CN105549155A - 平面单片集成波分复用-解复用器及其实现方法 - Google Patents

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单永峰
陈炜
朱兆康
侍镇山
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Abstract

本发明公开了一种平面单片集成波分复用-解复用器，包括：芯片，所述芯片的一端设置有1个端口的光纤和N个端口的光纤阵列，所述芯片上设置有一个光波导短程透镜和一个二元光栅，上述结构之间通过波导实现光路连接；本发明还公开了上述平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，其中，扩束与聚焦由波导短程透镜实现，衍射由二元光栅来实现。通过上述方式，本发明简单合理，将二元光栅与波导短程透镜用于波分复用器设计，以实现器件信道间隔小、损耗低、串扰小、扩展信道容易、耦合效率高的波分复用，可以形成一个简洁的单片集成波导型波分复用结构，利于降低成本与工艺难度、打破批量生产的制约、实现快速波分复用功能。

Description

平面单片集成波分复用-解复用器及其实现方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域与集成光电子技术领域，特别是涉及一种平面单片集成波分复用-解复用器及其实现方法。
背景技术
从二十世纪九十年代以来，波分复用成为扩容的主要方式，波分复用技术成为大容量高速光通信的主流技术，而波分复用器作为其核心器件，需求日益迫切，且成百信道的超密集波分复用（UDWDM）成为重点发展方向。
目前商用化的波分复用器主要有光纤光栅型(FBG)、介质膜干涉滤波器型(TFF)、熔锥型(FBT)和集成光波导型(IOW)。其中，TFF型、FBT型结构及原理所限明显不适应UDWDM用，FBG型的过分温度敏感性也使其应用受到很大限制，而IOW型波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件，具有平面波导技术的所有潜在优点，诸如适于批量生产、重复性好、尺寸小，可在光掩膜过程中实现复杂的光路、与光纤的对准容易等等，因而代表了一种先进的WDM器件技术，但其插入损耗、信道数与信道间隔距UDWDM的要求还有很大差距。
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于波导短程透镜与二元光栅的平面单片集成波分复用-解复用器及其实现方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种平面单片集成波分复用-解复用器，结构简单合理，将二元光栅与波导短程透镜用于波分复用器设计，以实现器件信道间隔小、损耗低、串扰小、扩展信道容易、耦合效率高的波分复用。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种平面单片集成波分复用-解复用器，包括：芯片，所述芯片的一端设置有1个端口的光纤和N个端口的光纤阵列，所述芯片上设置有一个光波导短程透镜和一个二元光栅，上述结构之间通过波导实现光路连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述1个端口的光纤为输入光纤，所述N个端口的光纤阵列为输出光纤阵列，实现解复用过程。
在本发明一个较佳实施例中，所述1个端口的光纤为输出光纤，所述N个端口的光纤阵列为输入光纤阵列，实现复用过程。
本发明还提供了上述平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，包括：
A：解复用器，所述1个端口的光纤为输入光纤，所述N个端口的光纤阵列为输出光纤阵列，解复用实现过程包括以下步骤：
a、扩束：光波导短程透镜将由输入光纤输入的多波长光束进行扩束，成为宽口径的平行光束；
b、衍射：扩束后的平行光束被反射二元光栅衍射，不同波长的光被衍射到不同方向；
c、聚焦：光波导短程透镜将不同方向的光聚焦到输出光纤阵列的对应不同波长的不同端口；
B：复用器，所述1个端口的光纤为输出光纤，所述N个端口的光纤阵列为输入光纤阵列，复用实现过程包括以下步骤：
a、扩束：光波导短程透镜将由N个输入光纤阵列任一端口输入的光束进行扩束，成为沿不同方向出射的平行光束；
b、衍射：扩束后不同方向（对应不同波长）的平行光束被反射二元光栅衍射到不同方向；
c、聚焦：光波导短程透镜将不同方向的光聚焦到同一输出光纤。
在本发明一个较佳实施例中，1个端口的光纤内传输的是N波长(波分复用)光信号。
在本发明一个较佳实施例中，入射波分复用光信号按照波长越长的光离输入端越近的原则出射到N个不同的输出端。
在本发明一个较佳实施例中，所述二元光栅的周期及倾角由中心波长和波长间隔及光路确定，遵守衍射定律。
在本发明一个较佳实施例中，解复用过程中的输入光纤与复用过程中得输出光纤内传输的是N波长、按照波分复用原则设置的光信号。
本发明的有益效果是：基于二元光栅衍射波长范围宽、插损低、光谱分辨率高、插损低，从而利于更大带宽，更低插损，更多信道、更高隔离度分波实现，同时波导短程透镜研非常利于扩束与聚焦性能提高，将二元光栅与波导短程透镜用于波分复用器设计，以实现器件信道间隔小、损耗低、串扰小、扩展信道容易、耦合效率高的波分复用。
一方面具有二元光学器件衍射效率很高、分辨率高等优势，另一方面具有波导短程透镜可消球差和色差、孔径角大等优点，反射式光栅加一个短程透镜又保证了器件的尺寸大大缩小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明波解复用功能实现过程示意图；
图2是本发明波复用功能实现过程示意图；
图3是本发明的一较佳实施例的结构示意图；
图4是本发明较佳实施例的输出光谱分布图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1~2，从输入光纤输入的多波长光束，要想实现波分复用功能扩束、衍射、聚焦这几个步骤。
扩束与聚焦由波导短程透镜3来实现：多波长的光束从输入光纤入射经平面波导5后进入波导短程透镜从而被扩束；衍射后的平行光束经平面波导后再次进入波导短程透镜被聚焦，形成不同的出射光点，进入到输出光纤阵列的不同端口；
衍射由二元光栅4来实现，入射的多波长光束经二元光栅后发生衍射，不同的光束被衍射到不同方向，遵循衍射定律。
实现方法基于光栅色散原理，实现方案采用波导短程透镜光路与二元光栅的集成，入射的复合光经过扩束、衍射、聚焦等步骤，将不同波长的光聚焦到不同的方向，传输至相应的输出端口。
本发明在实现单片集成波分复用的方法中，扩束与聚焦通过口径大、像差小的波导短程透镜实现；衍射由衍射效率高、分辨率高的二元光栅实现。通过中心波长、波长间隔和光路确定二元光栅的周期参数和倾斜角，再选取合适焦距的波导短程透镜，实现光波分复用功能。
图3中，所述1个端口的光纤1为输入光纤，所述N个端口的光纤阵列2为输出光纤阵列，具体实施例中采用1端口输入、8端口输出的波导短程透镜与二元光栅集成的解复用功能的器件，二元光栅采用闪耀二元光栅。选取参数：中心波长为的多波长光束从输入光纤入射到平面光波导中，波导材料为，其波导层等效折射率，衬底折射率，波导覆盖层为空气，之后进入凹坑半径，有效区半径，焦距的短程透镜，被展开为平行光束，之后被光栅常数微米，倾斜角为的闪耀二元光栅衍射，不同波长的光被衍射到不同方向，最后被短程透镜聚焦到输出光纤阵列的不同端口，其输出光谱分布如图4所示，实现光波解复用功能。
本发明采用大口径的波导短程透镜光路和二元光栅衍射机构，可以形成一个简洁的单片集成波导型波分复用结构，利于降低成本与工艺难度、打破批量生产的制约、实现快速波分复用功能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种平面单片集成波分复用-解复用器，其特征在于，包括：芯片，所述芯片的一端设置有1个端口的光纤和N个端口的光纤阵列，所述芯片上设置有一个光波导短程透镜和一个二元光栅，上述结构之间通过波导实现光路连接。
2.根据权利要求1所述的平面单片集成波分复用-解复用器，其特征在于，所述1个端口的光纤为输入光纤，所述N个端口的光纤阵列为输出光纤阵列，实现解复用过程。
3.根据权利要求1所述的平面单片集成波分复用-解复用器，其特征在于，所述1个端口的光纤为输出光纤，所述N个端口的光纤阵列为输入光纤阵列，实现复用过程。
4.一种如权利要求1所述的平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，其特征在于，包括：
A：解复用器，所述1个端口的光纤为输入光纤，所述N个端口的光纤阵列为输出光纤阵列，解复用实现过程包括以下步骤：
a、扩束：光波导短程透镜将由输入光纤输入的多波长光束进行扩束，成为宽口径的平行光束；
b、衍射：扩束后的平行光束被反射二元光栅衍射，不同波长的光被衍射到不同方向；
c、聚焦：光波导短程透镜将不同方向的光聚焦到输出光纤阵列的对应不同波长的不同端口；
B：复用器，所述1个端口的光纤为输出光纤，所述N个端口的光纤阵列为输入光纤阵列，复用实现过程包括以下步骤：
a、扩束：光波导短程透镜将由N个输入光纤阵列任一端口输入的光束进行扩束，成为沿不同方向出射的平行光束；
b、衍射：扩束后不同方向的平行光束被反射二元光栅衍射到不同方向；
c、聚焦：光波导短程透镜将不同方向的光聚焦到同一输出光纤。
5.根据权利要求4所述的平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，其特征在于，1个端口的光纤内传输的是N波长光信号。
6.根据权利要求4所述的平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，其特征在于，入射波分复用光信号按照波长越长的光离输入端越近的原则出射到N个不同的输出端。
7.根据权利要求4所述的平面单片集成波分复用-解复用器的实现方法，其特征在于，所述二元光栅的周期及倾角由中心波长和波长间隔及光路确定，遵守衍射定律。
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