CN102279441A - 用于无源光网络的新型单纤三向复用器 - Google Patents
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Abstract
一种用于无源光网络的新型单纤三向复用器，包括输入光信号1490nm/1550nm的输入波导，发射1490nm的第一输出波导、发射1550nm的第二输出波导和上传1310nm的上传波导，新型单纤三向复用器还包括四个级联的指数型MMI耦合器I、II、III、IV，输入波导与指数型MMI耦合器I的输入侧连接，指数型MMI耦合器I的输出侧分别与上传波导、指数型MMI耦合器II的输入侧连接，指数型MMI耦合器II的输出侧与指数型MMI耦合器III的输入侧连接，指数型MMI耦合器III的输出侧分别与第一输出波导、指数型MMI耦合器IV的输入侧连接，指数型MMI耦合器IV的输出侧与第二输出波导连接。本发明降低加工成本、传输损耗较低、结构紧凑。
Description
技术领域
本发明属于光纤接入网领域，是用于无源光网络(PON)的单纤三向复用器(Triplexer)，是一种基于平面光波导技术(PLC，PlanarLightwave Circuit)的单纤三向复用器。
背景技术
随着光纤接入网络技术的进展，以及IPTV、视频点播和网络游戏等业务量的增加，用户对接入带宽的需求进一步增加，对光纤接入网络的要求越来越高，光纤到户(FTTH)已经成为光纤接入网络的主要技术方案，而无源光网络(PON)技术是FTTH的主流技术，它可以实现视频、语音、数据三网合一。在用于FTTH的PON技术中，实现光线路终端(OLT)和终端用户之间通信的核心器件是单纤三向复用器，研制出满足通信带宽要求、低成本、低损耗、结构紧凑、能批量生产的单纤三向复用器是应用领域的实际需求，具有非常重要的意义。而这些实际要求也是制约FTTH技术推广的关键因素之一。
单纤三向复用器的主要功能，是将OLT输出的语音信号1490nm和视频信号1550nm，以及用户上传的波长1310nm信号复用进一根光纤，用户可以通过接收机分别接收语音信号1490nm和视频信号1550nm，通过发送机发送1310nm。目前实际应用的是基于分立器件技术的单纤三向复用器，有不易于封装、耦合损耗大、成本高、尺寸巨大等缺点；而基于平面光波导技术(PLC)的单纤三向复用器，却可以很好地克服上述缺点，现有的研究多集中于基于多模干涉(MMI)耦合器和基于阵列波导光栅(AWG)两大类。其中MMI耦合器又具偏振损耗低、加工容差大等优点。与本发明最接近的现有技术是采用两个级联的MMI耦合器组成的单纤三向复用器，参见附图1，并采用基于弱导条件下额外自成像现象来减小器件的长度(Jong-Kyun Hong，Sang-Sun Lee，PLC-based novel triplexer with a simple structure foroptical transceiver module application，IEEE Photonics TechnologyLetters，vol.26，No.1，pp21-23，2008)，然而在这种结构中，MMI耦合器的输出臂、输入直通臂和输入耦合臂均为带弯曲段的波导，而弯曲波导的长度大，加工成本高，传输损耗高，另外这种基于MMI耦合器的单纤三向复用器采用的是传统的(矩形的)MMI耦合器，没有打破MMI耦合器长度与宽带的平方成正比这一关系，无法让器件的尺寸做到足够紧凑。
发明内容
为了克服已有现有于MMI耦合器的单纤三向复用器的加工成本高、传输损耗较高、结构不紧凑的不足，本发明提供一种降低加工成本、传输损耗较低、结构紧凑的用于无源光网络的新型单纤三向复用器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于无源光网络的新型单纤三向复用器，包括输入光信号1490nm/1550nm的输入波导，发射1490nm的第一输出波导、发射1550nm的第二输出波导和上传1310nm的上传波导，所述新型单纤三向复用器还包括四个级联的指数型MMI耦合器I、II、III、IV，所述输入波导与所述指数型MMI耦合器I的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器I的输出侧分别与所述上传波导、指数型MMI耦合器II的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器II的输出侧与指数型MMI耦合器III的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器III的输出侧分别与第一输出波导、指数型MMI耦合器IV的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器IV的输出侧与第二输出波导连接。
作为优选的一种方案，所述输入波导、第一输出波导、第二输出波导和上传波导均采用掩埋型有机聚合物波导。
再进一步，所述各个波导的参数为：芯层折射率nr＝1.51，包层折射率nc＝1.46，波导厚度为4μm；所述输入波导、第一输出波导和第二输出波导宽度为4μm，所述指数型MMI耦合器I的输入侧宽度为15μm、输出侧宽度为18μm，所述指数型MMI耦合器II的输入侧宽度为12μm、输出侧宽度为9μm，所述指数型MMI耦合器III的输入侧宽度为21μm、输出侧宽度为24μm，所述指数型MMI耦合器IV的输入侧宽度15μm、输出侧宽度为12μm，整个单纤三向复用器的芯层厚度为4μm、总宽度为30μm、长度为5756μm。
本发明的有益效果主要表现在：1、采用指数型MMI耦合器级联而成，指数型MMI耦合器能在保证成像质量的同时，打破器件长度与宽度的平方成正比这一关系，较大地缩短了单纤三向复用器的尺寸。2、采用新的设计理念，本单纤三向复用器基于MMI耦合器的一般干涉成像特性，相比以往采用叠加成像特性，具有设计简单，插入损耗低、隔离度高等优点。3、采用的有机聚合物波导容易加工成型、无需复杂工艺。
附图说明
图1是已有技术的单纤三向复用器结构示意图。
图2是本发明一种用于光纤到户的新型平面光波导型单纤三向复用器结构示意图。
图3是单纤三向复用器监控模块方案示意图。
图4是单纤三向复用器在输入波长为1200nm到1600nm时，各个输出端的归一化输出功率的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种用于光纤到户的平面光波导型单纤三向复用器，包括输入光信号1490nm/1550nm的输入波导1，发射1490nm的第一输出波导2、发射1550nm的第二输出波导3、上传1310nm的上传波导4及四个级联的指数型MMI耦合器I、II、III、IV。所述输入波导1与所述指数型MMI耦合器I的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器I的输出侧分别与所述上传波导4、指数型MMI耦合器II的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器II的输出侧与指数型MMI耦合器III的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器III的输出侧分别与第一输出波导2、指数型MMI耦合器IV的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器IV的输出侧与第二输出波导3连接。
如图3所示，输入波导1一边通过光分束器A1由PIN探测器A2连接到自动检测模块，另一边与指数型MMI耦合器I相连；第一输出波导2一边通过光分束器C1由PIN探测器C2连接到自动检测模块，另一边与指数型MMI耦合器III相连；光纤通过光分束器B1连接到PIN探测器B2再连接到自动检测模块，另一边与指数型MMI耦合器IV相连；上传1310nm的上传波导4通过光分束器D1连接PIN探测器D2再连接到自动检测模块，另一边连接到指数型MMI耦合器I上。从输入波导1由左到右分别是指数型MMI耦合器I、II、III、IV。
1310nm是用户上传的信号，1550nm是视频信号，1490nm是语音信号。1310nm通过上传波导4上传经过指数型MMI耦合器I耦合进入输入波导1，1490nm通过输入波导1经过指数型MMI耦合器I、II、III由第一输出波导2输出，1550通过输入波导1经过指数型MMI耦合器I、II、III、IV由第二输出波导3输出。
单纤三向复用器还加了能分别获取各光信号在输入端的光功率和输出端的光功率，且就此实时监控光信号是否正常的监控模块。监控模块通过光分束器A1，B1，C1，D1分别获取光波导1，3，2，4的样品光，再通过PIN探测器A2，B2，C2，D2将各个光纤的光功率等参数输入到监控模块，来识别器件是否正常工作。
本发明器件采取掩埋型有机聚合物波导，芯层折射率nr＝1.51，包层折射率nc＝1.46，所有波导高度4μm，输入波导、第一输出波导和第二输出波导宽度4μm，指数型MMI耦合器宽度从左到右为：15μm、18μm、12μm、9μm、21μm、24μm、15μm、12μm，整个器件芯层厚度为4μm、总宽度为30μm、长度为5756μm，指数型MMI耦合器I、II、III、IV长度分别为1391μm，960μm，2285μm，1120μm。
参见附图4，采用束传输法(BPM)对本发明器件从1200nm到1600nm的光波进行扫描，由各个输出波导的归一化输出功率分布可知：中心波长为1310nm、1490nm和1550nm波长的3dB带宽分别为112.39nm、29.44nm、26.7nm，符合ITU-T G.984.4的带宽要求，工作波长为1310nm、1490nm、1550nm的插入损耗分别为0.34dB、0.9dB、1.17dB，不同通道各波长相互之间的隔离度介于12.74dB和37.15dB之间。这些性能都优于以往的基于MMI耦合器的单纤三向复用器。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.一种用于无源光网络的新型单纤三向复用器，包括输入光信号1490nm/1550nm的输入波导，发射1490nm的第一输出波导、发射1550nm的第二输出波导和上传1310nm的上传波导，其特征在于：所述新型单纤三向复用器还包括四个级联的指数型MMI耦合器I、II、III、IV，所述输入波导与所述指数型MMI耦合器I的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器I的输出侧分别与所述上传波导、指数型MMI耦合器II的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器II的输出侧与指数型MMI耦合器III的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器III的输出侧分别与第一输出波导、指数型MMI耦合器IV的输入侧连接，所述指数型MMI耦合器IV的输出侧与第二输出波导连接。
2.如权利要求1所述的用于无源光网络的新型单纤三向复用器，其特征在于：所述输入波导、第一输出波导、第二输出波导和上传波导均采用掩埋型有机聚合物波导。
3.如权利要求2所述的用于无源光网络的新型单纤三向复用器，其特征在于：所述各个波导的参数为：芯层折射率nr＝1.51，包层折射率nc＝1.46，波导厚度为4μm；所述输入波导、第一输出波导和第二输出波导宽度为4μm，所述指数型MMI耦合器I的输入侧宽度为15μm、输出侧宽度为18μm，所述指数型MMI耦合器II的输入侧宽度为12μm、输出侧宽度为9μm，所述指数型MMI耦合器III的输入侧宽度为21μm、输出侧宽度为24μm，所述指数型MMI耦合器IV的输入侧宽度15μm、输出侧宽度为12μm，整个单纤三向复用器的芯层厚度为4μm、总宽度为30μm、长度为5756μm。
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