CN106249351A - 一种实现不均分的集成光功率分路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现不均分的集成光功率分路器，意在提供一种能较好地对信号光光强的分光比例进行控制的一种实现不均分的集成光功率分路器。包括设置在包层内的波导光路，波导光路由输入波导、锥形波导、左弯曲波导、右弯曲波导、左输出波导和右输出波导组成，在左弯曲波导正和右弯曲波导上方的包层内分别设有与左弯曲波导和右弯曲波导平行的左附加波导和右附加波导，波导光路材料的折射率大于包层的折射率，左附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，右附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，左附加波导材料的折射率与右附加波导材料的折射率不相等。本发明主要用在光功率分路器光强的分光技术中。
Description
技术领域
本发明涉及光功率分路器的分光技术领域，尤其涉及一种实现不均分的集成光功率分路器。
背景技术
目前，有两种技术途径可以获得实际可变的光功率分路器：一种是Y型光纤熔融拉锥型光功率可调耦合器，但由于器件尺寸大，且易受应力等环境因素影响，不能够提供稳定的光功率分配比；另一种是利用电光或是热光效应，通过在波导旁附加电极或热电极，以改变其中一分支波导的折射率的方式来实现可调的光能量分配，但由于制作电极对于工艺要求较高，同时很大程度上增加了成本。
中国专利公开号CN1467926，公开日是2004年1月14日，名称为“光功率分路器”的方案中公开了一种光功率分路器，具有一个输入光波导和用于将输入光波导分路成N个信号光的N个输出光波导，包括：至少两个具有平面光波电路元件结构并在单一芯片中以预设的距离被分开放置的光分路器；以及用于对准多个光分路器的输入和输出光波导的对准波导。不足之处在于，这种光功率分路器，对信号光进行平均分配，当一路需要更多信号光而另一路只需要较少信号光就能满足的情况下，这种光功率分路器不能对信号光的分光比例进行控制。
发明内容
本发明的目的是为解决现有光功率分路器不能对信号光的分光比例进行控制的不足，提供一种稳定性好、能较好地对信号光光强的分光比例进行控制的一种实现不均分的集成光功率分路器。
本发明为达到上述目的所采用的具体技术方案是：
一种实现不均分的集成光功率分路器，包括：设置在包层内高度为6μm的波导光路，所述波导光路由输入波导、锥形波导、左弯曲波导、右弯曲波导、左输出波导和右输出波导组成，
所述输入波导的一端与锥形波导的锥尖连成于一体，
所述左弯曲波导的一端与锥形波导的锥底左半端连成于一体，所述左弯曲波导的另一端与左输出波导的一端连成于一体，
所述右弯曲波导的一端与锥形波导的锥底右半端连成于一体，所述右弯曲波导的另一端与右输出波导的一端连成于一体；
其中，
输入波导的长度为5000μm、宽度为6μm；
锥形波导的椎体长度1200μm、锥尖宽度为6μm、锥底宽度为12μm；
左弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
右弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
左输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
右输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
在左弯曲波导正上方的包层内设有与左弯曲波导平行的左附加波导，并且左附加波导的长度与左弯曲波导的光传播路径长度相等，左附加波导的两端与左弯曲波导的两端对齐，左附加波导的下底面到左弯曲波导的上表面之间的间隔高度为2-6μm，左附加波导的高度为4-6μm，左附加波导的宽度为6μm；
在右弯曲波导正上方的包层内设有与右弯曲波导平行的右附加波导，并且右附加波导的长度与右弯曲波导的光传播路径长度相等，右附加波导的两端与右弯曲波导的两端对齐，右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度为2-6μm，右附加波导的高度为4-6μm，右附加波导的宽度为6μm；
波导光路材料的折射率大于包层的折射率，左附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，右附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，左附加波导材料的折射率与右附加波导材料的折射率不相等。
本方案是在左弯曲波导和右弯曲波导的正上方分别设置左附加波导和右附加波导，并让左附加波导材料或者右附加波导材料的折射率大于波导光路材料的折射率，这样信号光到达左弯曲波导和右弯曲波导处时，信号光的光强就会同左附加波导和右附加波导发生耦合，信号光就会在左附加波导和右附加波导处发生传播方向的改变，并且信号光朝折射率大一侧的分光要比朝折射率小一侧的分光要多一些，这样就把一束信号光分成了不均等的两束光传播出去。当左附加波导的下底面到左弯曲波导的上表面之间的间隔高度和右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度相等的情况下，只要改变左附加波导材料的折射率或右附加波导材料的折射率，就能够改变信号光分光比例的大小。并且，左附加波导离左弯曲波导越近或右附加波导越离右弯曲波导越近，分光效果越明显，从而实现分光比例可调，很方便的、稳定可靠的实现了光功率分路器对信号光的分光比例进行控制的目的，实现信号光光强的不均匀分光。本方案中的左弯曲波导、右弯曲波导、左附加波导和右附加波导均呈“S”形状，呈余弦形的一段。左附加波导和右附加波导的折射率不同，达到同样的分光效果所需的波导光路宽度不同。左附加波导或右附加波导折射率越高所需的波导光路宽度越窄。
作为优选，左附加波导材料的折射率等于包层材料的折射率，右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度为4μm，右附加波导材料的折射率是包层材料的折射率的1.02-2倍。这种结构制作简单，光强分光效果易于控制，能较好地对信号光的分光强度比例进行控制，实现信号光光强的不均匀分光。
作为优选，在左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面之间设有截面呈三角形的分光优化块，分光优化块的一个转角与锥形波导锥底面紧密连接，该转角的相邻两边分别与左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面紧密连接，并且分光优化块材料的折射率大于波导光路材料的折射率。分光优化块对输入的信号光具有增反作用或起增透作用，当分光优化块长度为li＝Nλi/2n时，该分光优化块对输入信号光的光波起增反作用，与增透作用相比，该分光优化块对输入信号光的光波阻碍作用增大，分光角度偏大，分光区长度缩短；当分光优化块的长度为li＝(2N+1)λi/4n时，该分光优化块对输入信号光的光波起增透作用，与增反作用相比，该分光优化填充块对输入信号光的光波透射增强，插入损耗降低，分光角度偏小；其中：li为分光优化块的长度，N为正整数，λi为输入信号光的波长，n为分光优化块的折射率；通过调整分光优化块的长度，便能对波导光路的输入信号光的分光角度进行分光优化调节，进而使得输入信号光能沿着左输出波导和右输出波导的优化路径输出。
作为优选，分光优化块的底端面和波导光路的底端面在同一个水平面上，分光优化块的上端面高于或等于波导光路的上端面。这种结构便于制作，便于对信号光的分光强度进行有效控制。
本发明能达到如下效果：
本发明稳定性好、制作简单，能较好地对信号光的分光比例进行控制。
附图说明
图1是本发明实施例1中的波导光路、左附加波导和右附加波导位置结构的一种等轴结构示意图。
图2是本发明实施例1中的波导光路、左附加波导和右附加波导位置结构的一种左视结构示意图。
图3是本发明实施例1中的波导光路、左附加波导和右附加波导位置结构的一种俯视结构示意图。
图4是本发明实施例1中的波导光路、左附加波导和右附加波导位置结构的一种仰视结构示意图。
图5是本发明实施例2中的波导光路、左附加波导、右附加波导和分光优化块位置结构的一种等轴结构示意图。
图6是本发明实施例2中的波导光路、左附加波导、右附加波导和分光优化块位置结构的一种俯视结构示意图。
图7是本发明实施例1光功率分路器不均匀分配的一种模拟结构示意图。
图8是现有光功率分路器均匀分配的一种模拟结构示意图。
图9是本发明实施例1光功率分路器不均匀分配的另一种模拟结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实例1，一种实现不均分的集成光功率分路器，如图1、图2、图3、图4所示，包括：设置在包层内高度为6μm的波导光路，波导光路由输入波导(1)、锥形波导(2)、左弯曲波导(5)、右弯曲波导(3)、左输出波导(6)和右输出波导(4)组成，
输入波导的一端与锥形波导的锥尖连成于一体，
左弯曲波导的一端与锥形波导的锥底左半端连成于一体，左弯曲波导的另一端与左输出波导的一端连成于一体，
右弯曲波导的一端与锥形波导的锥底右半端连成于一体，右弯曲波导的另一端与右输出波导的一端连成于一体；
其中，
输入波导的长度为5000μm、宽度为6μm；
锥形波导的椎体长度1200μm、锥尖宽度为6μm、锥底宽度为12μm；
左弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
右弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
左输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
右输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
在左弯曲波导正上方的包层内设有与左弯曲波导平行的左附加波导(7)，并且左附加波导的长度与左弯曲波导的光传播路径长度相等，左附加波导的两端与左弯曲波导的两端对齐，左附加波导的下底面到左弯曲波导的上表面之间的间隔高度为2-6μm，左附加波导的高度为4-6μm，左附加波导的宽度为6μm；
在右弯曲波导正上方的包层内设有与右弯曲波导平行的右附加波导(8)，并且右附加波导的长度与右弯曲波导的光传播路径长度相等，右附加波导的两端与右弯曲波导的两端对齐，右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度为4μm，右附加波导的高度为6μm，右附加波导的宽度为6μm；
波导光路材料的折射率大于包层的折射率，左附加波导材料的折射率等于包层材料的折射率，右附加波导材料的折射率是包层材料的折射率的1.02-2倍。左附加波导材料的折射率小于右附加波导材料的折射率。
在左弯曲波导和右弯曲波导的正上方分别设置左附加波导和右附加波导，并让左附加波导材料或者右附加波导材料的折射率大于波导光路材料的折射率，这样信号光到达左弯曲波导和右弯曲波导处时，信号光的光强就会同左附加波导和右附加波导发生耦合，信号光就会在左附加波导和右附加波导处发生传播方向的改变，并且信号光朝折射率大一侧的分光要比朝折射率小一侧的分光要多一些，这样就把一束信号光分成了不均等的两束光传播出去。当左附加波导的下底面到左弯曲波导的上表面之间的间隔高度和右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度相等的情况下，只要改变左附加波导材料的折射率或右附加波导材料的折射率，就能够改变信号光分光比例的大小。并且，左附加波导离左弯曲波导越近或右附加波导越离右弯曲波导越近，分光效果越明显，从而实现分光比例可调，很方便的、稳定可靠的实现了光功率分路器对信号光的分光比例进行控制的目的，实现信号光光强的不均匀分光。本方案中的左弯曲波导、右弯曲波导、左附加波导和右附加波导均呈“S”形状，呈余弦形的一段。左附加波导和右附加波导的折射率不同，达到同样的分光效果所需的波导光路宽度不同。左附加波导或右附加波导折射率越高所需的波导光路宽度越窄。
参见图7所示，图中的线条A表示输入光强，线条B表示左输出波导上的光强，线条C表示右输出波导上的光强，Pathway Monitor为波导光路上的信号光光强，Monitor Value(a.u)为归一化光强，Z(μm)为信号光传输方向上的距离，X(μm)为信号光光强宽度。
图8为现有光功率分路器均匀分配的一种模拟结构示意图。图8中的左输出光和右输出光(B和C)合为一路输出。图7和图9中的左输出光和右输出光为两路输出。
图8与图7或者图8与图9相比，很明显输出的两个信号光之间的宽度变窄了，不仅节约空间而且易于制作，可靠性更高。
图7与图9相比，说明图7中右附加波导材料的折射率要大于左附加波导材料的折射率，也就是说，在其他条件一样的情况下，附加波导材料折射率越大的这侧分得的信号光光强越多。
实例2，参见图5、图6所示，实例2就是在实例1的基础上，又在左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面之间设有截面呈三角形的分光优化块(9)，分光优化块的一个转角与锥形波导锥底面紧密连接，该转角的相邻两边分别与左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面紧密连接，并且分光优化块材料的折射率大于波导光路材料的折射率；分光优化块的底端面和波导光路的底端面在同一个水平面上，分光优化块的上端面高于或等于波导光路的上端面。分光优化块对输入的信号光具有增反作用或起增透作用，当分光优化块长度为li＝Nλi/2n时，该分光优化块对输入信号光的光波起增反作用，与增透作用相比，该分光优化块对输入信号光的光波阻碍作用增大，分光角度偏大，分光区长度缩短；当分光优化块的长度为li＝(2N+1)λi/4n时，该分光优化块对输入信号光的光波起增透作用，与增反作用相比，该分光优化填充块对输入信号光的光波透射增强，插入损耗降低，分光角度偏小；其中：li为分光优化块的长度，N为正整数，λi为输入信号光的波长，n为分光优化块的折射率；通过调整分光优化块的长度，便能对波导光路的输入信号光的分光角度进行分光优化调节，进而使得输入信号光能沿着左输出波导和右输出波导的优化路径输出。这种结构制作简单，光强分光效果易于控制，能较好地对信号光的分光强度比例进行控制，实现信号光光强的不均匀分光。
上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。
Claims (4)
1.一种实现不均分的集成光功率分路器，其特征在于，包括：设置在包层内高度为6μm的波导光路，所述波导光路由输入波导(1)、锥形波导(2)、左弯曲波导(5)、右弯曲波导(3)、左输出波导(6)和右输出波导(4)组成，
所述输入波导的一端与锥形波导的锥尖连成于一体，
所述左弯曲波导的一端与锥形波导的锥底左半端连成于一体，所述左弯曲波导的另一端与左输出波导的一端连成于一体，
所述右弯曲波导的一端与锥形波导的锥底右半端连成于一体，所述右弯曲波导的另一端与右输出波导的一端连成于一体；
其中，
输入波导的长度为5000μm、宽度为6μm；
锥形波导的椎体长度1200μm、锥尖宽度为6μm、锥底宽度为12μm；
左弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
右弯曲波导的光传播路径长度为5000μm、宽度为6μm、弯曲半径为416mm、弯曲角度为0.3438度；
左输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
右输出波导的长度为20000μm、宽度6μm；
在左弯曲波导正上方的包层内设有与左弯曲波导平行的左附加波导(7)，并且左附加波导的长度与左弯曲波导的光传播路径长度相等，左附加波导的两端与左弯曲波导的两端对齐，左附加波导的下底面到左弯曲波导的上表面之间的间隔高度为2-6μm，左附加波导的高度为4-6μm，左附加波导的宽度为6μm；
在右弯曲波导正上方的包层内设有与右弯曲波导平行的右附加波导(8)，并且右附加波导的长度与右弯曲波导的光传播路径长度相等，右附加波导的两端与右弯曲波导的两端对齐，右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度为2-6μm，右附加波导的高度为4-6μm，右附加波导的宽度为6μm；
波导光路材料的折射率大于包层的折射率，左附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，右附加波导材料的折射率大于或等于包层材料的折射率，左附加波导材料的折射率与右附加波导材料的折射率不相等。
2.根据权利要求1所述的一种实现不均分的集成光功率分路器，其特征在于，左附加波导材料的折射率等于包层材料的折射率，右附加波导的下底面到右弯曲波导的上表面之间的间隔高度为4μm，右附加波导材料的折射率是包层材料的折射率的1.02-2倍。
3.根据权利要求1所述的一种实现不均分的集成光功率分路器，其特征在于，在左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面之间设有截面呈三角形的分光优化块(9)，分光优化块的一个转角与锥形波导锥底面紧密连接，该转角的相邻两边分别与左弯曲波导的内侧面和右弯曲波导的内侧面紧密连接，并且分光优化块材料的折射率大于波导光路材料的折射率。
4.根据权利要求3所述的一种实现不均分的集成光功率分路器，其特征在于，分光优化块的底端面和波导光路的底端面在同一个水平面上，分光优化块的上端面高于或等于波导光路的上端面。
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