CN108700709A

CN108700709A - 光分路回路

Info

Publication number: CN108700709A
Application number: CN201780015235.XA
Authority: CN
Inventors: 高桥森生
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-10-23
Also published as: US10254480B2; WO2017159044A1; JPWO2017159044A1; US20190011636A1

Abstract

提供了一种解决分光比的稳定性低的问题的光分路回路。光分路单元(201)对输入光束进行分路。臂波导(202、203)各自传播由光分路单元(201)分路的光，并且具有其宽度沿着光传播方向变窄的锥形结构，该锥形结构的锥角彼此不同。光复用器(204)对来自臂波导(202、203)的光进行复用并输出。

Description

光分路回路

技术领域

本发明涉及光分路回路。具体地，本发明涉及一种非对称Mach-Zehnder干涉仪光分路回路。

背景技术

在非对称Mach-Zehnder干涉仪光分路回路中，光束被分路并且所分路的光束被输入到两个臂波导中的每一个，来自各个臂波导的光束被合路，然后被分路，然后输出到两个输出波导。作为输出到各个输出波导的光束的强度之比，分光比根据来自各个臂波导的光束之间的相位差而改变。因此，为了获得期望的分光比，需要适当地设定光束之间的相位差。

作为设定光束之间的相位差的方法，常见的是使用弯曲波导作为臂波导中的至少一个并且改变光束沿着其传播的几何长度，以使得来自各个臂波导的光束之间的光程差改变，从而设定光束之间的相位差。然而，通过弯曲波导传播的光束之间的光程差不仅受弯曲波导的几何长度影响，而且受光封闭状态以及连接弯曲波导的部分的偏移影响。因此，此方法中的问题在于：分光比不稳定，使得分光比变得依赖于波长并且依赖于偏振。

为了解决该问题，专利文献1公开了一种光分路回路，其使用具有锥形结构的锥形波导来代替弯曲波导作为臂波导。在该光分路回路中，其宽度逐渐减小的宽度缩小型锥形波导用于两个臂波导中的一个，并且其宽度逐渐扩大的宽度扩张型锥形波导用于另一臂波导。通过锥形波导传播的光束的光程根据由锥形波导的锥角和宽度确定的有效折射率而改变。因此，在该光分路回路中，可通过改变臂波导的有效折射率来调节通过两个臂波导传播的光束之间的光程差，而无需利用弯曲波导改变光束沿着其传播的几何长度。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公布No.2011-118055

发明内容

技术问题

例如，当要输入到臂波导的光束由2×2(2输入和2输出)MMI(多模干涉波导)形成时，通过臂波导传播的光束不仅包括基模光束，而且包括少量高阶模光束。因此，通过臂波导传播的光束由于高阶模光束的影响而蜿蜒。结果，通过臂波导传播的光束的光程变得不稳定，从而可能导致分光比不同于期望的值并且变得依赖于波长。

因此，臂波导需要用于去除高阶模光束的模型滤波器的功能。具有特定长度的宽度缩小型锥形波导可用作模型滤波器。然而，不能期望宽度扩张型锥形波导用作模型滤波器。

在专利文献1中所描述的光分路回路中，臂波导之一是宽度扩张型锥形波导。因此，仍留有高阶模光束。因此，专利文献1中所描述的光分路回路具有分光比的稳定性低的问题。

本发明的目的在于提供一种能够解决分光比的稳定性低的上述问题的光分路回路。

问题的解决方案

根据本发明的光分路回路包括两个波导、光分路器、和光合路器。两个波导中的每一个包括：锥形波导，其具有宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构；倒锥形波导，其具有宽度在光束传播的方向上扩大的倒锥形结构。两个波导的锥形结构的锥角彼此不同。波导中的一个包括将锥形波导光学连接到倒锥形波导的直线波导，该波导中的一个具有锥角大于波导中的另一个的锥形波导。所述波导中的一个中的锥形波导的输入端和输出端的宽度分别等于所述波导中的另一个中的输入端和输出端的宽度。所述波导中的一个中的倒锥形波导的输入端和输出端的宽度分别等于所述波导中的另一个中的输入端和输出端的宽度。光分路器被配置为对输入光束进行分路，并将所分路的光束分别输出到各个波导。光合路器被配置为对来自各个波导的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路。

本发明的有益效果

本发明可改进分光比的稳定性。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的光分路回路的配置的配置图；以及

图2是示意性地示出根据本发明的第二实施例的光分路回路的配置的配置图。

具体实施方式

以下，将参照附图描述本发明的实施例。在附图中，具有相同功能的部件由相同的标号表示，其描述可被省略。

图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的光分路回路的配置的配置图。图1所示的光分路回路100包括输入波导1和2、光分路器3、臂波导4和5、光复用器6、以及输出波导7和8。

输入波导1和2传播光束以使其输入到光分路器3。输入波导1和2的宽度在光束传播的方向上改变。具体地讲，输入波导1和2中的每一个是具有其宽度在光束传播的方向上扩大的宽度扩张型锥形结构的倒锥形波导。需要注意的是，宽度扩张型锥形结构有时被称为倒锥形结构。

光分路器3将输入光束分路成两个，并将所分路的光束分别输出到臂波导4和5。在图1的示例中，光分路器3是2×2(2输入和2输出)光合路和分路波导(具体地讲，2×2MMI)。光分路器3对从输入波导1和2输入的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路，然后将所分路的光束分别输出到臂波导4和5。在这种情况下，由光分路器3给予输入到臂波导4和5的光束的光学相位差为90度。

需要注意的是，光分路器3可具有不同于2×2MMI的配置。例如，1×2MMI或Y分路器波导可用作光分路器3。在这种情况下，由光分路器3给予的输入到臂波导4和5的光束之间的光学相位差为0度。

臂波导4和5传播由光分路器3分路的两个光束中的各个光束。作为臂波导4和5的几何长度的波导长度彼此相等。通过臂波导4和5传播的光束被输入到光复用器6。

光复用器6是对来自各个臂波导4和5的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路的光合路器。在图1的示例中，光复用器6是2×2光合路和分路波导(具体地讲，2×2MMI)。光复用器6连接到两个输出波导7和8，并将所分路的光束分别输出到输出波导7和8。需要注意的是，光复用器6可具有不同于2×2MMI的配置。

输出波导7和8传播来自光复用器6的光束。输出波导7和8的宽度在光束传播的方向上改变。具体地讲，输出波导7和8中的每一个是具有其宽度在光束传播的方向上减小的宽度缩小型锥形结构的锥形波导。需要注意的是，宽度缩小型锥形结构有时被简称为锥形结构。

以下，将更详细地描述臂波导4和5的形状。

如图1所示，当2×2MMI用作光分路器3时，输入到臂波导4和5中的每一个的光束不仅包括基模光束，而且包括少量高阶模光束。因此，当高阶模光束没有被去除时，通过臂波导4和5中的每一个传播的光束蜿蜒，并且这些光束的光程变得不稳定。这可导致作为输出到输出波导7和8的光束的强度之比的分光比不同于期望的值，并且分光比中出现波长依赖性。因此，在此实施例中，臂波导4和5的至少一部分具有宽度缩小型锥形结构，其中臂波导4和5的宽度在光束传播的方向上减小，以便去除高阶模光束。臂波导4和5的锥形结构的锥角彼此不同，以便赋予通过臂波导4和5传播的光束以光程差。在此实施例中，锥形结构是侧表面的角度固定的线形锥形结构。

具体地讲，臂波导4包括具有宽度缩小型锥形结构的锥形波导41以及具有宽度扩张型锥形结构的倒锥形波导42。倒锥形波导42按照光学上直接连接到锥形波导41下游的方式设置。因此，倒锥形波导42传播来自锥形波导41的光束。

在锥形波导41中，光束输入至的输入端的宽度为W1，输出光束的输出端的宽度为W2，并且作为几何长度的波导长度为L1。这里，满足W1>W2。期望的是输入端的宽度W1大于满足单模条件的上限，并且输出端的宽度W2等于或小于满足单模条件的上限的一半。需要注意的是，单模条件是仅基模光束通过波导传播的条件。

在倒锥形波导42中，输入端的宽度为W2，输出端的宽度为W1，并且波导长度为L1。因此，锥形波导41和倒锥形波导42设置在彼此相反的方向上，但是其形状相同。因此，倒锥形波导42的锥角的大小(绝对值)与锥形波导41的锥角的大小相同。

此外，臂波导5包括具有宽度缩小型锥形结构的锥形波导51、具有宽度扩张型锥形结构的倒锥形波导52、以及将锥形波导51光学地连接到倒锥形波导52的直线波导53。这里，倒锥形波导52被设置为连接到锥形波导51的下游，使得其在直线波导53介于二者间的情况下连接到锥形波导51。因此，倒锥形波导52传播来自锥形波导51的光束。

在锥形波导51中，输入端的宽度为W1，输出端的宽度为W2，并且波导长度为L2。这里，满足L1>L2。因此，锥形波导41和锥形波导51的锥角彼此不同。具体地讲，锥形波导51的锥角大于锥形波导41的锥角。

在倒锥形波导52中，输入端的宽度为W2，输出端的宽度为W1，并且波导长度为L2。因此，锥形波导51和倒锥形波导52设置在彼此相反的方向上，但是其形状相同。因此，倒锥形波导52的锥角的大小与锥形波导51的锥角的大小相同。

直线波导53是具有直线形状的波导，其具有宽度为W2的输入端和输出端。直线波导53的波导长度为L3。在此实施例中，臂波导4和5的波导长度彼此相等。因此，直线波导53的波导长度L3满足L3＝2(L1-L2)。

利用上述结构，评估通过臂波导4和5传播的光束之间的光程差。

波导的有效折射率通常取决于波导的宽度。然而，由于锥形波导41具有线形锥形结构，所以锥形波导41在光束传播的方向上的中心处的有效折射率可被定义为锥形波导41的平均有效折射率n_eff_avg。因此，通过锥形波导41传播的光束的光程被计算为n_eff_avg×L1。由于倒锥形波导42具有与锥形波导41相同的形状，所以光束在整个臂波导4中的光程被计算为2×n_eff_avg×L1。

锥形波导51的输入端和输出端的宽度分别等于锥形波导41的输入端和输出端的宽度，并且锥形波导51具有类似锥形波导41的线形锥形结构。因此，锥形波导51的平均有效折射率等于锥形波导41的平均有效折射率n_eff_avg。此外，由于倒锥形波导52具有与锥形波导51相同的形状，所以光束在锥形波导51和倒锥形波导52中的光程被计算为2×n_eff_avg×L2。此外，当直线波导53的有效折射率为n_eff时，光束在直线波导53中的光程被计算为n_eff×L3＝n_eff×2(L1-L2)。因此，光束在整个臂波导5中的光程被计算为2×n_eff_avg×L2+n_eff×2(L1-L2)。

因此，作为臂波导4和5中的光程之间的差，光程差ΔL被计算为

ΔL＝2×n_eff_avg×L1-(2×n_eff_avg×L2+n_eff×2(L1-L2))＝2(L1-L2)(n_eff_avg-n_eff)。

在上述光分路回路100中，光分路器3对来自输入波导1和2的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路，并将所分路的光束分别输出到臂波导4和5。此时，光分路器3给予这些光束90度的光学相位差。

输入到臂波导4的光束依次通过锥形波导41和倒锥形波导42传播并输入到光复用器6。输入到臂波导5的光束依次通过锥形波导51、直线波导53、和倒锥形波导52传播并输入到光复用器6。当光束通过锥形波导41或锥形波导51传播时，高阶模光束被去除。此外，给予通过臂波导4和5传播的光束与光程差ΔL对应的光学相位差

光复用器6对从臂波导4和5输入的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路，然后将所分路的光束分别输出到输出波导7和8。此时，在光复用器6中，根据光分路器3中的光学相位差以及臂波导4和5中的光学相位差来确定分光比。因此，可通过调节臂波导4和5的锥角(具体地讲，锥形波导41和51的波导长度L1和L2和宽度)，从而适当地设定臂波导4和5的有效折射率之间的差，来实现期望的分光比。此时，调节波导长度L1和L2，使得锥形波导41和51各自具有锥形波导41和51用作模型滤波器的最小长度。期望的是调节波导长度L1和L2，使得直线波导53的波导长度L3＝2(L1-L2)在满足期望的设计条件(例如，分光比、锥形波导41和51的宽度和材料、以及光分路器3与光复用器6之间的几何距离等)的范围内达到其最大值。

如上所述，在此实施例中，臂波导4包括：锥形波导41，其具有宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构；以及倒锥形波导42，其具有其宽度在光束传播的方向上扩大的倒锥形结构。此外，臂波导5包括具有锥形结构的锥形波导51和具有倒锥形结构的倒锥形波导52。锥形波导41和51的锥形结构的锥角彼此不同。具有锥角大于锥形波导41的锥形波导51的臂波导5包括将锥形波导51光学地连接到倒锥形波导52的直线波导53。臂波导4中的锥形波导41的输入端和输出端的宽度分别等于波导5中的锥形波导51的输入端和输出端的宽度。此外，臂波导4中的倒锥形波导42的输入端和输出端的宽度分别等于臂波导5中的倒锥形波导52的输入端和输出端的宽度。在这种情况下，由于臂波导4和5中的锥形结构的锥角彼此不同，所以即使不调节臂波导4和5的几何长度，也可通过调节锥角从而调节臂波导4和5的有效折射率之间的差来实现期望的分光比。当臂波导4和5中的每一个具有宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构时，可以使臂波导4和5用作去除高阶模光束的模型滤波器。因此，分光比的稳定性可改进。由于没有必要使用弯曲波导，所以光分路回路100的尺寸可减小。

此外，在此实施例中，由于在臂波导4中锥形波导41和倒锥形波导42彼此直接连接，所以光分路回路100的尺寸可进一步减小。

接下来，将描述第二实施例。

图2是示意性地示出根据本发明的第二实施例的光分路回路的配置的配置图。图2所示的光分路回路200包括光分路器201、波导202和203、以及光合路器204。

光分路器201对输入光束进行分路并将所分路的光束分别输出到波导202和203。波导202包括：锥形波导202A，其具有宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构；以及倒锥形波导202B，其具有其宽度在光束传播的方向上扩大的倒锥形结构。此外，波导203包括具有锥形结构的锥形波导203A和具有倒锥形结构的倒锥形波导203B。锥形波导202A和202B的锥形结构的锥角彼此不同。具有锥角大于锥形波导202B的锥形波导203A的臂波导203包括将锥形波导203A光学地连接到倒锥形波导203B的直线波导203C。臂波导202中的锥形波导202A的输入端和输出端的宽度分别等于波导203中的锥形波导203A的输入端和输出端的宽度。此外，波导202中的倒锥形波导202B的输入端和输出端的宽度分别等于波导3中的倒锥形波导203B的输入端和输出端的宽度。光合路器204对来自各个臂波导202和203的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路，并输出所分路的光束。

类似第一实施例中，在此实施例中，波导202和203具有其宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构。这些锥形结构的彼此不同的锥角可改进分光比的稳定性。

在上述各个实施例中，所示配置仅是示例，本发明不限于这些配置。

例如，代替线形锥形结构，臂波导4和5以及波导202和203的锥形结构可以是抛物线锥形结构、指数锥形结构等。

尽管已参照实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例。可对本发明的配置和细节进行在本发明的范围内本领域技术人员可理解的各种改变。

本申请基于并要求2016年3月14日提交的日本专利申请No.2016-049409的优先权，其完整内容通过引用并入本文。

标号列表

100、200 光分路回路

1、2 输入波导

3、201 光分路器

4、5 臂波导

6 复用器

7、8 输出波导

41、51 锥形波导

42、52 倒锥形波导

53 直线波导

202、203 波导

204 光合路器

Claims

1.一种光分路回路，包括：

两个波导，所述两个波导中的每一个包括：

具有宽度在光束传播的方向上减小的锥形结构的锥形波导；以及

具有宽度在光束传播的方向上扩大的倒锥形结构的倒锥形波导，其中

所述两个波导的所述锥形结构的锥角彼此不同，

所述波导中的一个包括将所述锥形波导光学连接到所述倒锥形波导的直线波导，所述波导中的所述一个的所述锥形波导具有的锥角大于所述波导中的另一个的所述锥形波导的锥角，

所述波导中的所述一个中的所述锥形波导的输入端和输出端的宽度分别等于所述波导中的所述另一个中的输入端和输出端的宽度，并且

所述波导中的所述一个中的所述倒锥形波导的输入端和输出端的宽度分别等于所述波导中的所述另一个中的输入端和输出端的宽度；

光分路器，所述光分路器被配置为对输入光束进行分路，并将所分路的光束分别输出到所述波导；以及

光合路器，所述光合路器被配置为对来自各个波导的光束进行合路，然后对所合路的光束进行分路。

2.根据权利要求1所述的光分路回路，其中，在所述波导中的每一个中，所述锥形波导和所述倒锥形波导具有相同大小的锥角。

3.根据权利要求1或2所述的光分路回路，其中，在包括具有的锥角小于所述波导中的所述一个的所述锥形波导的锥角的所述锥形波导的所述波导中的所述另一个中，所述锥形波导光学地直接连接到所述倒锥形波导。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光分路回路，其中，在所述波导中的每一个中，所述锥形波导的所述输入端的宽度大于满足单模条件的上限值，并且在所述波导中的每一个中，所述锥形波导的所述输出端的宽度小于或等于所述上限的一半。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光分路回路，其中，所述光分路器和所述光合路器包括具有两个输入和两个输出的光合路和分路波导。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光分路回路，进一步包括输入波导，所述输入波导被配置为将光束输出到所述光分路器并且具有在光束传播的方向上改变的宽度。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光分路回路，进一步包括输出波导，所述输出波导被配置为输入由所述光合路器分路的光束并且具有在光束传播的方向上改变的宽度。