CN109597162B - 平面光波导、plc芯片、光束整形结构及wss - Google Patents

平面光波导、plc芯片、光束整形结构及wss Download PDF

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Abstract

一种平面光波导、PLC芯片、光束整形结构及WSS，平面光波导为拟柱体，形状呈片状，包括第一底面和第二底面，第一底面和第二底面均为平面且相互平行，平面光波导的厚度小于或等于10微米；平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度；第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小。本申请实施例有助于提高从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性，改善PLC芯片的光束整形效果，进而改善光束整形结构的光束整形效果，提高WSS的性能。

Description

平面光波导、PLC芯片、光束整形结构及WSS
技术领域
本申请实施例涉及光通信技术领域，特别涉及一种平面光波导、PLC芯片、光束整形结构及WSS。
背景技术
波长选择开关(Wavelength selective switch，WSS)是一种能够实现任意波长的光信号到任意光通道的切换的光开关，是光网络中光交叉技术的核心器件。WSS包括依次设置的光纤接口阵列、光束整形结构、光色散结构和光开关结构，光纤接口阵列包括至少一个输入光纤接口和多个输出光纤接口，每个光纤接口与光束整形结构耦合。
WSS在使用时，包括不同波长的光信号的光束通过输入光纤接口输入WSS，并依次经过光束整形结构和光色散结构射入光开关结构，光开关结构对光束中不同波长的光信号进行切换得到多个光束，每个光束依次经过光色散结构和光束整形结构，通过输出光纤接口从WSS输出。其中，光束整形结构用于对光束进行整形，使在WSS内传输的光束的光斑与在WSS外传输的光束的光斑不同，在WSS外传输的光束的光斑可以为圆形高斯光斑，在WSS内传输的光束的光斑可以为对该圆形高斯光斑放大后的椭圆形高斯光斑。
目前，光束整形结构包括锥形平面光波导，该锥形平面光波导为拟柱体，包括相互平行的两个底面，与两个底面都相交的两个端面，以及与两个底面和两个端面都相交的两个侧面，两个底面、两个端面和两个侧面均为平面，两个端面包括第一端面和第二端面，第二端面的宽度大于第一端面的宽度，每个侧面与平行于任一底面的横截面的交线上的所有位置点的倾斜度相等。其中，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性与所述交线上靠近第二端面的位置点的倾斜度负相关，也即是，所述交线上靠近第二端面的位置点的倾斜度越大，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性越差，靠近第二端面的位置点的倾斜度越小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性越好。
但是，上述平面光波导的侧面与平行于其任一底面的横截面的交线上的所有位置点的倾斜度相等，使得所述交线上靠近第二端面的位置点的倾斜度相对较大，因此从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较差，导致光束整形结构的光束整形效果较差，影响WSS的性能。
发明内容
本申请实施例提供一种平面光波导、光波导阵列、平面光波回路(planarlightwave circuits，PLC)芯片、光束整形结构及WSS，有助于提高从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性，改善PLC芯片以及改善光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。本申请实施例的技术方案如下：
第一方面，提供了一种平面光波导，该平面光波导为拟柱体，形状呈片状，包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，该第一底面与该第二底面相互平行，该第一底面和该第二底面均为平面，该平面光波导的厚度小于或等于10微米，该厚度为该平面光波导在第二方向上的尺寸，该第二方向垂直于该平面光波导的第一底面；
该平面光波导在上述第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，该第一部分与该第二部分连接处的宽度小于该第二部分与该第三部分连接处的宽度，该宽度为该平面光波导在第三方向上的尺寸，该第三方向同时垂直于上述第一方向和第二方向；
该第一部分用于将从远离该第二部分的一端接收到的光线传导至该第二部分，或者，将从该第二部分接收到的光线通过远离该第二部分的一端传导出该平面光波导；
该第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于该平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与该第一部分相接处向与该第三部分相接处逐渐减小，该倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与上述第一方向之间的夹角；
该第三部分用于将从该第二部分接收到的光线通过远离该第二部分的一端传导出该平面光波导，或者，将从远离该第二部分的一端接收到的光线传导至该第二部分。
由于平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好。
在第一方面的第一种可选实现方式中，上述第二部分的侧面与平行于该平面光波导的第一底面的横截面的交线包括正弦曲线或余弦曲线。其中，该交线包括正弦曲线或余弦曲线，可以提升平面光波导传导出的光束的相位的均匀性。
在第一方面的第二种可选实现方式中，该平面光波导的第一部分的延伸形状为曲线状。由于该第一部分的延伸形状为曲线状，这样一来，在由该平面光波导构成的光波导阵列中，至少三个该平面光波导的第三部分的间距可以不都相等，便于实现至少三个该平面光波导的第三部分的间距的调整。
在第一方面的第三种可选实现方式中，在该平面光波导的中，第三部分与第二部分不相交的一面与上述第一底面之间的夹角为锐角。其中，该第三部分与该第二部分不相交的一面与该第一底面之间的夹角为锐角，这样一来，可以使射入该平面光波导的光线与射出该平面光波导的光线之间存在夹角，该平面光波导可以对光线传导，且可以使光线偏转。
在第一方面的第四种可选实现方式中，在该平面光波导的中，第三部分与第二部分不相交的一面与上述第一底面之间的夹角的大小取值范围为41～50度。
第二方面，提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，该至少一个平面光波导均为上述第一方面或第一方面的第一种或第二种可选实现方式所提供的平面光波导。
由于光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好。
在第二方面的可选实现方式中，该光波导阵列包括至少三个平面光波导，该至少三个平面光波导的第三部分的间距不都相等。
第三方面，提供了一种PLC芯片，该PLC芯片包括上述第二方面或第二方面的可选实现方式所提供的光波导阵列。
由于PLC芯片包括光波导阵列，光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好，PLC芯片的光束整形效果较好。
第四方面，提供了一种光束整形结构，该光束整形结构包括光纤接口阵列和上述第三方面所提供的PLC芯片，该光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，该至少一个光纤接口与该PLC芯片中的至少一个平面光波导一一对应，该平面光波导的第一部分远离第二部分的一端与对应的光纤接口耦合。
由于光束整形结构包括PLC芯片，PLC芯片包括光波导阵列，而光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好，PLC芯片的光束整形效果较好，光束整形结构的光束整形效果较好。
在第四方面的可选实现方式中，该光束整形结构还包括准直透镜和底座，该平面光波回路芯片、该光纤接口阵列和该准直透镜分别设置在该底座上，该准直透镜位于平面光波回路芯片中的平面光波导的第三部分远离第二部分的一端所在侧。其中，光波导阵列和准直透镜用于在两个不同的方向上进行光束整形，将PLC芯片、光纤接口阵列和准直透镜设置在底座，可以便于光束整形结构形成为整体结构。
第五方面，提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，该至少一个平面光波导均为上述第一方面的第三种或第四种可选实现方式所提供的平面光波导。
由于光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好。
在第五方面的可选实现方式中，该光波导阵列包括至少三个平面光波导，该至少三个平面光波导的第三部分的间距不都相等。
第六方面，提供了一种PLC芯片，该PLC芯片包括上述第五方面或第五方面的可选实现方式所提供的光波导阵列。
由于PLC芯片包括光波导阵列，光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好，PLC芯片的光束整形效果较好。
在第六方面的可选实现方式中，该PLC芯片还包括准直透镜，该准直透镜设置在光波导阵列的第一底面上，光波导阵列的第一底面由上述至少一个平面光波导的第一底面构成，平面光波导的第三部分与第二部分不相交的一面在该光波导阵列的第一底面上的正投影区域与该准直透镜所在区域存在重叠。其中，光波导阵列和准直透镜用于在两个不同的方向上进行光束整形，将准直透镜设置在光波导阵列的第一底面上，可以减小包括该PLC芯片的光束整形结构的体积。
第七方面，提供了一种光束整形结构，该光束整形结构包括光纤接口阵列和上述第六方面或第六方面的可选实现方式所提供的PLC芯片，该光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，该至少一个光纤接口与该PLC芯片中的至少一个平面光波导一一对应，该平面光波导的第一部分远离第二部分的一端与对应的光纤接口耦合。
由于光束整形结构包括PLC芯片，PLC芯片包括光波导阵列，而光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好，PLC芯片的光束整形效果较好，光束整形结构的光束整形效果较好。
在第七方面的可选实现方式中，该光束整形结构还包括底座，上述平面光波回路芯片和光纤接口阵列分别设置在该底座上。其中，将PLC芯片和光纤接口阵列设置在底座上，可以便于光束整形结构形成为整体结构。
第八方面，提供了一种WSS，该WSS包括光色散结构、光开关结构和上述第四方面或第四方面的可选实现方式所提供的光束整形结构，或，该WSS包括光色散结构、光开关结构和上述第七方面或第七方面的可选实现方式所提供的光束整形结构，该光色散结构位于该光束整形结构与该光开关结构之间，该光色散结构位于该光束整形结构的平面光波导的第三部分远离第二部分的一端所在侧；
该光束整形结构用于对接收到的光线进行光束整形；
该光色散结构用于对通过该光束整形结构传输至该光色散结构的光线进行色散，使通过该光束整形结构传输至该光色散结构的光线在第一平面内散开；
该光开关结构用于对通过该光色散结构传输至该光开关结构的光束进行选择，使通过该光色散结构传输至该光开关结构的光束中的不同波长的光线能够通过不同的光纤接口传输出该波长选择开关。
由于WSS包括光束整形结构，光束整形结构包括PLC芯片，PLC芯片包括光波导阵列，而光波导阵列包括至少一个平面光波导，平面光波导包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，该侧面与平行于平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，使得从光波导阵列传导出的光束的相位的均匀性较好，PLC芯片的光束整形效果较好，光束整形结构的光束整形效果较好，WSS的光束整形性能较好。
第九方面，提供了一种平面光波导，该平面光波导为拟柱体，形状呈片状，包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，该第一底面与该第二底面平行，该第一底面和该第二底面均为平面，该平面光波导的厚度小于或等于10微米，该厚度为该平面光波导在第二方向上的尺寸，该第二方向垂直于该平面光波导的第一底面；
该平面光波导包括第一端面和第二端面，该第一端面的宽度小于该第二端面的宽度，该宽度为该平面光波导在第三方向上的尺寸，该第三方向同时垂直于上述第一方向和第二方向；
该平面光波导包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于该平面光波导的第一底面的横截面的交线的倾斜度从该第一端面向该第二端面逐渐减小，该倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与上述第一方向之间的夹角；
其中，该第一端面与该第二端面相对，该第一端面与平行于该平面光波导的横截面的交线和该第二端面与平行于该平面光波导的第一底面的横截面的交线平行，该平面光波导的两个侧面相对，在该平面光波导中，第一端面分别与第一底面、第二底面和两个侧面相交，第二端面分别与第一底面、第二底面和两个侧面相交。
在第九方面的第一种可选实现方式中，该平面光波导的侧面与平行于该平面光波导的第一底面的横截面的交线包括正弦曲线或余弦曲线。
在第九方面的第二种可选实现方式中，在该平面光波导的中，第二端面与第一底面之间的夹角为锐角。
在第九方面的第三种可选实现方式中，在该平面光波导的中，第二端面与第一底面之间的夹角的大小取值范围为41～50度。
第十方面，提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，该至少一个平面光波导均为上述第九方面或第九方面的第一种可选实现方式所提供的平面光波导。
第十一方面，提供了一种PLC芯片，该PLC芯片包括上述第十方面所提供的光波导阵列。
第十二方面，提供了一种光束整形结构，该光束整形结构包括光纤接口阵列和上述第十一方面所提供的PLC芯片，该光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，该至少一个光纤接口与该PLC芯片中的至少一个平面光波导一一对应，该平面光波导的第一端面与对应的光纤接口耦合。
在第十二方面的可选实现方式中，该光束整形结构还包括准直透镜和底座，该PLC芯片、该光纤接口阵列和该准直透镜分别设置在该底座上，该准直透镜位于该PLC芯片中的平面光波导的第二端面所在侧。
第十三方面，提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，该至少一个平面光波导均为上述第九方面的第二种或第三种可选实现方式所提供的平面光波导。
第十四方面，提供了一种PLC芯片，该PLC芯片包括上述第十三方面所提供的光波导阵列。
在第十四方面的可选实现方式中，该PLC芯片还包括准直透镜，该准直透镜设置在光波导阵列的第一底面上，光波导阵列的第一底面由上述至少一个平面光波导的第一底面构成，平面光波导的第二端面在光波导阵列的第一底面上的正投影区域与准直透镜所在区域存在重叠。
第十五方面，提供了一种光束整形结构，该光束整形结构包括光纤接口阵列和上述第十四方面所提供的PLC芯片，该光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，该至少一个光纤接口与该PLC芯片中的至少一个平面光波导一一对应，该平面光波导的第一端面与对应的光纤接口耦合。
在第十五方面的可选实现方式中，该光束整形结构还包括底座，上述PLC芯片和光纤接口阵列分别设置在该底座上。
第十六方面，提供了一种WSS，该WSS包括光色散结构、光开关结构和上述第十二方面或第十二方面的可选实现方式所提供的光束整形结构，或，该WSS包括光色散结构、光开关结构和上述第十五方面或第十五方面的可选实现方式所提供的光束整形结构，该光色散结构位于该光束整形结构与该光开关结构之间，该光色散结构位于该光束整形结构的平面光波导的第二端面所在侧；
该光束整形结构用于对接收到的光线进行光束整形；
该光色散结构用于对通过该光束整形结构传输至该光色散结构的光线进行色散，使通过该光束整形结构传输至该光色散结构的光线在第一平面内散开；
该光开关结构用于对通过该光色散结构传输至该光开关结构的光束进行选择，使通过该光色散结构传输至该光开关结构的光束中的不同波长的光线能够通过不同的该光纤接口传输出该波长选择开关。
第九方面至第十六方面的有益效果可以参考上述第一方面至第八方面，在此不再赘述。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例提供的平面光波导、光波导阵列、PLC芯片、光束整形结构及WSS，平面光波导包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，有助于改善解决PLC芯片的光束整形效果，从而改善光束整形结构的光束整形效果，改善WSS的性能。
附图说明
图1是本申请实施例所涉及的一种WSS的功能示意图；
图2是本申请实施例所涉及的一种平面光波导的立体结构示意图；
图3是本申请实施例所涉及的另一种平面光波导的立体结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种平面光波导的立体结构示意图；
图5是图4所示的平面光波导的正视结构示意图；
图6是图4所示的平面光波导的俯视结构示意图；
图7是图4所示的平面光波导的第二部分的侧面与平行于其第一底面的横截面的交线的示意图；
图8是本申请实施例提供的另一种平面光波导的立体结构示意图；
图9是图8所示的平面光波导的俯视结构示意图；
图10是光束在图8所示的平面光波导中传导的示意图；
图11本申请实施例提供的再一种平面光波导的正视结构示意图；
图12是本申请实施例提供的一种平面光波导与平行于其第一底面的横截面的交线的示意图；
图13是图2所示的平面光波导对应的相位曲线图；
图14是本申请实施例提供的平面光波导对应的相位曲线图；
图15是本申请实施例提供的一种光波导阵列的正视结构示意图；
图16是本申请实施例提供的另一种光波导阵列的正视结构示意图；
图17是本申请实施例提供的一种PLC芯片的正视结构示意图；
图18是本申请实施例提供的另一种PLC芯片的正视结构示意图；
图19是本申请实施例提供的一种PLC芯片的俯视结构示意图；
图20是本申请实施例提供的一种光束整形结构的正视结构示意图；
图21是本申请实施例提供的另一种光束整形结构的正视结构示意图；
图22是本申请实施例提供的再一种光束整形结构的正视结构示意图；
图23是本申请实施例提供的又一种光束整形结构的正视结构示意图；
图24是本申请实施例提供的一种平面光波导的正视结构示意图。
具体实施方式
WSS能够实现任意波长的光信号到任意光通道的切换。例如，1×N的WSS(也即是1个输入通道，N个输出通道)可以实现任意波长的光信号从1个输入通道到N个输出通道中的任一输出通道的切换。图1是本申请实施例所涉及的一种1×N的WSS的功能示意图，参见图1，该WSS包括光纤接口阵列001、光束整形结构002、光色散结构003和光开关结构004，光纤接口阵列001包括一个输入光纤接口(图1中未标出)和N个(图1中示出了3个)输出光纤接口(图1中未标出)，每个光纤接口与光束整形结构002连接。光色散结构003可以为光栅(grating)，例如其可以是基于密集型光波复用(dense wavelength divisionmuLtiplexing，DWDM)的光栅，光开关结构004可以为硅基上液晶(liquid crystal onsilicon，LCOS)光开关或者微机电系统(microelectromechanical systems)光开关，例如，光开关结构004可以为光束偏转器(beamdeflector)。在一些实施场景中，光纤接口阵列001可以位于光束整形结构002中，光纤接口阵列001和光束整形结构002构成的整体结构可以称为光束整形结构，该光束整形结构也可以称为光束整形系统，光色散结构003也可以称为光色散系统，光开关结构004也可以称为光开关系统。
该图1所示的WSS在使用时，包括不同波长的光信号的光束通过输入光纤接口输入WSS，输入WSS的光束通过光束整形结构002射入光色散结构003，光色散结构003对该光束进行色散，使不同波长的光信号在第一平面内散开(也即是图1中的波长拆分)，从光色散结构003射出的光束射入(图1中未示出)光开关结构004，光开关结构004在第二平面内对不同波长的光信号进行选择并切换(也即是图1中的光束偏转)得到多个光束，从光开关结构004射出的每个光束依次经过光色散结构003和光束整形结构002从输出光纤接口输出，且不同的光束从不同的输出光纤接口输出。其中，第一平面可以为水平平面，第二平面可以为竖直平面。光束整形结构002用于对光束进行整形，使在WSS内传输的光束的光斑与在WSS外传输的光束的光斑不同。通常，在WSS外传输的光束的光斑为圆形高斯光斑，在WSS内传输的光束的光斑为对该圆形高斯光斑放大后的椭圆形高斯光斑。
目前，光束整形结构主要由分立的透镜组和反射镜组构成，这使得WSS中的元器件较多，导致WSS的制造过程复杂且成本偏高。采用集成式的光束整形结构替代分立的透镜组和反射镜组，对WSS的制造成本有着重要的意义。PLC芯片是应用晶圆半导体加工技术制成的光学芯片，其在光通信中有着重要的应用。比如，PLC芯片可以应用于平面光波回路功分器(PLC-splitter)。PLC芯片可以采用集成式的平面光波导替代分立的透镜组和反射镜组来进行光束整形，简化WSS的制造过程，降低WSS的成本。
图2是本申请实施例所涉及的一种平面光波导的结构示意图，参见图2，该平面光波导为锥形(taper)波导，该平面光波导为拟柱体，包括相互平行的两个底面011(图2中仅标出一个)，与该两个底面011都相交的两个端面，以及，与该两个底面011和该两个端面都相交的两个侧面012(图2中仅标出一个)，两个端面包括第一端面013和第二端面014，两个底面011、两个端面和两个侧面012均为平面，第二端面014的宽度(图2中未标出)大于第一端面013的宽度(图2中未标出)，两个侧面012与该平面光波导的横截面中平行于任一底面011的横截面的两条交线的倾斜度相等，每条交线上的所有位置点的倾斜度相等。其中，该平面光波导的第一端可以称为首端，第二端可以称为末端，从而第一端面013可以为平面光波导的首端面，第二端面014可以为平面光波导的末端面。示例地，第一端面013的宽度为9.3um(微米)，第二端面014的宽度为110um，此时，该平面光波导可以使光束的光斑在一个方向上扩展到76um。
但是，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性与所述交线(平面光波导的侧面012与平行于其底面011的横截面的两条交线)上靠近第二端面014的位置点的倾斜度负相关，该图2所示的平面光波导中，所述交线上靠近第二端面014的位置点的倾斜度相对较大，导致从该平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较差，从而导致PLC芯片的光束整形效果较差，当该PLC芯片应用于WSS中的光束整形结构时，该光束整形结构的光束整形效果较差，影响WSS的性能(例如插损)。
有研究建议可以在上述图2所示的平面光波导的侧面上靠近第二端面的部位设置微结构槽，来提高从该平面光波导传导出的光束的相位的均匀性。示例地，图3是本申请实施例所涉及的另一种平面光波导的结构示意图，该图3所示的平面光波导可以认为是在图2所示的平面光波导的每个侧面上靠近第二端面014的部位设置微结构槽015得到的，该微结构槽015构成近似的平面透镜，其可以将光束的相位拉平，使得从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好。但是，微结构槽015容易造成光线散射而带来损害。
本申请实施例提供的平面光波导、光波导阵列、PLC芯片、光束整形结构及WSS，平面光波导包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从而无需在平面光波导的侧面上设置微结构槽就能提高从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性，改善PLC芯片以及光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。本申请的详细方案请参考下述各个实施例的描述。
图4是本申请实施例提供的一种平面光波导100的立体结构示意图，图5是图4所示的平面光波导100的正视结构示意图，图6是图4所示的平面光波导100的俯视结构示意图，参见图4至图6，平面光波导100为拟柱体，形状呈片状，包括与第一方向x平行的第一底面A1和第二底面A2，第一底面A1与第二底面A2相互平行，第一底面A1和第二底面A2均为平面，该平面光波导100的厚度h小于或等于10微米，该厚度h为该平面光波导100在第二方向y上的尺寸，第二方向y垂直于第一底面A1。
该平面光波导100在第一方向x上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分1001、第二部分1002和第三部分1003，第一部分1001与第二部分1002连接处的宽度w1小于第二部分1002与第三部分1003连接处的宽度w2，该宽度为平面光波导100在第三方向z上的尺寸，第三方向z同时垂直于第一方向x和第二方向y。
第一部分1001用于将从第一部分1001远离第二部分1002的一端(图中未标出)接收到的光线传导至第二部分1002，或者，将从第二部分1002接收到的光线通过第一部分1001远离第二部分1002的一端传导出平面光波导100。第二部分1002包括两个侧面A32，每个侧面A32为向外隆起的弧面，且每个侧面A32与平面光波导100的截面中平行于其第一底面A1的横截面的交线的倾斜度从与第一部分1001相接处向与第三部分1002相接处逐渐减小，所述倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与第一方向x之间的夹角。第三部分1003用于将从第二部分1002接收到的光线通过第三部分1003远离第二部分1002的一端传导出平面光波导1001，或者，将从第三部分1003远离第二部分1002的一端接收到的光线传导至第二部分1002。
示例地，图7是本申请实施例提供的平面光波导100的第二部分1002的两个侧面与平面光波导100的截面中平行于其第一底面A1的横截面的交线的示意图，参见图4至图7，第二部分1002的两个侧面A32与平面光波导100的截面中平行于其第一底面A1的横截面的交线为交线Q1和交线Q2，交线Q1和交线Q2中每条交线的倾斜度从与第一部分1001相接处向与第三部分1002相接处逐渐减小，且交线Q1和交线Q2上，与第一部分1001和第二部分相接处距离相等的位置点的倾斜度相等，换句话来讲，交线Q1和交线Q2关于所述横截面的一垂面对称。例如，位置点E1、位置点E2和位置点E3为交线Q1上从与第一部分1001相接处向与第三部分1002相接处分布的3个位置点，则交线Q1的倾斜度从位置点E1、位置点E2到位置点E3逐渐减小，位置点E4为交线Q2上的位置点，位置点E4与第一部分1001和第二部分1002相接处距离，等于位置点E1与第一部分1001和第二部分1002相接处距离，则位置点E1的倾斜度与位置点E4的倾斜度相等。
可选地，第二部分1002的每个侧面A32与平行于平面光波导100的第一底面A1的横截面的交线包括正弦曲线或余弦曲线，可以是包括正弦曲线的部分或余弦曲线的部分，例如，包括1/4+n个周期的正弦曲线上的部分，或者，3/4+n个周期的余弦曲线上的部分，本申请实施例对此不做限定，其中，n为大于或等于0的整数。
可选地，在本实施例提供的平面光波导100中，第一部分1001远离第二部分1002的一端可以称为平面光波导100的第一端，第一部分1001与第二部分1002不相交的一面可以称为平面光波导100的第一端面(例如图5和图6中的第一端面A4)，第三部分1003远离第二部分1002的一端可以称为平面光波导100的第二端，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面可以称为平面光波导100的第二端面(例如图5和图6中的第二端面A5)。以下以第一部分1001远离第二部分1002的一端为平面光波导100的第一端，第一部分1001与第二部分1002不相交的一面为平面光波导100的第一端面，第三部分1003远离第二部分1002的一端为平面光波导100的第二端，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面为平面光波导100的第二端面为例进行说明，则在图4至图6所示的平面光波导100中，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1垂直。由于平面光波导100的第一底面A1和第二底面A2平行，因此，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面也与第一底面A1和第二底面A2都垂直。
图8是本申请实施例提供的另一种平面光波导100的立体结构示意图，图9是图8所示的平面光波导100的俯视结构示意图，参见图8和图9，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1之间的夹角g为锐角，该夹角g的大小的取值范围为41～50度，例如，夹角g的大小为45度。可选地，可以通过磨抛工艺对图4所示的平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)进行磨抛，使图4所示的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与平面光波导100的第一底面A1之间的夹角为锐角，从而得到图8所示的平面光波导100。其中，41～50度仅仅是示例性的，夹角g的大小还可以为其他数值，本申请实施例对此不做限定。
需要说明的是，该图8所示的平面光波导100在使用时，如图10所示，光线通过平面光波导100的第一部分1001与第二部分1002不相交的一面(也即是第一端面A4)射入平面光波导100，在平面光波导100中传导后，光线在平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)上反射后从平面光波导100的第一底面A1射出。若夹角g的大小为45度，则从该平面光波导100射出的光线与射入该平面光波导100的光线之间可以存在90度夹角，从而该图8所示的平面光波导100可以使光线进行90度转弯。
可选地，在本申请实施例中，第一部分1001和第三部分1003均包括两个侧面，第一部分1001的两个侧面和第三部分1003的两个侧面均为平面，第一部分1001的侧面、第二部分1002的侧面和第三部分1003的侧面平滑过渡。如图5、图6和图9所示，第一部分1001包括两个侧面A31，第三部分1003包括两个侧面A33，两个侧面A31和两个侧面A33均为平面，第一部分1001的两个侧面A31、第二部分1002的两个侧面A32和第三部分1003的两个侧面A33平滑过渡，第一部分1001的两个侧面A31、第二部分1002的两个侧面A32和第三部分1003的两个侧面A33构成平面光波导100的两个侧面A3。需要说明的是，当第一部分1001和第三部分1003均包括两个侧面均为平面时，不难理解，第一部分1001上任一位置处的宽度与w1(第一部分1001与第二部分1002连接处的宽度)相等，第三部分1003上任一位置处的宽度与w2(第三部分1003与第二部分1002连接处的宽度)相等，进一步地，第一端面A4的宽度等于w1，第二端面A5的宽度等于w2。
需要说明的是，图4和图8是以第一部分1001的延伸形状为直线状为例进行说明的，在本申请实施例中，第一部分1001的延伸形状还可以为曲线状。可选地，请参考图11，其示出了本申请实施例提供的再一种平面光波导100的正视结构示意图，该平面光波导100中，第一部分1001的延伸形状为曲线状，例如可以是“S”型或类“S”型的曲线状。需要说明的是，相比于空间传输介质，平面光波导可以将光线限制在平面光波导内传导，本领域技术人员容易理解，该图11所示的平面光波导100可以使光线在平面光波导100内弯曲传导。
图12是本申请实施例提供的一种平面光波导100与平行于其第一底面A1的横截面的交线的示意图，该图12示出的可以是图4或图8所示的平面光波导100与平行于其第一底面A1的横截面的交线的示意图，参见图12，平面光波导100与平行于其第一底面A1的横截面的交线的形状满足函数式：
Figure BDA0001925616650000111
结合图4至图6、图8和图9以及图12，w1表示第一部分1001与第二部分1002不相交的一面(也即是第一端面A4)的宽度，w2表示第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)的宽度，L1表示第一部分1001的长度(长度为在第一方向x上的尺寸)，L2表示第二部分1002的长度，L3表示第三部分1003的长度，a为[0.5，1.5]内的常数，z表示平面光波导100的侧面A3与平行于其第一底面A1的横截面的交线上，任一位置点到第一部分1001与第二部分1002不相交的一面(也即是第一端面A4)的距离，w表示上述任一位置点处的宽度，z的取值范围为[0，L1+L2+L3]，w的取值范围为[w1，w2]。
需要说明的是，a的取值范围为[0.5，1.5]仅仅是示例性的，实际应用中，a还可以取[0.5，1.5]之外的任意数值，且a还可以等于0，本申请实施例对此不做限定。此外，根据以上描述不难理解，函数式
Figure BDA0001925616650000112
表示的是平面光波导100的第二部分1002与平行平面光波导100的第一底面A1的横截面的交线的形状。此外，图11所示的平面光波导100的第二部分1002的形状可以采用函数式
Figure BDA0001925616650000113
来表示，w1表示第一部分1001与第二部分1002连接处的宽度，w2表示第三部分1003与第二部分1002连接处的宽度，L表示第二部分1002的长度，z表示第二部分1002的侧面A32与平行于平面光波导100的第一底面A1的横截面的交线上，任一位置点到平面光波导100的第一部分1001与第二部分1002的接触面的距离，w表示上述任一位置点处的宽度，z的取值范围为[0，L]，w的取值范围为[w1，w2]。
还需要说明的是，实际应用中，平面光波导可以包括芯层和包层，包层可以包括下包层和上包层，芯层位于下包层与上包层之间，包层的结构与芯层的结构可以相同也可以不同，通常情况下，包层的结构与芯层的结构不同，包层通常呈片状且包层远离芯层的一面的形状通常为长方形。本申请实施例中所描述的平面光波导100可以是实际的平面光波导的芯层，当然，在包层的结构与芯层的结构相同时，本申请实施例中所描述的平面光波导100也可以是包括包层和芯层的平面光波导的整体结构，本申请实施例对此不做限定。
图2所示的平面光波导为锥形波导，本申请实施例提供的平面光波导100的第二部分1002也可以认为是锥形波导，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性通常还与锥形波导的长度相关。下面以图2所示的平面光波导和本申请实施例提供的第二部分1002均为锥形波导对本申请实施例提供的平面光波导100改善相位的均匀性的效果进行说明。
图13是图2所示的平面光波导对应的相位曲线图(也即是从图2所示的平面光波导传导出的光束的相位的曲线图)，图14是本申请实施例提供的平面光波导100对应的相位曲线图(也即是从平面光波导100传导出的光束的相位的曲线图)。其中，曲线1、曲线2和曲线3均表示折射率差(芯层与包层的折射率的差值)为0.36％(百分之)，第一端面的宽度为7微米，第二端面的宽度为160微米的平面光波导对应的相位曲线图，且曲线1、曲线2和曲线3表示的锥形波导的长度为分别为20毫米、25毫米和30毫米，对比曲线1至曲线3可以看出，无论是图2所示的平面光波导还是本申请实施例提供的平面光波导100，在折射率差以及两个端面的宽度固定的情况下，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性与锥形波导的长度正相关。此外，对比图13和图14的同一曲线(例如曲线1)可以看出，在折射率差相同，第一端面的宽度相同，第二端面的宽度相同以及锥形波导的长度相同的情况下，本申请实施例提供的平面光波导100可以明显提高光束的相位的均匀性。
综上所述，本申请实施例提供的平面光波导，包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，有助于改善PLC芯片以及光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。此外，与设置有微结构槽的平面光波导相比，本申请实施例提供的平面光波导还可以降低光束传播的能量损耗。
本申请实施例还提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，该至少一个平面光波导均可以为图4、图8或图11所示的平面光波导100。
可选地，图15是本申请实施例提供的一种光波导阵列10的正视结构示意图，图16是本申请实施例提供的另一种光波导阵列10的正视结构示意图，参见图15和图16，光波导阵列10包括至少一个平面光波导100(图中示出m个，m为大于1的整数)。在图15所示的光波导阵列10中，至少一个平面光波导100均可以为图4所示的平面光波导100(也即是第三部分1003与第二部分1002不相交的一面与第一底面A1垂直的平面光波导100)，或者，至少一个平面光波导100均可以为图8所示的平面光波导100(也即是第三部分1003与第二部分1002不相交的一面与第一底面A1之间的夹角g为锐角的平面光波导100)；在图16所示的光波导阵列10中，至少一个平面光波导100均可以为图11所示的平面光波导100，且每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面与第一底面A1垂直，或者，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面与第一底面A1之间的夹角g为锐角。其中，第三部分1003与第二部分1002不相交的一面也即是第二端面A5。
参见图15和图16，并结合图4至图6、图8、图9和图11，至少一个平面光波导100在同一平面内排成一列，列方向例如图15和图16中的z方向，至少一个平面光波导100的第三部分1003远离第二部分1002的一端位于同一侧，第一底面A1位于同一侧。可选地，至少一个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)共平面，第一底面A1共平面。
可选地，光波导阵列10包括至少三个平面光波导100，参见图15并结合图4至图6以及图8和图9，至少三个平面光波导100中任意相邻的两个平面光波导100的第一部分1001的间距(例如第一端面A4的间距)与该任意相邻的两个平面光波导100的第三部分1003的间距(例如第二端面A5的间距)相等，至少三个平面光波导100的第三部分1003的间距(例如第二端面A5的间距)相等。例如，如图15所示，第i个平面光波导100的第二端面A5与第i+1个平面光波导100的第二端面A5的间距为Si，第j个平面光波导100的第二端面A5与第j+1个平面光波导100的第二端面A5的间距为Sj，则Si与Sj相等，i和j均为大于或等于1且小于m的整数，并且i与j不相等。
可选地，光波导阵列10包括至少三个平面光波导100，参见图16并结合图4至图6、图8、图9和图11，至少三个平面光波导100中任意相邻的两个平面光波导100的第一部分1001远离第二部分1002的一端的间距与该任意相邻的两个平面光波导100的第三部分1003的间距(例如第二端面A5的间距)不相等，至少三个平面光波导100的第三部分1003的间距(例如第二端面A5的间距)不都相等。例如，如图16所示，第i个平面光波导100的第二端面A5与第i+1个平面光波导100的第二端面A5的间距为Si，第j个平面光波导100的第二端面A5与第j+1个平面光波导100的第二端面A5的间距为Sj，第k个平面光波导100的第二端面A5与第k+1个平面光波导100的第二端面A5的间距为Sk(图16中未标出)，则Si、Sj与Sk不都相等，也即是，Si与Sj相等，Si与Sk不相等，或者，Si与Sk相等，Si与Sj不相等，或者，Sj与Sk相等，Si与Sj不相等，i、j和k均为大于或等于1且小于m的整数，且i、j与k都不相等。
综上所述，本申请实施例提供的光波导阵列，由于光波导阵列包括平面光波导，平面光波导包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，从而从光波导阵列射出的光束的相位的均匀性较好，有助于改善PLC芯片以及光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。
本申请实施例还提供了一种PLC芯片，该PLC芯片包括图15或图16所示的光波导阵列10。
可选地，图17是本申请实施例提供的一种PLC芯片0的正视结构示意图，图18是本申请实施例提供的另一种PLC芯片0的正视结构示意图，图19是本申请实施例提供的一种PLC芯片0的俯视结构示意图，其中，图17所示的PLC芯片0包括图15所示的光波导阵列10，图18所示的PLC芯片0包括图16所示的光波导阵列10。
根据图15和图16对光波导阵列10的描述可知，在光波导阵列10中，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1垂直，或者，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1之间的夹角g为锐角。在本申请实施例中，若在光波导阵列10中，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1垂直，则PLC芯片0可以包括光波导阵列10，若在光波导阵列10中，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1之间的夹角g为锐角，则PLC芯片0可以包括光波导阵列10和准直透镜(collimator lens，CLens)。图17至图19以光波导阵列10中的每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1之间的夹角g为锐角为例进行说明，则如图17至图19所示，PLC芯片0还包括准直透镜20，准直透镜20设置在光波导阵列10的第一底面(图17至图19中均未标出)上，该光波导阵列10的第一底面由至少一个平面光波导100的第一底面A1构成，每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)在光波导阵列10的第一底面上的正投影区域与准直透镜20所在区域存在重叠，这样可以便于光线能够射入准直透镜20。可选地，准直透镜20贴装在光波导阵列10的第一底面上。
综上所述，本申请实施例提供的PLC芯片，由于PLC芯片包括光波导阵列，光波导阵列包括平面光波导，平面光波导包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，从而从光波导阵列射出的光束的相位的均匀性较好，有助于改善PLC芯片以及光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。此外，本申请实施例提供的PLC芯片中，准直透镜设置在光波导阵列上，因此可以避免单独部署光波导阵列与准直透镜导致PLC芯片的尺寸较大的问题，减小PLC芯片的尺寸，进而减小光束整形结构以及WSS的尺寸。
本申请实施例还提供了一种光束整形结构，该光束整形结构包括上述实施例提供的PLC芯片，例如包括图17或者图18所示的PLC芯片0。
图20是本申请实施例提供的一种光束整形结构的正视结构示意图，图21是本申请实施例提供的另一种光束整形结构的正视结构示意图，图20以光束整形结构包括图17所示的PLC芯片0为例进行说明，图21以光束整形结构包括图18所示的PLC芯片0为例进行说明，参见图20和图21，该光束整形结构包括PLC芯片0和光纤接口阵列1，光纤接口阵列1包括至少一个(图20和图21中未标出)光纤接口11，至少一个光纤接口11的数量与PLC芯片0中的至少一个平面光波导100的数量相等，结合图15、图17和图20，一个平面光波导100的第一部分1001远离第二部分1002的一端与一个光纤接口11耦合，至少一个平面光波导100与至少一个光纤接口11一一对应耦合。进一步地，该光束整形结构还包括底座2，PLC芯片0和光纤接口阵列1分别设置在底座2上。可选地，PLC芯片0和光纤接口阵列1可以贴装在底座2上。
需要说明的是，图20和图21是以PLC芯片0中的每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1之间的夹角g为锐角为例进行说明的。在本申请实施例中，若PLC芯片0中的每个平面光波导100的第三部分1003与第二部分1002不相交的一面(也即是第二端面A5)与第一底面A1垂直，则光束整形结构还可以包括准直透镜，具体请参考下述图22和图23所示实施例的描述。
图22是本申请实施例提供的再一种光束整形结构的正视结构示意图，图23是本申请实施例提供的又一种光束整形结构的正视结构示意图，参见图22和图23，该光束整形结构包括PLC芯片0和光纤接口阵列1，光纤接口阵列1包括至少一个(图22和图23中未标出)光纤接口11，至少一个光纤接口11的数量与PLC芯片0中的至少一个平面光波导100的数量相等，结合图15和图22，一个平面光波导100的第一部分1001远离第二部分1002的一端与一个光纤接口11耦合，至少一个平面光波导100与至少一个光纤接口11一一对应耦合。进一步地，该光束整形结构还包括准直透镜2和底座3，PLC芯片0、光纤接口阵列1和准直透镜2分别设置在底座3上，参见图15、图16、图22和图23，准直透镜2位于PLC芯片0的至少一个平面光波导100的第三部分1003远离第二部分1002的一端所在侧。可选地，PLC芯片0、光纤接口阵列1和准直透镜2可以贴装在底座3上。
需要说明的是，在本申请实施例提供的光束整形结构中，平面光波导和准直透镜用于在两个不同的方向上进行光束整形，该两个不同的方向通常为垂直的两个方向。
还需要说明的是，当光纤接口阵列1包括至少三个光纤接口11时，至少三个光纤接口11的间距通常是固定的，图21和图23所示的光束整形结构中，平面光波导100的第一部分1001远离第二部分1002的一端的间距可以与光纤接口11的间距匹配，第三部分1003的间距可以与光纤接口11的间距不相等，且至少三个平面光波导100的第三部分1003的间距可以不相等。图21和图23所示的光束整形结构可以将输出光束的间距变换成标准间距(比如127微米)，这样的光束整形结构可以避免间距变换器件(也即是用于变换输出光束的间距的器件)，从而降低WSS的成本。此外，通常可以采用分立的透镜组和反射镜组构成光束整形结构，但是分立的透镜组和反射镜组需要耦合，并且会导致光束整形结构的尺寸较大，本申请实施例提供的光束整形结构中，PLC芯片、光纤接口阵列和准直透镜均设置在底座上，可以取消分立的透镜组和反射镜组耦合的要求，并且可以减小光束整形结构的尺寸。
综上所述，本申请实施例提供的光束整形结构，由于光束整形结构包括PLC芯片，PLC芯片包括光波导阵列，光波导阵列包括平面光波导，平面光波导包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，第一底面与第二底面相互平行，第一底面和第二底面均为平面，平面光波导在第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，第一部分与第二部分连接处的宽度小于第二部分与第三部分连接处的宽度，第二部分包括两个侧面，该侧面为向外隆起的弧面，且该侧面与平行于第一底面的横截面的交线的倾斜度从与第一部分相接处向与第三部分相接处逐渐减小，因此该交线上靠近第三部分的位置点的倾斜度相对较小，从平面光波导传导出的光束的相位的均匀性较好，从而从光波导阵列射出的光束的相位的均匀性较好，有助于改善PLC芯片以及光束整形结构的光束整形效果，从而改善WSS的性能。
本申请实施例还提供了一种WSS，该WSS包括光色散结构、光开关结构和上述实施例提供的光束整形结构，该WSS的结构可以参考图1。其中，该WSS中的光色散结构可以为图1中的光色散结构003，光开关结构可以为图1中的光色散结构004，光束整形结构可以为图1中的光纤接口阵列001和光束整形结构002构成的整体结构。
在本申请实施例提供的WSS中，光色散结构位于光束整形结构与光开关结构之间，光色散结构位于光束整形结构的平面光波导的第三部分远离第二部分的一端所在侧；光束整形结构用于对接收到的光线进行光束整形；光色散结构用于对通过光束整形结构传输至光色散结构的光线进行色散，使通过光束整形结构传输至光色散结构的光线在第一平面内散开；光开关结构用于对通过光色散结构传输至光开关结构的光束进行选择，使通过光色散结构传输至光开关结构的光束中的不同波长的光线能够通过不同的光纤接口传输出波长选择开关。
图24是本申请实施例提供的一种平面光波导200的正视结构示意图，参见图24，该平面光波导200的结构为拟柱体，该平面光波导200包括与第一方向x平行的第一底面B1和第二底面(图中未标出)，第一底面B1与第二底面平行，第一底面B1和第二底面均为平面，平面光波导200的厚度小于或等于10微米，该厚度为平面光波导200在第二方向(图24中未标出)上的尺寸，第二方向垂直于第一底面B1。该平面光波导200包括第一端面B2和第二端面B3，第一端面B2的宽度c1小于第二端面B3的宽度c2，该宽度为平面光波导200在第三方向z上的尺寸，第三方向z同时垂直于第一方向x和第二方向，该平面光波导200包括两个侧面B4，两个侧面B4均为向外隆起的弧面，且平面光波导200的侧面与平行于其第一底面B1的横截面的交线的倾斜度从第一端面B2向第二端面B3逐渐减小，所述倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与第一方向x之间的夹角。其中，第一端面B2与第二端面B3相对，第一端面B2与平行于第一底面B1的横截面的交线和第二端面B3与平行于第一底面B1的横截面的交线平行，两个侧面B4相对，第一端面B2分别与第一底面B1、第二底面和两个侧面B4相交，第二端面B3分别与第一底面B1、第二底面和两个侧面B4相交。
可选地，平面光波导200的侧面B4与平行于其第一底面B1的横截面的交线包括正弦曲线或余弦曲线。
可选地，平面光波导200的第二端面B3与第一底面B1之间的夹角为锐角，夹角的大小可以为41～50度。
其中，该平面光波导200的结构与上述实施例提供的平面光波导100的第二部分1002的结构相同，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种光波导阵列，该光波导阵列包括至少一个平面光波导，至少一个平面光波导均可以为图24所示的平面光波导200。
可选地，与上述实施例提供的光波导阵列10类似，在本实施例中，光波导阵列中的至少一个平面光波导200在同一平面内排成一列，至少一个平面光波导200的第二端面位于同一侧，第一底面位于同一侧。可选地，至少一个平面光波导200的第二端面B3共平面，第一底面B1共平面。
本申请实施例还提供了一种PLC芯片、一种光束整形结构和一种WSS，该PLC芯片的结构可以参考上述实施例提供的PLC芯片0的结构，该光束整形结构的结构可以参考图20至图23所示的光束整形结构，与上述实施例不同的是，在本实施例中，PLC芯片0以及光束整形结构中的平面光波导为图24所示的平面光波导200，本申请实施例在此不再赘述。
需要说明的是，实际应用中，受平面光波导制造工艺误差的影响，可能无法达到严格的垂直、平行等，并且尺寸也可能会存在误差，本申请实施例所述的平行、垂直、尺寸等为大致的垂直、平行以及大致的尺寸，例如，本申请实施例中的垂直可以是夹角为87度、88度、91度、93度等等，平行可以是夹角为2度、3度、5等等，厚度小于或等于10微米可以是厚度小于或等于10.2微米、10.5微米、9.8微米等。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本申请实施例的可选实施例，并不用以限制本申请实施例，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种平面光波导，其特征在于，应用于波长选择开关WSS，所述平面光波导为拟柱体，形状呈片状，包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，所述第一底面与所述第二底面相互平行，所述第一底面和所述第二底面均为平面，所述平面光波导的厚度小于或等于10微米，所述厚度为所述平面光波导在第二方向上的尺寸，所述第二方向垂直于所述第一底面；
所述平面光波导在所述第一方向上包括依次延伸并平滑过渡的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分与所述第二部分连接处的宽度小于所述第二部分与所述第三部分连接处的宽度，所述宽度为所述平面光波导在第三方向上的尺寸，所述第三方向同时垂直于所述第一方向和所述第二方向；
所述第一部分用于将从远离所述第二部分的一端接收到的光线传导至所述第二部分，或者，将从所述第二部分接收到的光线通过所述远离所述第二部分的一端传导出所述平面光波导；
所述第二部分包括两个侧面，所述侧面为向外隆起的弧面，且所述侧面与平行于所述第一底面的横截面的交线的倾斜度从与所述第一部分相接处向与所述第三部分相接处逐渐减小，所述两个侧面与所述横截面的两条所述交线上，与所述第一部分和所述第二部分相接处距离相等的位置点的倾斜度相等，所述倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与所述第一方向之间的夹角，所述交线包括正弦曲线或余弦曲线，所述交线的形状满足函数式：
Figure FDA0002790255340000011
所述w1表示所述第一部分与所述第二部分不相交的一面的宽度，所述w2表示所述第三部分与所述第二部分不相交的一面的宽度，所述L1表示所述第一部分的长度，所述L2表示所述第二部分的长度，所述L3表示所述第三部分的长度，所述长度为所述平面光波导在所述第一方向上的尺寸，所述a为[0.5，1.5]内的常数，所述z表示所述交线上任一位置点到所述第一部分与所述第二部分不相交的一面的距离，所述w表示所述任一位置点处的宽度；
所述第三部分用于将从所述第二部分接收到的光线通过远离所述第二部分的一端传导出所述平面光波导，或者，将从所述远离所述第二部分的一端接收到的光线传导至所述第二部分。
2.根据权利要求1所述的平面光波导，其特征在于，所述第一部分的延伸形状为曲线状。
3.根据权利要求1或2所述的平面光波导，其特征在于，所述第三部分与所述第二部分不相交的一面与所述第一底面之间的夹角为锐角。
4.根据权利要求3所述的平面光波导，其特征在于，所述第三部分与所述第二部分不相交的一面与所述第一底面之间的夹角的大小取值范围为41～50度。
5.一种光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列包括至少一个平面光波导，所述至少一个平面光波导均为权利要求1或2所述的平面光波导。
6.一种光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列包括至少一个平面光波导，所述至少一个平面光波导均为权利要求3或4所述的平面光波导。
7.根据权利要求5或6所述的光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列包括至少三个平面光波导，所述至少三个平面光波导的所述第三部分的间距不都相等。
8.一种平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片包括权利要求5或7所述的光波导阵列。
9.一种光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构包括光纤接口阵列和如权利要求8所述的平面光波回路芯片，所述光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，所述至少一个光纤接口与所述至少一个平面光波导一一对应，所述平面光波导的所述第一部分远离所述第二部分的一端与对应的所述光纤接口耦合。
10.根据权利要求9所述的光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构还包括准直透镜和底座，所述平面光波回路芯片、所述光纤接口阵列和所述准直透镜分别设置在所述底座上，所述准直透镜位于所述平面光波导的所述第三部分远离所述第二部分的一端所在侧。
11.一种平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片包括权利要求6或7所述的光波导阵列。
12.根据权利要求11所述的平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述光波导阵列的第一底面上，所述光波导阵列的所述第一底面由所述至少一个平面光波导的所述第一底面构成，所述平面光波导的所述第三部分与所述第二部分不相交的一面在所述光波导阵列的所述第一底面上的正投影区域与所述准直透镜所在区域存在重叠。
13.一种光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构包括光纤接口阵列，和，如权利要求11或12所述的平面光波回路芯片，所述光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，所述至少一个光纤接口与所述至少一个平面光波导一一对应，所述平面光波导的所述第一部分远离所述第二部分的一端与对应的所述光纤接口耦合。
14.根据权利要求13所述的光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构还包括底座，所述平面光波回路芯片和所述光纤接口阵列分别设置在所述底座上。
15.一种波长选择开关，其特征在于，所述波长选择开关包括光色散结构、光开关结构和如权利要求9、10、13或14所述的光束整形结构，所述光色散结构位于所述光束整形结构与所述光开关结构之间，所述光色散结构位于所述光束整形结构的所述平面光波导的所述第三部分远离所述第二部分的一端所在侧；
所述光束整形结构用于对接收到的光线进行光束整形；
所述光色散结构用于对通过所述光束整形结构传输至所述光色散结构的光线进行色散，使所述通过所述光束整形结构传输至所述光色散结构的光线在第一平面内散开；
所述光开关结构用于对通过所述光色散结构传输至所述光开关结构的光束进行选择，使所述通过所述光色散结构传输至所述光开关结构的光束中的不同波长的光线能够通过不同的所述光纤接口传输出所述波长选择开关。
16.一种平面光波导，其特征在于，应用于波长选择开关WSS，所述平面光波导为拟柱体，形状呈片状，包括与第一方向平行的第一底面和第二底面，所述第一底面与所述第二底面平行，所述第一底面和所述第二底面均为平面，所述平面光波导的厚度小于或等于10微米，所述厚度为所述平面光波导在第二方向上的尺寸，所述第二方向垂直于所述第一底面；
所述平面光波导包括第一端面和第二端面，所述第一端面的宽度小于所述第二端面的宽度，所述宽度为所述平面光波导在第三方向上的尺寸，所述第三方向同时垂直于所述第一方向和所述第二方向；
所述平面光波导包括两个侧面，所述侧面为向外隆起的弧面，且所述侧面与平行于所述第一底面的横截面的交线的倾斜度从所述第一端面向所述第二端面逐渐减小，所述两个侧面与所述横截面的两条所述交线上，与所述第一端面距离相等的位置点的倾斜度相等，所述倾斜度为所述交线在所述横截面上的切线与所述第一方向之间的夹角，所述交线包括正弦曲线或余弦曲线，所述交线的形状满足函数式：
Figure FDA0002790255340000031
所述w1表示所述第一端面的宽度，所述w2表示所述第二端面的宽度，所述L2表示所述平面光波导的长度，所述长度为所述平面光波导在所述第一方向上的尺寸，所述a为[0.5，1.5]内的常数，所述z表示所述交线上任一位置点到所述第一端面的距离，所述w表示所述任一位置点处的宽度；
其中，所述第一端面与所述第二端面相对，所述第一端面与平行于所述第一底面的横截面的交线和所述第二端面与平行于所述第一底面的横截面的交线平行，所述两个侧面相对，所述第一端面分别与所述第一底面、所述第二底面和所述两个侧面相交，所述第二端面分别与所述第一底面、所述第二底面和所述两个侧面相交。
17.根据权利要求16所述的平面光波导，其特征在于，所述第二端面与所述第一底面之间的夹角为锐角。
18.根据权利要求17所述的平面光波导，其特征在于，所述第二端面与所述第一底面之间的夹角为的大小取值范围为41～50度。
19.一种光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列包括至少一个平面光波导，所述至少一个平面光波导均为权利要求16所述的平面光波导。
20.一种平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片包括权利要求19所述的光波导阵列。
21.一种光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构包括光纤接口阵列和如权利要求20所述的平面光波回路芯片，所述光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，所述至少一个光纤接口与所述至少一个平面光波导一一对应，所述平面光波导的所述第一端面与对应的所述光纤接口耦合。
22.根据权利要求21所述的光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构还包括准直透镜和底座，所述平面光波回路芯片、所述光纤接口阵列和所述准直透镜分别设置在所述底座上，所述准直透镜位于所述平面光波导的所述第二端面所在侧。
23.一种光波导阵列，其特征在于，所述光波导阵列包括至少一个平面光波导，所述至少一个平面光波导均为权利要求17或18所述的平面光波导。
24.一种平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片包括权利要求23所述的光波导阵列。
25.根据权利要求24所述的平面光波回路芯片，其特征在于，所述平面光波回路芯片还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述光波导阵列的第一底面上，所述光波导阵列的所述第一底面由所述至少一个平面光波导的所述第一底面构成，所述平面光波导的所述第二端面在所述光波导阵列的所述第一底面上的正投影区域与所述准直透镜所在区域存在重叠。
26.一种光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构包括光纤接口阵列，和，如权利要求24或25所述的平面光波回路芯片，所述光纤接口阵列包括至少一个光纤接口，所述至少一个光纤接口与所述至少一个平面光波导一一对应，所述平面光波导的所述第一端面与对应的所述光纤接口耦合。
27.根据权利要求26所述的光束整形结构，其特征在于，所述光束整形结构还包括底座，所述平面光波回路芯片和所述光纤接口阵列分别设置在所述底座上。
28.一种波长选择开关，其特征在于，所述波长选择开关包括光色散结构、光开关结构和如权利要求21、22、26或27所述的光束整形结构，所述光色散结构位于所述光束整形结构与所述光开关结构之间，所述光色散结构位于所述光束整形结构的所述平面光波导的所述第二端面所在侧；
所述光束整形结构用于对接收到的光线进行光束整形；
所述光色散结构用于对通过所述光束整形结构传输至所述光色散结构的光线进行色散，使所述通过所述光束整形结构传输至所述光色散结构的光线在第一平面内散开；
所述光开关结构用于对通过所述光色散结构传输至所述光开关结构的光束进行选择，使所述通过所述光色散结构传输至所述光开关结构的光束中的不同波长的光线能够通过不同的所述光纤接口传输出所述波长选择开关。
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