₀的光提供0dB的分束比，并且被配置为提供在包括λ₀的第一连续波长范围内的小于1dB的分束比；其中所述交叉组件被配置为对于在波长λ₀处具有至少一个偏振态的光提供大于16dB的分束比。

3.如权利要求1所述的光学器件，其中所述交叉组件和所述非正交组件中的至少一个包括马赫-曾德尔干涉仪。

4.如权利要求1所述的光学器件，其中所述交叉组件和所述非正交组件中的至少一个包括非对称耦合器。

5.如权利要求1所述的光学器件，其中所述交叉组件和所述非正交组件中的至少一个包括星型耦合器。

6.如权利要求1所述的光学器件，其中所述交叉组件和所述非正交组件中的至少一个包括多模干涉耦合器。

7.如权利要求1所述的光学器件，其中所述第一光程长度与所述第二光程长度之间的差异提供在第一连续波长范围内的小于1dB的分束比。

8.如权利要求7所述的光学器件，其中所述第一光程长度与所述第二光程长度之间的差异提供在第二连续波长范围内的小于1dB的分束比；所述第二连续波长范围比所述第一连续波长范围更宽。

9.如权利要求1所述的光学器件，其中所述交叉组件和所述非正交组件中的至少一个包括对称定向耦合器，所述对称定向耦合器具有在所述第二连续波长范围内改变两倍以上的耦合参数。

10.如权利要求1所述的光学器件，其中所述第二光程长度与所述第一光程长度之间的差异大约等于目标波长范围内的值。

11.如权利要求1所述的光学器件，其具有的功率分配裕量在大约1.25微米到大约1.65微米的超宽波长范围内为±1-dB或更小。

12.一种PLC，其包括如权利要求1所述的光学器件。

13.一种光学器件，其包括主四端光学混频器，所述四端光学混频器能够将在两个输入端之一处提供的光功率以指定比例分配至两个输出端中，所述四端光学混频器包括第一组件、第二组件、第一互连波导和第二互连波导，所述第一组件为在指定波长λ₀或大约指定波长λ₀处具有功率分配比的四端混频器；所述第二组件为在波长λ₀附近处具有的以dB幅值为单位的功率分配比大于16-dB的四端混频器；所述第一互连波导将所述第一组件上的第一端口连接到所述第二组件上的第一端口；长度不同于所述第一互连波导的所述第二互连波导将所述第一组件的互补第二端口连接到所述第二组件的互补第二端口；其中所述主混频器的功率分配比在包括λ₀的光波长的20％部分范围内的变化不大于±1-dB。

14.如权利要求13所述的光学器件，其中所述第二组件的功率分配比在光波长的部分范围内非单调地变化。

15.如权利要求13所述的光学器件，其中所述第一组件为对称定向耦合器。

16.如权利要求13所述的光学器件，其中所述第二组件包括马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪具有的光程长度差大于在光波长的部分范围内大致最短的波长。

17.如权利要求13所述的光学器件，其中与所述第一互连波导的程差相比，所述第二互连波导的程差在幅值上大于波长范围内大致最短的波长。

18.如权利要求13所述的光学器件，其中所述第二副组件包括非对称耦合器。

19.如权利要求13所述的光学器件，其具有在大约100纳米或更大的波长范围内的均匀分束比。

20.一种PLC，其包括如权利要求13所述的光学器件。

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