CN101657746B - 具有多模式的不对称马赫曾德尔结构的波导型分光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光通信领域中的光波导型的分光器，更具体地涉及一种具有不对称马赫曾德尔(Mach Zehnder)结构的光波导分光器，该分光器具有两输入端，2×N的多模式(2、4、8、16、32和64)以及当输入输入端的光强度在宽的波长范围内从输出端输出时通过使不对称的定向耦合器彼此接触而具有较低的光强度和偏振依赖性的均匀数值。该波导型分光器包括两个耦合器和两个输入端和两个输出端之间的两个连接波导，其中耦合器包括输入耦合器和输出耦合器，且每个耦合器具有一个一体上连接的侧面。

Description

具有多模式的不对称马赫曾德尔结构的波导型分光器
技术领域
本发明涉及一种用于光通信领域中的光波导型分光器，更特别涉及一种具有不对称马赫曾德尔(Mach Zehnder)结构的光波导分光器，该分光器具有两输入端、2×N的多模式(2、4、8、16、32和64)以及均匀数值，其通过使不对称的定向耦合器彼此接触，在宽的波长范围内当光强度通过输入端输入并从输出端输出时具有较低的光强度和偏振依赖性。
背景技术
随着包括互联网在内的宽带多媒体服务数量的不断增加，高端网络已经变成无线电通信领域中最重要的，且光纤到家(FTTH)技术对网络发展来说是关键的。
FTTH技术相关装置包括连接网络到用户的传送设备和传送介质。高速访问和传输通常认为是向用户提供几Mb/s的使用频带(utilizationband)。用于建立FTTH的无源光网络(PON)方法，是仅使用FTTH内的无源光设备将为了作为服务供应者的中央办公室和作为用户的认购者进行连接来应用于网络中。根据PON的方法，将包括多路复用的声音、数据或视频服务在内的数据信号同时传送。是一种有效分开光强度的PON体系的波导型分光器。
对于实现更容易、更稳定、更有效的PON体系的网络设计者来说，需要具有两个输入端的分光器，从而监控该体系并用于线路断时的有效备份。
分光器，也称为光耦合器，可分为块型、光纤型和波导型分光器。块型分光器包括微透镜、棱柱和干涉膜过滤器的组合，能够提供具有较低波长依赖性的装置，但是装配调节费时间，或发生有关可靠性、费用或装置大小的问题。光纤型分光器，通过研磨、焊接和延伸的方法形成，能够提供具有较低波长依赖性的装置，但是对技术要求高，生产率较低。因此，光纤型分光器并不适合批量生产。波导型分光器能够使用具有分光器形状的设计掩膜通过光刻法工艺在平面基底上批量地形成以获得批量生产。因此，波导型分光器已知是生产率和高密度方面有前途的技术。然而，波导型分光器在工艺参数上有大的极化损耗和强波长依赖性的缺陷。
此外，用于PON网络的波导型分光器应该降低依赖于波导分裂数目的光强度损耗和极化损耗，并且在用于光通信的波长范围内具有均匀的强度值。
发明内容
技术问题
为了解决相关技术的上述问题而完成了本发明。本发明的目的在于提供一种具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器，该分光器设计用来使不对称的马赫-策恩德耦合器彼此接触并补偿强的波长依赖性和极化损耗。
换句话说，通过使光耦合器的配置与光波长装置附近的特征相匹配而在多个光耦合器的本征方式之间发生衰减波的耦合以引起光输出耦合。因此，耦合器的一部分输入光强度可传送到另一个耦合器。分配-耦合导向型光调制器能够通过使光学耦合器的效率可调而实现。
技术方案
为了达到本发明的目的，本发明提供了一种具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器，该分光器包括两个耦合器和两个输入端和两个输出端之间的两个连接波导，其中耦合器包括输入耦合器和输出耦合器，每个耦合器都具有一体连接的侧面。
耦合器可包括在输入端和输出端之间的耦合器宽度延长部分G以延长连接到输入端和输出端上的宽度。耦合器宽度延长部分G可具有范围为0.5μm～1.5μm的宽度。
此外，输入耦合器的长度和输出耦合器的长度可分别在180μm-220μm的范围内和380μm～420μm的范围内，或输入耦合器的长度和输出耦合器的长度可分别在380μm～420μm范围内和180μm～220μm的范围内。连接波导之间的长度差值范围为500nm～550nm。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的示意图；
图2是图1的D部分的放大图；
图3是沿图1的A-A线的剖视图；
图4是沿图1的B-B线的剖视图；
图5是沿图1的C-C线的剖视图；
图6和图7是根据本发明的另一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的示意图；
图8和图9是依赖于根据本发明实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×2的多模式的波导型分光器的输入位置的输出损耗和极化损耗的曲线图；
图10是根据本发明的一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×16的多模式的波导型分光器的示意图；
图11是根据本发明的一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×32的多模式的波导型分光器的示意图；
图12是依赖于输入到根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的第一输入波导的光源波长的输出损耗曲线图；
图13是依赖于输入到根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式波导型分光器的第二输入波导的光源波长的输出损耗曲线图；
图14是依赖于根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和2×32的多模式波导型分光器的输入位置的输出损耗和极化损耗的曲线图。
具体实施方式
下文将参照附图对根据本发明的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器进行说明。
图1是根据本发明一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的示意图；图2是图1的D部分的放大图；图3是沿图1的A-A线的剖视图；图4是沿图1的B-B线的剖视图；图5是沿图1的C-C线的剖视图；图6和图7是根据本发明的另一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的示意图；图8和图9是依赖于根据本发明实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×2的多模式的波导型分光器的输入位置的输出损耗和极化损耗的曲线图；图10是根据本发明的一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×16的多模式的波导型分光器的示意图；图11是根据本发明的一实施例的具有不对称马赫曾德尔结构和2×32的多模式的波导型分光器的示意图；图12是依赖于输入到根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器的第一输入波导的光源波长的输出损耗曲线图；图13是依赖于输入到根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式波导型分光器的第二输入波导的光源波长的输出损耗曲线图；图14是依赖于根据本发明一实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和2×32的多模式波导型分光器的输入位置的输出损耗和极化损耗的曲线图。
如图1至图7所示，根据本发明的优选实施例的波导型分光器具有不对称马赫曾德尔结构和多种模式，具有两个光波导定向耦合器的不对称马赫曾德尔光学干涉仪电路设置在基底上并配置成适当调整光波导定向耦合器之间的光程长度差并使光波导定向耦合器相互连接。光波导定向耦合器设置在两个输入端和两个输出端之间。因此，从输出端以50∶50的比值获得光学分配，并在宽的波长范围内降低了极化损耗和波长依赖性。
也就是说，输入端包括第一输入波导10和第二输入波导20，且输出端包括第一输出波导15和第二输出波导25。输入耦合器40、连接波导30和35和输出耦合器45设置在输入端和输出端之间。
如图2所示，输入耦合器40和输出耦合器45具有一体上连接的侧面。此外，还提供了用于延长耦合器宽度的耦合器宽度延长部分G。耦合器的长度L范围为180μm～220μm或为380μm～420μm。也就是说，L1的范围为180μm～220μm，且L2的范围为380μm～420μm。作为替换，L2的范围为180μm～220μm，且L1的范围为380μm～420μm。耦合器宽度延长部分G的范围为0.5μm～1.5μm。
连接波导30和35具有不对称的配置。当第一连接波导30具有长度WL时，第二连接波导35具有WL+ΔWL的长度，第二连接波导35要比长度WL大ΔWL。
如图3至图5所示根据本发明的具有不对称马赫曾德尔结构的波导型分光器，包括石英基底50、石英玻璃薄层55和芯薄层(SiO2-GeO2)10、20、30、35和40。换句话说，如图3，剖视图(沿着图1的A-A线)中所示，第一输入波导10和第二输入波导20彼此相隔。如图4，剖视图(沿着图1的B-B线)中所示，输入耦合器40包括通过它们的侧面彼此连接的第一输入波导10和第二输入波导20。如图5，剖视图(沿着图1的C-C线)中所示，第一连接波导30和第二连接波导35也彼此相隔，。
根据本发明的具有不对称马赫曾德尔结构的波导型分光器设计成在1.25μm～1.65μm的波长范围内具有50±10％的透光率。
根据本发明的实施方式，第一输入波导10和第二输入波导20彼此相隔127μm，且第一输出波导15和第二输出波导25彼此相隔250μm。
光波导的马赫曾德尔光学干涉仪电路包括使硅石基底透过率增加的具有GeO2的SiO2基层，该马赫曾德尔光学干涉仪电路尺寸约为6μm×6μm，光学波导和基底之间的透过率差值范围约为0.4delta％～0.45delta％。
此外，依赖于输入耦合器40和输出耦合器45的长度有各种光强度的比值，从而对于有效的分光需要优化设计的数值。根据本发明，对于透光率50∶50的平均分光来说，输入耦合器40和输出耦合器45分别具有194μm和400μm的长度设计数值。且波导分裂或耦合的耦合器宽度延长部分G具有1.2μm的宽度设计数值。
此外，第一连接波导30和第二连接波导35，他们长度差异为ΔWL，与耦合器一样应该具有透光率50∶50平均分光所需的优化设计数值。根据该实施例，长度ΔWL为525nm。
图8和图9分别通过曲线图例示了依赖于相对2×2分光器的波长的光损耗和极化损耗。依赖于输入端的位置，两输出端之间的光强度比例在宽的波长范围内约为50∶50。此外，通过试验极化损耗在宽的波长范围内为0.15dB或更低。
图10是示出具有2×16通道的分光器的平面图，其包括根据本发明实施方式的具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器。图11是示出具有2×32通道的分光器的平面图。
图12是依赖于输入到第一输入波导10的光源波长的输出损耗的曲线图，且图13是依赖于输入到第二输入波导20的光源波长的输出损耗的曲线图。图14是依赖于具有2×32通道的分光器的波长的输出损耗和极化损耗的曲线图。输出端的光强度数值依赖于输入端的位置被平均地分布在宽波长范围内。此外，在宽波长范围内，极化损耗为0.2dB或更低。
尽管参照其实施方式对本发明进行了特别的显示和说明，但本领域的技术人员可以明白，在不脱离本发明的实质和附加的权利要求所限定的保护范围下可对其形式和细节进行各种改变。实施方式应该被认为仅仅是描述性的，并不旨在限制。因此，本发明的保护范围并不由本发明的详细描述加以限定而是通过附加权利要求限定，且所有该范围内的差异都应解释为包括在本发明之中。
工业实用性
如上所述，根据本发明，在带有两输入端的具有不对称马赫曾德尔结构的分光器中，当耦合器之间没有间隙时，在宽波长范围内能够得到对波长不敏感的平均透光率和较少的极化损耗。因此，包括有效分光器在内的光学设备能够加以制造，同时增加了通道的数量。

Claims (3)

1.一种具有不对称马赫曾德尔结构和多模式的波导型分光器，所述分光器包括两个输入端与两个输出端之间的两个耦合器和两个连接波导，其中所述耦合器包括输入耦合器和输出耦合器，且每个耦合器具有一个一体上连接的侧面；所述两个连接波导连接输入耦合器和输出耦合器，且具有不对称的配置；
所述耦合器包括输入端和输出端之间的一个耦合器宽度延长部分以延长连接到输入端和输出端上的宽度，且宽度延长部分的宽度范围为0.5μm～1.5μm。
2.根据权利要求1所述的波导型分光器，其特征在于，所述输入耦合器的长度和所述输出耦合器的长度分别在180μm～220μm的范围内和380μm～420μm的范围内，或所述输入耦合器的长度和所述输出耦合器的长度分别在380μm～420μm范围内和180μm～220μm的范围内。
3.根据权利要求2所述的波导型分光器，其特征在于，所述两个连接波导之间的长度差异范围为500nm～550nm。
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