CN103424805A - Y分叉结构1×2光功率分配器 - Google Patents

Y分叉结构1×2光功率分配器 Download PDF

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CN103424805A CN2012105581524A CN201210558152A CN103424805A CN 103424805 A CN103424805 A CN 103424805A CN 2012105581524 A CN2012105581524 A CN 2012105581524A CN 201210558152 A CN201210558152 A CN 201210558152A CN 103424805 A CN103424805 A CN 103424805A
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叶剑锋
沈伟星
陆志英
陈子勇
陈益新
李雪峰
管玉成
张淼
周林杰
张效衡
李新碗
陈建平
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Shanghai Honghui Optics Communication Tech Corp
SHANGHAI XINDIANTONG COMMUNICATIONS CONSTRUCTION SERVICE CO Ltd
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SHANGHAI XINDIANTONG COMMUNICATIONS CONSTRUCTION SERVICE CO Ltd
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明公开了一种Y分叉结构1×2光功率分配器，即本分配器包括高阶模式抑制区、分叉区和模场分离区，高阶模式抑制区由输入锥形波导、模式抑制波导和输出锥形波导依次衔接组成，分叉区由两条单模直波导一端交叉连接组成，输出锥形波导连接两条单模直波导的交叉端，模场分离区由两条S形单模波导构成，两条S形单模波导一端分别连接两条单模直波导另一端。本分配器具有工作带宽大，插入损耗小，功率均分性不受输入信号高阶模式影响，满足各类光网络中信号传输的要求。

Description

Y分叉结构1×2光功率分配器
技术领域
本发明涉及光功率分配器，尤其涉及一种Y分叉结构                                               
Figure 2012105581524100002DEST_PATH_IMAGE001
光功率分配器。
背景技术
光功率分配器是有线电视网（CATV）、无源光网络（PON）、光局域网等通讯网络中的核心器件之一。三网合一后，用于信号传输的光载波有
Figure 364147DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 468238DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 185659DEST_PATH_IMAGE002
三种波长，故光功率分配器需在
Figure 2012105581524100002DEST_PATH_IMAGE003
的大带宽范围内实现低损耗、功率均分。目前能达到此带宽要求的集成光器件只有Y分叉结构
Figure 269284DEST_PATH_IMAGE001
功率分配器，或者由Y分叉级联而成的
Figure 21339DEST_PATH_IMAGE004
功率分配器。
如图1所示为传统的Y分叉结构
Figure 843801DEST_PATH_IMAGE001
功率分配器，单模光信号从界面A0输入，进入锥形波导1，发生横向展宽；到达分叉界面B0后分为两路，经S形波导2传输，从界面C0输出。如图2所示，当基模光信号输入时，界面A0和B0的功率分布，显然，由于分叉作用，光信号沿中轴线分离，变为左右对称的两部分。但是当输入信号中存在高阶模式时，Y分叉的均分特性则不再理想。图3所示为多模光信号输入时，界面A0和B0的功率分布。由A0界面的功率分布可见，因为高阶模式的干扰，输入信号的峰值位置向右偏移，B0界面的功率分布显示，右分支的功率峰值高于左分支，故无法实现功率均分。
实际情况下，光功率分配器的输入信号均非基模，所以传统Y分叉型功率分配器无法满足应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Y分叉结构光功率分配器，本分配器具有工作带宽大，插入损耗小，功率均分性不受输入信号高阶模式影响，满足各类光网络中信号传输的要求。
为解决上述技术问题，本发明Y分叉结构
Figure 434369DEST_PATH_IMAGE001
光功率分配器包括高阶模式抑制区、分叉区和模场分离区，所述高阶模式抑制区由输入锥形波导、模式抑制波导和输出锥形波导依次衔接组成，所述分叉区由两条单模直波导一端交叉连接组成，所述输出锥形波导连接所述两条单模直波导的交叉端，所述模场分离区由两条S形单模波导构成，所述两条S形单模波导一端分别连接所述两条单模直波导另一端。
进一步，上述模式抑制波导为直线形波导且宽度小于所述单模直波导的宽度。
进一步，上述输入锥形波导的输入端宽度与所述单模直波导宽度相同、输出端宽度与所述模式抑制波导的宽度相同。
进一步，上述输出锥形波导的输入端宽度与所述模式抑制波导的宽度相同，所述输出锥形波导的输出端侧壁延长线与所述两条单模直波导的交叉端外边缘重合。
进一步，上述两条S形单模波导的输入端分别与所述两条单模直波导的输出端相切。    
由于本发明Y分叉结构
Figure 103247DEST_PATH_IMAGE001
光功率分配器采用了上述技术方案，即本分配器包括高阶模式抑制区、分叉区和模场分离区，高阶模式抑制区由输入锥形波导、模式抑制波导和输出锥形波导依次衔接组成，分叉区由两条单模直波导一端交叉连接组成，输出锥形波导连接两条单模直波导的交叉端，模场分离区由两条S形单模波导构成，两条S形单模波导一端分别连接两条单模直波导另一端。本分配器具有工作带宽大，插入损耗小，功率均分性不受输入信号高阶模式影响，满足各类光网络中信号传输的要求。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为传统的Y分叉结构
Figure 722710DEST_PATH_IMAGE001
功率分配器结构示意图；
图2为基模光信号输入时传统Y分叉结构
Figure 663990DEST_PATH_IMAGE001
功率分配器功率分布图；
图3为多模光信号输入时传统Y分叉结构
Figure 401002DEST_PATH_IMAGE001
功率分配器功率分布图；
图4为本发明Y分叉结构光功率分配器的结构示意图；
图5为多模光信号输入时本分配器各界面的功率分布图；
图6为输入信号功率峰值发生偏移时两种Y分叉结构功率均分性能图；
图7为基模光信号输入时本分配器各界面的功率分布图；
图8为两种Y分叉结构输入波长与插入损耗示意图。
具体实施方式
如图4所示，本发明Y分叉结构
Figure 291914DEST_PATH_IMAGE001
光功率分配器包括高阶模式抑制区3、分叉区4和模场分离区5，所述高阶模式抑制区1由输入锥形波导31、模式抑制波导32和输出锥形波导33依次衔接组成，所述分叉区4由两条单模直波导41、42一端交叉连接组成，所述输出锥形波导33连接所述两条单模直波导41、42的交叉端，所述模场分离区5由两条S形单模波导51、52构成，所述两条S形单模波导51、52一端分别连接所述两条单模直波导41、42另一端。
进一步，上述模式抑制波导32为直线形波导且宽度小于所述单模直波导的宽度。
进一步，上述输入锥形波导31的输入端宽度与所述单模直波导宽度相同、输出端宽度与所述模式抑制波导32的宽度相同。
进一步，上述输出锥形波导33的输入端宽度与所述模式抑制波导32的宽度相同，所述输出锥形波导33的输出端侧壁延长线与所述两条单模直波导41、42的交叉端外边缘重合。
进一步，上述两条S形单模波导51、52的输入端分别与所述两条单模直波导41、42的输出端相切。
本分配器中，光信号从分配器的A1界面输入，经过输入锥形波导31进入模式抑制波导32，再经输出锥形波导33到达分叉区4输入B1界面。其中，模式抑制波导32为一段宽度小于单模直波导的窄波导，它能有效抑制高阶模式，保证分叉区的输入信号为对称信号。如图5所示，当多模光信号输入时，A1、 B1和C1界面的功率分布，A1界面的功率分布与图3中A0界面的功率分布相同，均为峰值位置右偏的非对称曲线，而B1界面的功率分布的对称性则明显提高，这是因为高阶非对称模式无法在窄波导中有效传输，故转化为辐射模耗散在包层中。B1界面的功率分布偏移被纠正后，光信号从B1界面经输出锥形波导33传播至C1界面，由图5可见，分离后的两波峰高度相近，功率仍保持对称分布，分配器Y分叉的功率均分性得到保证。图6显示了输入信号功率峰值发生不同尺度偏移时，两种Y分叉结构的功率均分性能，由图6可见，随着输入场偏移量的增大，传统Y分叉结构的功率均分性逐渐恶化，而本Y分叉结构则始终保持良好的功率均分性能。
输入锥形波导31和输出锥形波导33的作用是减少模式抑制波导32带来的路径损耗以及模式失配损耗。图7所示为基模输入时，本Y分叉结构分配器各界面的功率分布。由图7可见，A1界面的功率曲线和B1界面的功率曲线基本重合，即窄波导对基模信号的衰减极小。因此本分配器有效保持了Y分叉的低损耗特性。
如图1所示，传统分配器信号分离区的S形波导输入端与B0界面垂直，而本分配器模场分离区5的两条S形单模波导51、52的输入端分别与分叉区4的两条单模直波导41、42相切，此设置可缩短信号分离区长度，有效减少接口损耗和路径损耗。图8所示为输入波长在
Figure 2012105581524100002DEST_PATH_IMAGE005
范围内，两种结构Y分叉的插入损耗，由图8可见，在整个波段上，本分配器Y分叉的插入损耗与传统分配器相比均有降低，其中，在
Figure 153779DEST_PATH_IMAGE006
波长附近的降幅最大，可达到，在
Figure 615853DEST_PATH_IMAGE008
波长附近的降幅相对较小，达到0.1dB。
综上，本发明采用窄波导抑制输入信号中的高阶模式，有效提高功率均分性；采用锥形波导作为单模输入波导和窄波导之间的过渡，减小了插入损耗；同时采用与分叉区平滑衔接的S型波导导出分离后的光信号，减小了分离区的长度，降低了插入损耗。因此本发明所提出的Y分叉结构
Figure 259324DEST_PATH_IMAGE001
光功率分配器可有效抑制因多模信号输入造成的功率均分性下降现象，同时在整个通信波段实现更低的插入损耗。
本光功率分配器可采用平板光波导（PLC）结构制作，PLC的折射率比为0.75%。其中，包层材料为
Figure 2012105581524100002DEST_PATH_IMAGE009
，折射率为1.4446，芯层为
Figure 220589DEST_PATH_IMAGE010
，折射率为1.4555。经半矢量BPM算法仿真优化后，可确定器件各部分尺度如下：
单模直波导宽度
Figure 2012105581524100002DEST_PATH_IMAGE011
，输入锥形波导长度，模式抑制波导宽度
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，模式抑制波导长度，输出锥形波导长度
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，分叉区张角
Figure 588620DEST_PATH_IMAGE016
，S形波导最小间距，S形波导半径，两条S形波导输出端口间距
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。该器件在
Figure 123954DEST_PATH_IMAGE020
至
Figure 6460DEST_PATH_IMAGE020
波段插入损耗小于，其中
Figure 985042DEST_PATH_IMAGE006
波段的插入损耗更是低至
Figure 927590DEST_PATH_IMAGE022
，且在输入信号中存在高阶模式干扰的情况下仍能保持良好的功率均分性。

Claims (5)

1.一种Y分叉结构                                               
Figure 2012105581524100001DEST_PATH_IMAGE002
光功率分配器，其特征在于：本分配器包括高阶模式抑制区、分叉区和模场分离区，所述高阶模式抑制区由输入锥形波导、模式抑制波导和输出锥形波导依次衔接组成，所述分叉区由两条单模直波导一端交叉连接组成，所述输出锥形波导连接所述两条单模直波导的交叉端，所述模场分离区由两条S形单模波导构成，所述两条S形单模波导一端分别连接所述两条单模直波导另一端。
2.根据权利要求1所述的Y分叉结构
Figure 298478DEST_PATH_IMAGE002
光功率分配器，其特征在于：所述模式抑制波导为直线形波导且宽度小于所述单模直波导的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的Y分叉结构
Figure 571328DEST_PATH_IMAGE002
光功率分配器，其特征在于：所述输入锥形波导的输入端宽度与所述单模直波导宽度相同、输出端宽度与所述模式抑制波导的宽度相同。
4.根据权利要求1或2所述的Y分叉结构
Figure 988665DEST_PATH_IMAGE002
光功率分配器，其特征在于：所述输出锥形波导的输入端宽度与所述模式抑制波导的宽度相同，所述输出锥形波导的输出端侧壁延长线与所述两条单模直波导的交叉端外边缘重合。
5.根据权利要求1或2所述的Y分叉结构光功率分配器，其特征在于：所述两条S形单模波导的输入端分别与所述两条单模直波导的输出端相切。
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