CN112485929A - 光信号产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光信号产生装置。多个光波导设置于不同介质层中。第一分光图案与第二分光图案设置于上述多个光波导中。第一分光图案中至少有一第一异层部份与第二分光图案设置于不同的光波导中，且第一异层部份与第二分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第一交越处，第一分光图案所传输的具有特定波长的光束于第一交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。

Description

光信号产生装置
技术领域
本发明涉及一种信号产生装置，尤其涉及一种光信号产生装置。
背景技术
随着通讯软件、高画质影音、线上串流等各种应用的发展，每个人所产生的数据量以指数性地成长。分波长多工(Wavelength Division Multiplexing,WDM)为一种愈来愈常被用来在光学网络中提供较高传输容量的技术。在分波长多工技术中，一般会使用单层的平面光波导来进行分光，平面光波导可对不同波长的光束进行分光，并将其传送给光调制器进行调制，以产生多个光信号。为满足光通讯的需求，光波导结构需具有低损耗与芯片面积小等特性，然在波导布局中常有波导交越的需求而容易造成光损耗，此外随着传输容量需求的上升，也将使波导密度提高，并使芯片面积变大。
发明内容
本发明提供一种光信号产生装置，可有效避免波导交越造成的光损耗，并减小芯片面积。
本发明的光信号产生装置包括多层光波导结构以及光调制器模块。多个光波导设置于不同介质层中。第一分光图案与第二分光图案设置于上述多个光波导中，第一与第二分光图案分别对具有多个特定波长的光束进行传输与分光而产生多个分光光束。光调制器模块光耦合多层光波导结构，对多个分光光束进行调制，以产生多个光信号。其中，第一分光图案中至少有一第一异层部份与第二分光图案设置于不同的光波导中，且第一异层部份与第二分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第一交越处，第一分光图案所传输的具有特定波长的光束于第一交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
在本发明的一实施例中，上述的各分光图案包括多个分岔点，具有不同波长的光束在被导引至至少一分岔点时通过层间传导而进入至不同的光波导中。
在本发明的一实施例中，上述具有不同波长的光束通过光波导的重叠处进行层间传导，而被导引至不同的光波导中。
在本发明的一实施例中，上述第一与第二分光图案所对应的分光光束具有不同的波长。
在本发明的一实施例中，上述第一与第二分光图案形成至少一分光图案群，且分光图案群所对应的多个光束间的波长差小于预设值。
在本发明的一实施例中，上述分光图案群对应一光调制元件，以分别产生光信号。
在本发明的一实施例中，上述多个光波导还包括一第三分光图案与一第四分光图案，该第三分光图案中至少有一第二异层部份与该第四分光图案设置于不同的光波导中，且该第二异层部份与该第四分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第二交越处，第三分光图案所传输的具有特定波长的该光束于该第二交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
在本发明的一实施例中，上述第一分光图案包括Y形分支图案，对对应的光束进行分光，而产生2m个分光光束，其中m为正整数。
在本发明的一实施例中，上述的光信号产生装置还包括光源模块，其光耦合多层光波导结构，用以发出不同波长的光束。
在本发明的一实施例中，上述的光信号产生装置还包括控制器，其耦接光调制器模块，驱动光调制器模块中的多个光调制元件。
基于上述，本发明的多层光波导结构包括多个光波导，可在具有不同波长的光束被导引至分光图案的交越处之前对光束进行层间传导，使具有不同波长的光束进入至不同的光波导中，从而有效避免波导在同层交越次数过多造成的光损耗，同时可减小芯片面积。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的光信号产生装置的示意图；
图2是依照本发明一实施例的多层光波导结构的示意图；
图3是依照本发明另一实施例的多层光波导结构的示意图；
图4是依照本发明另一实施例的多层光波导结构的示意图；
图5是依照本发明另一实施例的光信号产生装置的示意图；
图6是依照本发明另一实施例的多层光波导结构的示意图。
具体实施方式
请参照图1，图1是依照本发明一实施例的光信号产生装置的示意图。光信号产生装置100可包括光源模块102、多层光波导结构104、光调制模块106以及控制器108，其中多层光波导结构104光耦合光源模块102与光调制模块106，控制器108耦接光调制模块106。多层光波导结构104、光调制模块106可整合为一光作用芯片，而控制器108可为电作用芯片。于本发明的实施例中，所称的“两个元件A、B之间互为光耦合”系指于元件A内传递的光束可进入到元件B，反之亦然。
光源模块102可例如为激光光源模块，其可发出多个不同波长的光束L(λ1)～L(λn)，n为大于1的整数。激光发光模块可例如是激光发光二极管(Laser Diode,LD)芯片，然不以此为限。
多层光波导结构104可例如以多层介质基板来实施，其可包括多个光波导，各个光波导包括至少一分光图案，各个分光图案可分别接收或传输不同波长的光束L(λ1)～L(λn)，且各个分光图案可将对应的特定波长的光束进行分光而产生多个分光光束L(λ1,1)～L(λn,x)，其中x为大于1的整数。由俯视视角来看，不同光波导的分光图案可形成多个交越处，多层光波导结构104可在光束L(λ1)～L(λn)被导引至交越处之前进行层间传导，而使光束L(λ1)～L(λn)分别进入至不同的光波导中，以避免波导交越损耗。在本发明的一实施例中，不同的光波导分别设置在半导体结构中的不同介质层中，在另一实施例中，不同的光波导可设置在同一介质层但不同区块中以避免在同层中互相交越。此外，本发明的单一个分光图案可设置在不同光波导中，通过层间传导结构让光束在不同层的分光图案中传输。举例来说，一第一分光图案中可至少具有一第一异层部份与一第二分光图案设置于不同的光波导中，且第一异层部份与第二分光图案在不同介质层中交越而形成至少第一交越处，第一分光图案所传输的具有特定波长的光束于第一交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
此外，在其它实施例中，多层光波导结构104可包括还多个分光图案，例如除了上述的第一分光图案与第二分光图案外，还可包括第三分光图案与第四分光图案，其中第三分光图案中至少有一第二异层部份与第四分光图案设置于不同的光波导中，且第二异层部份与第四分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第二交越处，第三分光图案所传输的具有特定波长的光束于第二交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
举例来说，多层光波导结构104可例如包括两个光波导，各个光波导包括两个分光图案。例如图2所示，分光图案P1、P3可为第一光波导的分光图案，其分别接收特定波长的光束L(λ1)、L(λ3)，而分光图案P2、P4可为第二光波导的分光图案，其分别接收特定波长的光束L(λ2)、L(λ4)。其中分光图案P1与分光图案P2形成多个交越处(亦即实线与虚线交叉处)，光束L(λ1)、L(λ2)可分别被导引至第一光波导与第二光波导，以通过分光图案P1与P2进行分光，进而产生多个分光光束。在本实施例中，分光图案P1～P4可分别例如为Y形分支图案，视分支数量的多寡，分光图案P1～P4可例如分别产生2m个分光光束，其中m为正整数。由于分光图案P1与分光图案P2分属第一光波导与第二光波导，因此在图2所示的分光图案P1与分光图案P2的交越处，光束实际上L(λ1)、L(λ2)是在不同的光波导中传输，而不会有在单层光波导中因波导图案交越产生的光损耗的问题。此外，在本发明的其他实施例中，分光图案不一定是通过Y形分支图案来分光，亦可利用光学环形谐振装置(Ring Resonator)或是多模干涉光耦合器(MMI coupler)达到分光的效果。
其中，光束L(λ1)、L(λ2)须在到达分光图案P1与分光图案P2的交越处之前可被分别导引至第一光波导与第二光波导，举例来说，如图3所示，一开始光束L(λ1)、L(λ2)可在同一光波导(例如第一光波导)中传输，光束L(λ2)可在到达分光图案P2的第一个分岔点BP1时通过层间传导进入第二光波导，如此一来，当光束L(λ2)传输至与分光图案P2的交越点CP1与CP2时，光束L(λ1)与L(λ2)已分别在不同的光波导中传输，而可避免波导在同层中交越次数过多而产生的光损耗，在本发明的其他实施例中，因为传输的不同波长的光束增加，因此分光图案数量也会增加，为求结构设计的方便在不影响传输效果之下，分光图案P1与分光图案P2可以在特定交越点为同层交越，而在其余交越点采用前述方式分层交越。此外，由于第一光波导与第二光波导在空间上可堆叠配置，因此可有效地减小芯片面积。在其它实施例中，光束L(λ2)也可在到达分光图案P2的第一个分岔点BP1之前或之后进行才进入第二光波导，只要在到达交越点CP1与CP2前进入第二光波导即可。
其中，多层光波导结构104对光束进行层间传导的方式可如图4所示，将不同的光波导Lay1与光波导Lay2叠合，光束如此便可通过光波导Lay1与Lay2的重叠处进行层间传导，而由光波导Lay1被引导至光波导Lay2，或由光波导Lay2被引导至光波导Lay1。
类似地，分光图案P3与分光图案P4也可分别为第一光波导与第二光波导的分光图案，光束L(λ3)、L(λ4)也可分别在第一光波导与第二光波导中传输，以避免交越损耗的问题，其实施方式与上述说明内容类似，在此不再赘述。
此外，参照图1，光调制器模块106可受控于控制器108而对分光光束L(λ1,1)～L(λn,x)进行调制，已产生多个光信号S1～Sy，其中y为正整数。值得注意的是，在图2实施例中，不同光波导的分光图案可依据所接收的光束的波长被划分为同一分光图案群，其中在同一分光图案群中的分光图案分别用以对不同波长的光束进行分光，例如分光图案P1、P2被划分为一分光图案群，而分光图案P3、P4被划分为另一分光图案群。由于光调制模块106中被制作在同一芯片上的光调制元件可处理的波长范围有限，在部分实施例中，可使同一分光图案群所对应的多个光束间的波长差小于预设值，如此可避免同一分光图案群所对应的多个光束的波长分布范围过大，而超出光调制模块106中负责处理此分光图案群的光调制元件可处理的波长范围。另外，图2实施为以两个分光图案群为例进行说明，然分光图案群的数量并不以图2实施例为限，且各个分光图案群中的数量也不以2个分光图案为限，分光图案群所包括的分光图案数量也不限定必须相同。
在部分实施例中，多层光波导结构104还可包括多个合光图案，多层光波导结构104可对具有不同波长的多个光信号进行层间传导，以将多个光信号导引进入同一光波导中，而产生合光信号。举例来说，图5是依照本发明另一实施例的光信号产生装置的示意图。如图5所示，光调制模块106可包括多个光调制元件M1～M4，其中光调制元件M1、M3用以对分光图案P1产生的分光光束L(λ1,1)、L(λ1,2)进行光调制以产生光信号S1与S3，而光调制元件M2、M4用以对分光图案P1产生的分光光束L(λ2,1)、L(λ2,2)进行光调制以产生光信号S2与S4。在本实施例中，多层光波导结构104还可包括合光图案P1’(以实线表示)与P2’(以虚线表示)，合光图案P1’与P2’可将不同波长的光信号进行合光，以产生合光信号。
举例来说，多层光波导结构104可利用合光图案P1’与P2’可将光信号S1与S2导引至同一处(如Y形分支图案的交会处)，并通过层间传导将原本在不同光波导中传输的光信号S1与S2导引至同一光波导中，以进行合光，而产生合光信号SC1。类似地，在不同光波导中传输的光信号S3与S4也可以相同的方式被导引至至同一光波导中，而产生合光信号SC2。
值得注意的是，在部分实施例中，多层光波导结构104可不需在Y形分支图案的交会处进行层间传导。例如在图6实施例中，多层光波导结构104可在光信号到达Y形分支图案的交会处之前，便先对光图案P2’的光信号进行层间传导(例如在图6的转变点TP1、TP2、TP3进行层间传导)，而后再由合光图案P1’导引光信号进行合光，而产生合光信号。
综上所述，本发明实施例的多层光波导结构包括多个光波导，可在具有不同波长的光束被导引至分光图案的交越处之前对光束进行层间传导，使具有不同波长的光束进入至不同的光波导中，从而有效避免波导同层交越次数过多造成的光损耗，同时可减小芯片面积。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种光信号产生装置，其特征在于，包括：
多层光波导结构，包括：
多个光波导设置于不同介质层中；以及
第一分光图案与第二分光图案设置于所述多个光波导中，所述第一与第二分光图案分别对具有多个特定波长的光束进行传输与分光而产生多个分光光束；以及
光调制器模块，光耦合所述多层光波导结构，对所述多个分光光束进行调制，以产生多个光信号，
其中，所述第一分光图案中至少有一第一异层部份与所述第二分光图案设置于不同的光波导中，且所述第一异层部份与所述第二分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第一交越处，第一分光图案所传输的具有特定波长的所述光束于所述第一交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
2.根据权利要求1所述的光信号产生装置，其中各所述分光图案包括多个分岔点，具有不同波长的所述多个光束在被导引至至少一分岔点时通过层间传导而进入至不同的光波导中。
3.根据权利要求1所述的光信号产生装置，其中具有不同波长的所述多个光束通过所述多个光波导的重叠处进行层间传导，而被导引至不同的光波导中。
4.根据权利要求1所述的光信号产生装置，其中第一与第二分光图案所对应的分光光束具有不同的波长。
5.根据权利要求1所述的光信号产生装置，其中第一与第二分光图案形成分光图案群，且所述分光图案群所对应的多个光束间的波长差小于预设值。
6.根据权利要求5所述的光信号产生装置，其中所述分光图案群对应光调制元件，以分别产生所述多个光信号。
7.根据权利要求1所述的光信号产生装置，还包括第三分光图案与第四分光图案，所述第三分光图案中至少有一第二异层部份与所述第四分光图案设置于不同的光波导中，且所述第二异层部份与所述第四分光图案在不同介质层中交越而形成至少一第二交越处，第三分光图案所传输的具有特定波长的所述光束于所述第二交越处之前进行层间传导以进入至不同的光波导中。
8.根据权利要求1所述的光信号产生装置，其中所述第一分光图案包括Y形分支图案，对对应的光束进行分光，而产生2m个分光光束，其中m为正整数。
9.根据权利要求1所述的光信号产生装置，还包括：
光源模块，光耦合所述多层光波导结构，用以发出不同波长的所述多个光束。
10.根据权利要求1所述的光信号产生装置，还包括：
控制器，耦接所述光调制器模块，驱动所述光调制器模块中的多个光调制元件。
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