CN102902009B - 具有光子晶体的单纤三向复用器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有光子晶体的单纤三向复用器。该单纤三向复用器至少包括：用于接入第一波长及第二波长的光波信号的输入波导；用于接入第三波长的光波信号的上传波导；第一输出波导；第二输出波导；及多模波导耦合器；该多模波导耦合器用于分离所述第一波长信号及第二波长信号，并使两者分别由第一输出波导及第二输出波导输出；此外，该多模波导耦合器所具有的光子晶体，能反射所述第三波长的光波信号，并使该光波信号由输入波导输出。优选地，输入波导、上传波导、第一输出波导、第二输出波导、多模波导耦合器及光子晶体均通过对半导体基底的刻蚀来形成。本发明的优点包括：结构紧凑小巧，且制作工艺与CMOS工艺完全兼容，无需复杂工艺，加工成本低。

Description

具有光子晶体的单纤三向复用器
技术领域
本发明涉及光纤接入网络领域，特别是涉及一种具有光子晶体的单纤三向复用器。
背景技术
随着光纤接入网络技术的长足进展，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，对光纤接入网络要求越来越高，光纤到户技术（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就是单纤三向复用器，研究出满足通信带宽要求、低成本、小型化的单纤三向复用器是应用领域的实际需求，因此具有非常重要的意义。这些实际要求也是制约FTTH技术推广的关键因素。
单纤三向复用器的主要功能，是将OLT输出的波长1490nm的语音信号和波长1550nm的视频信号、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波长1490nm的语音信号和波长1550nm的视频信号，并通过上传波导将本地数据上传至OLT。目前实际应用的单纤三向复用器是由分立器件所构成，具有不易于封装，耦合损耗大和成本高等缺点；而另一种基于平面光波导技术（PLC)的三向复用器由于芯层与包层之间的折射率差很小，导致其器件尺寸仍然较大。另外，基于PLC的三向复用器往往使用多模波导耦合器（MMI)和阵列波导光栅（AWG)相互级联的方式来实现复用功能，使得器件的结构不够紧凑。
随着半导体技术的发展，Si和SiO2的高折射差(2.0)为实现纳米光波导和超小尺度的集成光波导器件提供了可能性。并且Si纳米线波导的制造工艺与现有电子工业中使用的CMOS工艺可完全兼容，为低成本，大批量的生产提供了可能性。因此相对于传统的三向复用器，如何提供一种低成本、小尺寸、高集成度的三向复用器，已成为本领域技术人员需要解决的技术课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构紧凑成本低的具有光子晶体的单纤三向复用器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有光子晶体的单纤三向复用器，其至少包括：
用于接入第一波长及第二波长的光波信号的输入波导；
用于接入第三波长的光波信号的上传波导；
第一输出波导；
第二输出波导；
通过端口分别连接所述输入波导、上传波导、第一输出波导及第二输出波导的多模波导耦合器，用于分离所述第一波长信号及第二波长信号，并使两者分别由第一输出波导及第二输出波导输出，所述多模波导耦合器还具有光子晶体，所述光子晶体能反射所述第三波长的光波信号，并使该光波信号由输入波导输出至OLT。
优选地，所述输入波导、上传波导、第一输出波导、第二输出波导及多模波导耦合器均通过对半导体基底的刻蚀来形成；更为优选地，通过对绝缘体上硅的顶层硅刻蚀来形成。
优选地，所述输入波导、上传波导、第一输出波导、及第二输出波导均为纳米线波导。
优选地，所述输入波导、上传波导、第一输出波导、及第二输出波导均呈锥形。
优选地，所述光子晶体通过对所述半导体基底的刻蚀来形成。
优选地，所述光子晶体包括SiO2介质孔光子晶体。
如上所述，本发明的具有光子晶体的单纤三向复用器，具有以下有益效果：将光子晶体嵌入于多模波导耦合器上以实现三个波长的复用功能，使得器件的结构极其紧凑；基于绝缘体上硅的Si纳米线波导加工工艺与CMOS工艺完全兼容，无需复杂工艺，加工成本低；基于Si纳米线波导，为芯层和包层之间提供了巨大的折射率差，可以极大限度的减小器件的尺寸，大幅度提高集成度。
附图说明
图1显示为本发明的具有光子晶体的单纤三向复用器的二维结构示意图。
图2显示为本发明的具有光子晶体的单纤三向复用器的三维结构示意图。
元件标号说明
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的的前提下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容的涵盖范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图所示，本发明提供一种具有光子晶体的单纤三向复用器。所述单纤三向复用器1至少包括：输入波导11、上传波导12、第一输出波导13、第二输出波导14以及多模波导耦合器15。
所述输入波导11用于接入第一波长及第二波长的光波信号。
其中，第一波长及第二波长的光波信号包括任意波长的光波信号，优选地，第一波长及第二波长的光波信号分别为语音信号及视频信号，例如，第一波长的光波信号为波长1490nm的语音信号；第二波长的光波信号为波长1550nm的视频信号。
所述输入波导11可通过对半导体基底的刻蚀来形成，例如，如图2所示，输入波导11对绝缘体上硅2的顶层硅21进行刻蚀，形成4个Si纳米线波导，其中左侧的一个Si纳米线波导作为输入波导11。
此外，可进一步将作为输入波导11的Si纳米线波导刻蚀成锥形，例如，如图1所示的锥形，由此来减小传输损耗。
所述上传波导12用于接入第三波长的光波信号。
其中，第三波长信号包括任意不同于第一波长及第二波长的光波信号，优选地，第三波长信号为用户上传信号，例如，为波长1310nm的光波信号。
所述上传波导12也可通过对半导体基底的刻蚀来形成，例如，如图2所示，左侧的一个Si纳米线波导作为上传波导12。
此外，也可进一步将图2所示的作为上传波导12的Si纳米线波导刻蚀成锥形，例如，如图1所示的锥形，由此来减小传输损耗。
所述第一输出波导13用于输出光波信号，其也可通过对半导体基底的刻蚀来形成，例如，如图2所示，右侧的一个Si纳米线波导作为第一输出波导13。
此外，也可进一步将图2所示的作为第一输出波导13的Si纳米线波导刻蚀成锥形，例如，如图1所示的锥形，由此来减小传输损耗。
所述第二输出波导14用于输出光波信号，其也可通过对半导体基底的刻蚀来形成，例如，如图2所示，右侧的一个Si纳米线波导作为第二输出波导14。
此外，也可进一步将图2所示的作为第二输出波导14的Si纳米线波导刻蚀成锥形，例如，如图1所示的锥形，由此来减小传输损耗。
所述多模波导耦合器15具有4个端口（图中未示出），该4个端口分别连接输入波导11、上传波导12、第一输出波导13及第二输出波导14；所述多模波导耦合器15还具有光子晶体151，如图1所示。
其中，所述光子晶体151包括任何能反射所述第三波长的光波信号，并使该光波信号由输入波导输出的光子晶体，优选地，包括但不限于SiO2介质孔光子晶体等。
所述多模波导耦合器15也可通过对半导体基底的刻蚀来形成，例如，如图2所示，其中，所述光子晶体151通过由顶层硅21刻蚀至SiO2介质层来形成。
由图1可见，该多模波导耦合器15将输入波导11接入的波长1490nm和1550nm的光波信号分开，并从第一输出波导13输出波长1490nm的光波信号、从第二输出波导14输出波长1550nm的光波信号；同时该多模波导耦合器15的光子晶体151反射上传波导12接入的波长1310nm的光波信号，使波长1310nm的光波信号由输入波导11输出，同时不影响输入波导11传输波长1490nm和1550nm的光波信号。
综上所述，本发明的具有光子晶体的单纤三向复用器采取的是在绝缘体上硅上刻蚀的方法制作而成，Si纳米线波导与SiO2基底之间巨大的折射率差将极大限度的减小器件的尺寸，并且基于绝缘体上硅的Si纳米线波导加工工艺与CMOS工艺完全兼容，无需复杂工艺，加工成本低；此外，将SiO2介质孔光子晶体嵌入于多模波导耦合器上以实现三个波长的复用功能，使得器件的结构极其紧凑。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点，从而具有高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种具有光子晶体的单纤三向复用器，其特征在于，所述具有光子晶体的单纤三向复用器至少包括：
用于接入第一波长及第二波长的光波信号的输入波导；
用于接入第三波长的光波信号的上传波导；
第一输出波导；
第二输出波导；
通过端口分别连接所述输入波导、上传波导、第一输出波导及第二输出波导的多模波导耦合器，用于分离所述第一波长信号及第二波长信号，并使两者分别由第一输出波导及第二输出波导输出，所述多模波导耦合器还具有光子晶体，所述光子晶体能反射所述第三波长的光波信号，并使该光波信号由输入波导输出；
所述输入波导、上传波导、第一输出波导、及第二输出波导均为纳米线波导；
所述输入波导、上传波导、第一输出波导、及第二输出波导均呈锥形；
第一波长及第二波长的光波信号分别为语音信号及视频信号；第三波长信号为用户上传信号。
2.根据权利要求1所述的具有光子晶体的单纤三向复用器，其特征在于：所述输入波导、上传波导、第一输出波导、第二输出波导及多模波导耦合器均通过对半导体基底的刻蚀来形成。
3.根据权利要求2所述的具有光子晶体的单纤三向复用器，其特征在于：所述半导体基底包括绝缘体上硅。
4.根据权利要求2所述的具有光子晶体的单纤三向复用器，其特征在于：所述光子晶体通过对所述半导体基底的刻蚀来形成。
5.根据权利要求4所述的具有光子晶体的单纤三向复用器，其特征在于：所述光子晶体包括SiO2介质孔光子晶体。
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