CN102598548A - 具有交错啁啾阵列波导光栅的相干接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用交错啁啾阵列波导光栅AWG的光学相干检测器。所述AWG具有使得所述AWG能够用作光学90度混合器件的周期性啁啾型式。如果使用双折射材料实施所述AWG，那么所述AWG也可用作偏振多路分用器。在一个实施例中，所述AWG经设计以同时用作波长多路分用器、每一波长分割多路复用WDM信号分量的偏振多路分用器及每一WDM信号分量的每一偏振分割多路复用分量的90度混合器件。

Description

具有交错啁啾阵列波导光栅的相干接收器

技术领域

本发明涉及光学通信设备，且更具体来说(但非排他地)涉及相干光学接收器。

背景技术

本章节介绍可帮助促进对本发明的更好理解的方面。因此，本章节的陈述应鉴于此来阅读且不应理解为关于什么在现有技术中或什么不在现有技术中的承认。

相干光学检测方案不仅能够检测光学信号的振幅，而且能够检测信号的相位。这些能力使光学相干检测与光谱高效调制格式(例如正交振幅调制及呈各种形式的相移键控(PSK)(例如，差分二进制PSK及差分正交PSK))的使用兼容。与不相干检测器相比，光学相干检测器提供相对容易的波长可调谐性、对来自波长分割多路复用(WDM)系统中的邻近信道的干扰的良好抑制、电磁场到电信号的线性变换以有效地应用现代数字信号处理技术及使用偏振分割多路复用(PDM)的机会。

光学相干检测器通常采用90度混合器件，其将所接收的光学通信信号与本机振荡器信号混合以使得可恢复由所述光学通信信号载送的数据。然而，现有技术光学相干检测器的一个问题是其通常需要单独90度混合器件用于光学通信信号的每一WDM及/或PDM分量。不利地，组成装置的此多重性使得在WDM及/或PDM系统中使用光学相干检测相对昂贵且致使对应接收器变得相对大及/或展示出相对高光学衰减。

发明内容

本文中揭示具有交错啁啾阵列波导光栅(AWG)的光学相干检测器的各种实施例。所述AWG具有使得所述AWG能够用作光学90度混合器件的周期性啁啾型式。如果使用双折射材料实施所述AWG，那么所述AWG也可用作偏振多路分用器。在一个实施例中，所述AWG经设计以同时用作波长多路分用器、每一波长分割多路复用(WDM)信号分量的偏振多路分用器及每一WDM信号分量的每一偏振分割多路复用分量的90度混合器件。相对于现有技术有利地，本发明的光学相干检测器可使用相对少的组成装置来实施。

根据一个实施例，提供一种具有AWG的设备，所述AWG包括：(i)衬底，其具有平面表面；(ii)第一光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第一光学输入及第二光学输入以及第一空间光学输出阵列；(iii)第二光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第二空间光学输入阵列以及第三空间光学输出阵列；及(iv)波导臂阵列，每一波导臂将所述第一空间阵列中的一个光学输出连接到所述第二空间阵列中的对应光学输入。所述波导臂阵列经配置以响应于在所述第一光学输入及第二光学输入处接收的光具有约相同波长而致使所述第三空间阵列中的第一组四个光学输出接收在所述第一光学输入及第二光学输入处接收的所述光的四个不同相位组合。

根据另一实施例，提供一种处理光学信号的方法，其具有提供包括以下各项的AWG的步骤：(i)衬底，其具有平面表面；(ii)第一光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第一光学输入及第二光学输入以及第一空间光学输出阵列；(iii)第二光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第二空间光学输入阵列以及第三空间光学输出阵列；及(iv)波导臂阵列，每一波导臂将所述第一空间阵列中的一个光学输出连接到所述第二空间阵列中的对应光学输入。所述方法进一步具有以下步骤：将(a)光学输入信号施加到所述AWG的第一光学输入波导且将(b)本机振荡器信号施加到所述AWG的第二光学输入波导，以在所述第三空间阵列的一组四个光学输出处产生所述光学输入信号与所述本机振荡器信号的四个不同相位组合。

附图说明

举例说明，依据以下详细说明及附图，本发明的各种实施例的其它方面、特征及益处将变得更加显而易见，附图中：

图1展示根据本发明的一个实施例的相干光学接收器的框图；

图2示意性地展示根据本发明的一个实施例的可用在图1的接收器中的阵列波导光栅(AWG)的布局；

图3示意性地展示根据本发明的另一实施例的可用在图1的接收器中的AWG的布局；

图4示意性地展示根据本发明的又一实施例的可用在图1的接收器中的AWG的布局；且

图5A到5B展示根据本发明的又一实施例的可用在图1的接收器中的AWG的图示。

具体实施方式

图1展示根据本发明的一个实施例的相干光学接收器100的框图。接收器100具有阵列波导光栅(AWG)110，其具有(i)标记为S及R的两个输入端口及(ii)标记为1到N的多个输出端口。AWG 110光学上混合分别施加到输入端口S及R的输入信号102及104，以分别在输出端口1到N处产生N个混合信号112₁到112_N。在各种实施例中，输入信号102可以是非多路复用信号或具有波长分割多路复用(WDM)及/或偏振分割多路复用(PDM)信号分量的多路复用信号。取决于输入信号102的既定类型，AWG 110可经设计以执行以下功能：(i)90度混合器件；(ii)波长多路分用器及每一WDM分量的90度混合器件；(iii)偏振多路分用器及每一PDM分量的90度混合器件；或(iv)波长多路分用器、每一WDM分量的偏振多路分用器及每一WDM分量的每一PDM分量的90度混合器件。下文参考图2到5更详细地描述对应于AWG 110的这些实施例的代表性AWG结构。

输入信号104是用于输入信号102的相干检测的本机振荡器(LO)信号。因此，输入信号104具有对应于输入信号102的信号分量的信号分量。举例来说，如果输入信号102具有n个WDM分量，那么LO信号104也具有n个光谱分量，每一者具有与输入信号102的对应WDM分量大致相同的光学载波频率(波长)。类似地，如果输入信号102针对每一光学载波频率具有两个PDM分量，那么LO信号104针对每一光学载波频率也具有两个对应偏振分量。在一个实施例中，如所述技术中已知，例如，使用光锁相环路(PLL，图1中未明确展示)在接收器100处产生LO信号104。在替代实施例中，从远程发射器(图1中未明确展示)接收LO信号104，例如，如第7,269,356号美国专利中所揭示，所述美国专利以整体引用方式并入本文中。

注意，经设计用于处理PDM信号的接收器100的实施例可包含位于AWG 110的输入端口R处的任选偏振控制元件106。偏振控制元件106的一个功能是确保LO信号104为相关信号偏振中的每一者提供充足光学功率。举例来说，偏振控制元件106可经配置以改变/旋转LO信号104的偏振，以使得在耦合到AWG 110中之后，LO信号在横向电(TE)及横向磁(TM)波导偏振模式中具有大致相等光学功率。例如，当偏振控制元件106致使以下情况时将发生相等功率划分：(i)致使线性偏振的LO信号104的偏振相对于AWG 110的平面以约45度定向或(ii)致使LO信号104圆偏振。

如此说明书中所使用，术语TE及TM偏振/模式包含两种情况：(i)常规TE及TM偏振/模式及(ii)准TE及准TM偏振/模式。

接收器100进一步具有检测器阵列120，其将N个光学信号112₁到112_N转换成K个电信号122₁到122_K，所述K个电信号指示对应于输入信号102的独立调制的分量的复值。电信号122₁到122_K中的每一者可在对应(任选)放大器130处放大。在对应模/数转换器(ADC)140中将所得信号132₁到132_K中的每一者转换成数字格式。所得数字信号142₁到142_K由数字信号处理器(DSP)150处理以恢复由输入信号102的每一独立调制的分量载送的数据。在代表性实施例中，N＝K或N＝2K。在一个实施例中，在共用衬底上将AWG 110及检测器阵列120实施为单个集成电路的部分。

图2示意性地展示根据本发明的一个实施例的可用作AWG 110(图1)的AWG 200的布局。更具体来说，AWG 200对应于N＝4(参见图1)且经设计以用作光学90度混合器件。AWG 200具有由AWG波导臂222的复数体220连接的波导耦合器(有时也称作星形耦合器)210及230。如果将AWG 200用作AWG 110(图1)，那么耦合器210的输入端口208₁及208₂分别充当接收器100的输入端口S及R。耦合器230的输出端口232₁到232₄对应于AWG 110的输出端口1到4。

在非啁啾AWG中，任何两个邻近AWG臂(类似于AWG 200的AWG臂222)之间的长度差为常数(后文标示为ΔL)。在数学上，可使用等式(1)来表达非啁啾AWG的此性质：

L_m＝L₀+mΔL    (1)

其中m为识别平面衬底上的所述臂的横向空间序列中的第m个波导臂的索引。此处，m＝0对应于第一或最短AWG臂，其具有长度L₀；且L_m是横向空间序列中的第m个AWG臂的长度。相比来说，在交错啁啾AWG中，邻近AWG臂之间的长度差可(例如)以周期性方式调制，且取决于索引m。在数学上，可使用等式(2)近似表达交错啁啾AWG的此性质：

L_m＝L₀+mΔL+l(m mod M)    (2)

其中M为啁啾型式的周期，且l(m mod M)是离散臂长度调制函数，其取决于索引m除以周期M的余数。可在ΔL＝0的情形下实施一些啁啾AWG及一些非啁啾AWG。例如，可在第5,909,522及6,049,640号共同拥有的美国专利中发现关于交错啁啾AWG的设计及实施方案的额外细节，所述美国专利均以整体引用方式并入本文中。

在一个实施例中，AWG 200是交错啁啾AWG，其中AWG臂222具有由选自(例如)表1中所列出的一组八个代表性离散函数l₁(i)-l₈(i)的臂长度调制函数l(m mod M)描述的啁啾型式。注意，表1中所列出的离散函数对应于M＝4个AWG臂的周期。所列出的离散函数中的每一者是经正规化的，其中所关注波长(λ_c)充当正规化因子。在各种实施例中，λ_c可以是输入信号的载波波长或将在输入信号中存在的多个WDM分量的平均波长。

表1：代表性AWG啁啾型式

	i＝0	i＝1	i＝2	i＝3
					l1(i)/λc	3/8	0	-1/8	0
l2(i)/λc	0	-1/8	0	3/8
					l3(i)/λc	-1/8	0	3/8	0
l4(i)/λc	0	3/8	0	-1/8
					l5(i)/λc	-3/8	0	1/8	0
l6(i)/λc	0	1/8	0	-3/8
					l7(i)/λc	1/8	0	-3/8	0
l8(i)/λc	0	-3/8	0	1/8

所属领域的技术人员将了解，可类似地在AWG 200中使用其它适合啁啾型式。在各种实施例中，波导复数体220可具有不同数目个AWG臂222，其中最小臂数目为4。对AWG臂222的最大数目不存在理论上的限制，即，所述数目可以是大于4的任何数目。然而，(例如)实际构造考虑却可能限制所述最大数目。

当使用臂长度调制函数l₁(i)实施AWG 200(其中，输入端口208₁及208₂由四分之一衍射区间隔开且输出端口232₁到232₄相应地间隔开)时，AWG臂222的啁啾型式致使所述AWG在输出端口处产生大致相等强度的四个输出信号。等式(3)近似地给出在AWG 200的输出端口232₁到232₄处的电场E_p之间的关系(其中下标p＝1...4表示输出端口数目)：

$\left[\begin{array}{c}{E}_1\\ E_2\\ E_3\\ E_4\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}{E}_S-E_R\\ {-E}_S+{\mathrm{jE}}_R\\ -{\mathrm{jE}}_S-{\mathrm{jE}}_R\\ -{\mathrm{jE}}_S+E_R\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中E_S及E_R分别是施加到输入端口208₁及208₂的光学信号的电场。所属领域的技术人员将认识到等式(3)对应于常规光学90度混合器件的功能性，意指AWG 200的实施例可用于在相干接收器(例如接收器100(图1))中实施所述功能性。所属领域的技术人员将进一步认识到使用表1中所列出的其它臂长度调制函数将产生AWG 200的输出端口232₁到232₄处的电场E_p之间的类似于由等式(3)给出的关系的关系。.

AWG臂222通常以非交叉方式布置在一个平面上以形成波导的平面阵列，所述平面阵列具有第一侧边缘224及第二侧边缘226。在对应于非零ΔL值的一个实施例中，平面阵列中的AWG臂222的长度根据等式(2)随着横向位置在平面上的变化而单调地增加，以使得位于侧边缘224处的AWG臂具有最小长度且位于侧边缘226处的AWG臂具有最大长度。在对应于ΔL＝0的替代实施例中，如果忽视由臂长度调制函数l(m mod M)定义的啁啾型式，那么所有AWG臂222具有相同长度。

图3示意性地展示根据本发明的另一实施例的可用作AWG 110(图1)的AWG 300的布局。AWG 300大体上类似于AWG 200(图2)，其中两个AWG的类似元件用具有相同后两位数字的标号标示。然而，与AWG 200相比较，AWG 300对应于N＝8(还参见图1)且经设计以同时用作偏振多路分用器及每一PDM分量的90度混合器件。在各种实施例中，波导复数体320可具有不同数目个AWG臂322，其中最小臂数目为8。

AWG 300的偏振多路分用器功能性是通过双折射区340的存在来实现。举例来说，对于每一AWG臂322，所述臂在区340内的一部分可由以相对高双折射为特征的波导材料制成。用于实施区340内的AWG臂322的另一适合布置可包含具有大纵横比的波导芯，例如，具有薄InGaAsP引导层的InP深蚀刻脊。双折射区340可包含整个波导复数体320或仅一部分。区340中的波导可使用或可不使用双折射材料。除了上文所提及的材料之外，用于实施区340中的波导的其它适合材料可为Si、InGaAs、SiO₂及SiON。

例如，在2008年8月19日提出申请的美国专利申请案12/194352中描述了制作平面光学波导的双折射段的实例性设计及方法，所述美国专利申请案以整体引用方式并入本文中。这些设计及方法可用于实施AWG波导臂322在区340中的部分。

双折射区340致使对应于等式(3)的输出信号中的每一者分裂成分别对应于TE及TM偏振模式的两个空间分离的分量。偏振相依波长分裂(PDWS)的量值是由一般来说在波导复数体320内与特定来说在区340中的TE及TM模式的有效折射率之间的差来确定。因此，用于实施双折射区340的材料经选择以使得PDWS充分大以能够实现在波导耦合器330的输出小面328处并排放置八个输出波导332。等式(4a到4b)分别近似地给出在AWG 300的输出端口332_1X到332_4X及332_1Y到332_4Y处的电场E_pX及E_pY之间的关系：

$\left[\begin{array}{c}{E}_{1X}\\ E_{2X}\\ E_{3X}\\ E_{4X}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{SX}}-E_{\mathrm{RX}}\\ {-E}_{\mathrm{SX}}+{\mathrm{jE}}_{\mathrm{RX}}\\ {-\mathrm{jE}}_{\mathrm{SX}}-{\mathrm{jE}}_{\mathrm{RX}}\\ -{\mathrm{jE}}_{\mathrm{SX}}+E_{\mathrm{RX}}\end{array}\right]---\left(4a\right)$

$\left[\begin{array}{c}{E}_{1Y}\\ E_{2Y}\\ E_{3Y}\\ E_{4Y}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{SY}}-E_{\mathrm{RY}}\\ -E_{\mathrm{SY}}+{\mathrm{jE}}_{\mathrm{RY}}\\ {-\mathrm{jE}}_{\mathrm{SY}}-{\mathrm{jE}}_{\mathrm{RY}}\\ -{\mathrm{jE}}_{\mathrm{SY}}+E_{\mathrm{RY}}\end{array}\right]---\left(4b\right)$

其中E_SX及E_SY分别是对应于施加到AWG 300的输入端口3081的光学信号(例如，图1的光学通信信号102)的TE及TM偏振的电场；且E_RX及E_RY分别是对应于施加到所述AWG的输入端口308₂的光学信号(例如，图1的LO信号104)的TE及TM偏振的电场。等式(4a到4b)出于两个原因表明AWG 300同时充当TE及TM偏振的偏振多路分用器及所述偏振中的每一者的光学90度混合器件。首先，第一组光学输出端口332_1X到332_4X及第二组光学输出端口332_1Y到332_4Y的不同光学输出端口输出具有不同相对相位组合的信号与本机振荡器光的组合，即，如在光学90度混合器件中。第二，第一组光学输出端口332_1X到332_4x针对一个偏振分量输出此类组合，且第二组光学输出端口332_1Y到332_4Y针对另一相对正交的偏振分量输出此类组合，即，如在偏振多路分用器中。

图4示意性展示根据本发明的又一实施例的可用作AWG 110(图1)的AWG 400的布局。AWG 400大体上类似于AWG 200(图2)，其中两个AWG的类似元件用具有相同后两位数字的标号标示。然而，与AWG 200相比较，AWG 400对应于N＝8(还参见图1)且经设计以同时用作两信道波长多路分用器及WDM分量(分别具有载波波长λ1及λ2)中的每一者的90度混合器件。所属领域的技术人员可针对任何所需整数数目n(＞2)个WDM信道一般化AWG 400的设计，所述一般化将导致输出波导432的数目为N＝4n。在各种实施例中，波导复数体420可具有不同数目个AWG臂422，其中最小可能臂数目为4n。

所述技术中已知可充当波长多路分用器的AWG。此处不给出对AWG 400的波长多路分用器功能性的详细说明，因为其大体上类似于某些现有技术AWG的波长多路分用器功能性。对于额外细节，读者可参考(例如)上文叙述的第5,909,522及6,049,640号美国专利，可在其中发现适合说明。

AWG 400的所添加90度混合器件功能性类似于AWG 200的90度混合器件功能性，且通过AWG臂422的啁啾型式(例如，由表1中所列出的离散函数中的一者来定义)来实现。实质上，所述啁啾型式致使根据等式(3)将根据AWG 400的波长多路分用器功能性产生的每一多路分用WDM信号分裂成四路。为捕获并引导对应于经分裂WDM分量的混合信号以用于进一步处理(例如，在检测器阵列120(图1)中)，AWG 400具有适当地定位在波导耦合器430的输出小面428处的八个输出波导432_λ1，1到432_λ1，4即432_λ2，1到432_λ2，4。

图5A到5B展示根据本发明又一实施例的可用作AWG 110(图1)的AWG 500的图示。更具体来说，图5A展示AWG 500的框图。图5B示意性地展示AWG 500的布局。AWG 500大体上类似于AWG 300(图3)，其中两个AWG的类似元件用具有相同后两位数字的标号来标示。然而，与AWG 300相比较，AWG 500对应于N＝32(还参见图1)且经设计以同时充当四信道波长多路分用器、四个WDM信道中的每一者的偏振多路分用器及四个WDM信道中的每一者的两个正交偏振中的每一者的90度混合器件。以说明方式，将四个WDM信道展示为具有载波波长λ1到λ4，其中λ1＜λ2＜λ3＜λ4。

AWG 500的偏振多路分用器功能性是通过双折射区540来实现。AWG 500的90度混合器件功能性是通过AWG臂522的啁啾型式(例如，由表1中所列出的离散函数中的一者所定义)来实现。实质上，双折射区540及AWG臂522的啁啾型式致使将根据AWG 500的常规波长多路分用器功能性产生的每一多路分用WDM信道信号S引导到一组八个输出端口532_S1、532_S2、...、532_S8。即，AWG 500的一组八个输出端口根据等式(4a到4b)针对每一输入WDM波长信道输出信号光与本机振荡器光的八个不同相对相位与偏振组合。为捕获并引导对应于经分裂WDM/PDM分量的混合信号以用于进一步处理(例如，在检测器阵列120(图1)中)，AWG 500具有适当地定位在波导耦合器530的输出小面528处的三十二(32)个输出波导532。

图5A的框图展示对应于施加到输入端口508₁的输入信号(例如，图1的光学通信信号102)的不同WDM/PDM分量的不同输出波导532的相对空间布置。更具体来说，在图5A中使用以下命名来标记在输出波导532中产生的各种混合信号：(1)λi指示波长，其中i＝1、2、3、4；(2)1X、2X、3X及4X指示对应于等式(4a)的四个行的TE偏振混合信号；及(3)1Y、2Y、3Y及4Y指示对应于等式(4b)的四个行的TM偏振混合信号。

所属领域的技术人员将了解可针对任何所需数目n(其中2≤n≤n_max)个WDM信道一般化AWG 500的设计，所述一般化将导致输出波导532的数目为N＝8n。在此设计中可容纳的WDM信道的最大数目(n_max)是由AWG中的偏振相依波长分裂(PDWS)确定且由等式(5)给出：

$n_{\max }\≤\frac{\mathrm{PDWS}}{\mathrm{\Δ\λ}}---\left(5\right)$

其中Δλ是信道间隔。PDWS由等式(6)表达如下：

$\mathrm{PDWS}={2\mathrm{\λ}}_c\frac{n_{\mathrm{TE}}-n_{\mathrm{TM}}}{n_{\mathrm{TE}}+n_{\mathrm{TM}}}---\left(6\right)$

其中λ_c是AWG的WDM信道的平均波长；n_TE是在波长λ_c下TE偏振模式的有效折射率；且n_TM是在波长λ_c下TM偏振模式的有效折射率。在各种实施例中，波导复数体520可具有不同数目个AWG波导臂522，其中最小臂数目为8n。在一个实施例中，AWG 500具有一百个AWG波导臂522，经设计而以第21个光栅次序操作，且具有约200GHz的信道间隔Δλ。

本发明的各种实施例的一个优点是即使在使用光子集成电路(PIC)技术实施装置时，混合器件的90度相位特性也可为高度准确的。为了比较，在使用PIC技术实施的现有技术90度混合器件中，90度混合器件的各种输出的相位差可明显偏离90度，因为其通常是由混合器件中所使用的单个元件(例如，多模干扰耦合器)来确定。因此，即使所述单个元件的相对小误差或不准确性(例如，在制作过程期间尺寸的相对小误差或不准确性)也可导致相位差明显偏离所需的90度。相比来说，在本发明的各种实施例中，一个特定AWG臂的长度的小误差不对相位造成深远影响，因为所述误差通过对许多AWG臂的有效求平均而减小。

虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但并不打算将此说明解释为具有限制意义。尽管已参考TE及TM偏振模式描述了本发明的实施例，但本发明的各种实施例也可用于处理任何适合偏振多路复用信号，例如，使用(i)左右圆偏振及(ii)相互正交线性偏振的那些信号。认为本发明相关领域的技术人员明了的所述实施例的各种修改以及本发明的其它实施例在如以上权利要求书中所表达的本发明的原理及范围内。

如本文中所使用，术语“光学混合器件”指代光学混合器，其经设计以混合具有载波频率的光学输入信号及具有相同载波频率的本机振荡器信号以产生对应于输入信号与LO信号之间的不同相对相移的多个混合信号。光学90度混合器件是光学混合器件的特定类型，其经设计以产生对应于输入信号与LO信号之间的分别为大约0、90、180及270度的相对相移的至少四个混合信号。所属领域的技术人员将了解，在不计及为360度的整数倍数的可能额外相移的情形下定义所述相移中的每一者。

可使用自由空间光学器件及/或波导电路来实施本发明，包含在单个集成电路或封装上的可能实施方案。

除非另有明确陈述，否则每一数值及范围应解释为近似值，好像词“约”或“大约”在所述值或范围的值之前。

将进一步理解，所属领域的技术人员可做出为解释本发明的性质而已描述及图解说明的部件的细节、材料及布置的各种改变，而不背离以上权利要求书中所表达的本发明范围。

尽管以上方法权利要求书(如果有的话)中的元素是以具有对应标签的特定序列加以叙述，但除非权利要求书叙述另外暗示用于实施那些元素中的一些或全部元素的特定序列，否则未必打算将那些元素限于以所述特定序列来实施。

本文中提及“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性可包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书的各个地方出现短语“在一个实施例中”未必全部是指同一实施例，单独或替代实施例也未必与其它实施例相互排斥。相同情形适用于术语“实施方案”。

在整个详细说明中，未按比例绘制的图式仅为说明性且加以使用旨在解释而非限制本发明。例如高度、长度、宽度、顶部、底部等术语的使用完全是用以促进本发明的说明且不打算将本发明限于特定定向。举例来说，高度并不仅暗示垂直上升限制，而是用于识别如各图中所展示的三维结构的三个维度中的一者。此“高度”在电极是水平的情况下将为垂直的，但在电极是垂直的情况下将为水平的，等等。类似地，虽然所有图将不同层展示为水平层，但此定向仅出于描述性目的且不应解释为限制。

此外，出于本说明的目的，术语“耦合(couple、coupling、coupled)”、“连接(connect、connecting或connected)”是指此项技术中已知或稍后开发的允许能量在两个或两个以上元件之间传送的任一方式，且涵盖一个或一个以上额外元件的间置，但并非所需的。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示不存在此些额外元件。

Claims (10)

1.一种设备，其包括阵列波导光栅AWG，所述阵列波导光栅包括：

衬底，其具有平面表面；

第一光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第一光学输入及第二光学输入以及第一空间光学输出阵列；

第二光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第二空间光学输入阵列以及第三空间光学输出阵列；及

波导臂阵列，每一波导臂将所述第一空间阵列中的一个光学输出连接到所述第二空间阵列中的对应光学输入，其中所述波导臂阵列经配置以响应于在所述第一光学输入及第二光学输入处接收的光具有约相同波长而致使所述第三空间阵列中的第一组四个光学输出接收在所述第一光学输入及第二光学输入处接收的所述光的四个不同相位组合。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述四个不同相位组合为来自第一光学输入端口及第二光学输入端口的光的具有约0、π/2弧度、π弧度及3π/2弧度的相对相位的组合。

3.根据权利要求1所述的设备，所述波导臂阵列经配置以致使所述第三阵列中的单独第二组四个光学输出接收所述光的四个第二组合，所述第二组合为所述光的分量的约正交于输出到所述第三阵列中的所述第一组光学输出的所述光的偏振的偏振。

4.根据权利要求1所述的设备，所述波导臂阵列经配置以致使所述第三阵列中的单独第二组四个光学输出接收所述光的四个第二组合，所述第二组合具有不同于输出到所述第三阵列中的所述第一组光学输出的所述光的波长的波长。

5.根据权利要求1所述的设备，

其中，对于所述波导臂中的至少一些波导臂，所述臂的至少一部分包括双折射波导；且

所述设备进一步包括偏振控制元件，所述偏振控制元件经配置以改变在所述第二光学输入处接收的所述光的偏振以使得在第一偏振与大约正交于所述第一偏振的第二偏振之间划分光学功率。

6.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述AWG适于用作n信道波长多路分用器，其中n为大于1的正整数；且

所述第三空间光学输出阵列包括4n个光学输出，其每一者用于接收在以下两方面中的至少一个方面不同于其余(4n-1)个混合信号中的每一者的对应混合信号：(i)载波波长及(ii)施加到所述第一光学输入及第二光学输入的所述光之间的相对相移值。

7.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述波导臂阵列具有周期性啁啾型式，其中四个波导臂为一周期；且

所述啁啾型式由按选定次序布置的以下各项组成：

(i)两个0，

及

或

(ii)两个0，

及

其中λ_c为对应于所述AWG的一个或一个以上波长信道的波长。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为光学接收器，所述光学接收器进一步包括：

光检测器阵列，每一光检测器光学耦合到所述第三空间光学输出阵列中的对应输出且适于将对应光学输出信号转换成电信号；

模/数转换器，其适于将由所述光检测器阵列产生的所述电信号转换成对应数字信号；及

数字信号处理器，其接收所述数字信号，其中：

施加到所述第一光学输入的光学输入信号包括多个独立调制的分量；且

所述数字信号处理器适于处理所述数字信号以恢复由所述独立调制的分量中的每一者载送的数据，其中所述多个独立调制的分量包括两个或两个以上WDM分量。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述多个独立调制的分量还包括两个或两个以上PDM分量。

10.一种处理光学信号的方法，其包括：

(a)提供阵列波导光栅AWG，其包括：

衬底，其具有平面表面；

第一光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第一光学输入及第二光学输入以及第一空间光学输出阵列；

第二光学星形耦合器，其沿着所述表面且具有第二空间光学输入阵列以及第三空间光学输出阵列；及

波导臂阵列，每一波导臂将所述第一空间阵列中的一个光学输出连接到所述第二空间阵列中的对应光学输入；及

(b)将(i)光学输入信号施加到所述AWG的第一光学输入波导且将(ii)本机振荡器信号施加到所述AWG的第二光学输入波导，以在所述第三空间阵列中的一组四个光学输出处产生所述光学输入信号与所述本机振荡器信号的四个不同相位组合。

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