CN112698445A - 一种偏振无关的y分支型分光/合光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，本发明包括：端口零、直波导一、S型波导一、S型波导二、过渡直波导一、过渡直波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六、直波导二、直波导三、直波导四、直波导五、端口一、端口二、端口三、端口四、基底、Si下层、SiNx芯层、Si上层。偏振无关的Y分支型分光/合光器以SiO2作为基底，器件中的波导横截面均由Si‑SiNx‑Si三层材料构成，可以实现器件的偏振无关性。三个不同的波导宽度值可供选择，可实现降低合路时损耗的功能。本发明提供有一种偏振无关、合路损耗低、分光均匀度好、波长不敏感和尺寸小的Y分支型分光/合光器。
Description
技术领域
本发明属于光学器件领域，具体涉及一种偏振无关的Y分支型分光/合光器。
背景技术
基于时分复用的PON一直是多年研究和应用的技术主流，考虑到用户对带宽长期持续的增长需求，2009年FSAN启动了下一代无源光网络的研究和标准化工作。作为向下一代无源光网络过渡的一种方案，GPON向XGPON的演进成为了人们的关注热点。以GPON和XGPON的混合无源光网络技术作为基础，可以实现光纤到家庭（FTTH），在该新型混合无源光网络中，分光/合光器是关键器件之一，其性能的好坏决定了FTTH技术的可行性及应用推广。
分光/合光器是一种能够使传输中的光信号在特殊结构区域内发生耦合作用，并对光功率进行分配或者合路的光无源器件。根据不同的耦合方式，可以分为定向耦合器型、多模干涉耦合器型以及Y分支型等类型。
人们在分光/合光器上投入了很大精力进行研究，也陆续研发出了许多分光/合光器，为无源光网络做出了重要贡献，例如：基于弯曲定向耦合器的稀疏波分复用器（CN207249175U），该专利提出一种基于弯曲定向耦合器的稀疏波分复用器， 利用弯曲波导定向耦合器实现宽光谱范围内的特定比例分光，进而实现低串扰、低损耗的四通道粗波分复用；一种基于多模干涉效应的宽可调谐的单频光纤激光器（CN110212398A），该专利明公开了一种基于多模干涉效应的宽可调谐单频光纤激光器，采用复合腔结合自注入锁定结构，利用高、低反射率啁啾光纤光栅和厘米量级高增益光纤构成短线性谐振腔部分，光环形器、光纤标准具和SMS光纤结构装置形成环形腔，应力加载器固定在SMS光纤结构装置的上面。
上述分光/合光器研究虽然取得了一定的成果，也解决了一些问题，但仍存在不足之处：1.定向耦合器型分光/合光器损耗低、结构简单，但器件偏振敏感性很高，实际应用中需要偏振分集系统支持，不适用于大规模光子集成；2.多模干涉耦合器型分光/合光器分光均匀性好、工艺容差性大，但偏振不敏感的结构设计较复杂；3.传统的Y分支型分光/合光器结构简单、波长不敏感，但在合光过程中损耗较大，且现有Y分支型分光/合光器不满足偏振无关。
针对现有技术存在的不足，有必要研发新型的分光/合光器弥补缺陷。
发明内容
本发明提供了一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，实现了器件的偏振无关性，并且解决了传统的Y分支型分光/合光器在合光过程中损耗大的问题。
本发明所采用的技术方案：一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，包括：端口零、直波导一、S型波导一、S型波导二、过渡直波导一、过渡直波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六、直波导二、直波导三、直波导四、直波导五、端口一、端口二、端口三、端口四、基底、Si下层、SiNx芯层、Si上层。所述端口零位于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最前端；所述直波导一与端口零相连接；所述S型波导一、S型波导二分别与直波导一相连接，呈Y分支型；所述过渡直波导一、过渡直波导二分别与S型波导一、S型波导二相连接；所述S型波导三、S型波导四分别与过渡直波导一相连接，呈Y分支型；所述S型波导五、S型波导六分别与过渡直波导二相连接，呈Y分支型；所述直波导二、直波导三分别与S型波导三、S型波导四相连接；所述直波导四、直波导五分别与S型波导五、S型波导六相连接；所述端口一、端口二、端口三、端口四分别位于直波导二、直波导三、直波导四、直波导五的末端；所述基底位于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最底端；所述Si下层位于基底上侧，与基底的上表面相连接；所述SiNx芯层位于Si下层的上侧，与Si下层的上表面相连接；所述Si上层位于SiNx芯层上侧，与SiNx芯层的上表面相连接。
进一步的，所述偏振无关的Y分支型分光/合光器以SiO2作为基底，器件中的波导横截面均由Si-SiNx-Si三层材料构成，在Si-SiNx-Si三层结构中，Si上下层厚度均为0.25μm，SiNx芯层厚度为0.1μm，SiNx的折射率为2.45。
进一步的，所述的过渡直波导一和过渡直波导二为选取的特定长度，均为3.83μm，可以实现器件的偏振无关性。
进一步的，所述直波导一的长度为8μm；直波导二、直波导三、直波导四和直波导五的长度均为4μm。
进一步的，所述直波导一、S型波导一、S型波导二、过渡直波导一、过渡直波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六和直波导二、直波导三、直波导四、直波导五选取三个不同的宽度值，输入直波导一选取宽度为1μm；S型波导一、S型波导二和过渡直波导一、过渡直波导二具有相同的宽度为0.7μm；S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六和直波导二、直波导三、直波导四、直波导五具有相同的宽度为0.35μm，可实现降低1280nm波长光信号4: 1合路时的损耗的功能。
进一步的，所述S型波导一和S型波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五和S型波导六选取不同的长度和高度值，其中，实现1:2均匀功分的S型波导一和S型波导二选取的长度和高度分别为12μm和2μm；实现1:4均匀功分的S型波导三、S型波导四、S型波导五和S型波导六选取长度和高度分别为7.5μm和1μm，可实现1580nm波长光信号的1:4均匀功分以及降低整个器件损耗的功能。
本发明的运行方式如下：
1580nm波长光信号由端口零输入直波导一，连接S型波导一和S型波导二进行1:2均匀功分，经过渡直波导一和过渡直波导二后，再分别连接S型波导三、S型波导四、S型波导五及S型波导六实现1:4均匀功分，最终经过直波导二、直波导三、直波导四及直波导五，在端口一、端口二、端口三、端口四输出光信号；
1280nm波长光信号由端口一、端口二、端口三、端口四分别输入直波导二、直波导三、直波导四及直波导五，再分别连接S型波导三、S型波导四、S型波导五及S型波导六实现4：1合路，经过渡直波导一和过渡直波导二后，连接S型波导一和S型波导二进行2:1合路，最后经过直波导一，在端口零输出光信号。
本发明的有益效果：（1）本发明通过优化过渡直波导的长度，实现了器件偏振无关性；（2）本发明通过选取三种不同的波导宽度值，能够显著降低Y分支型分光/合光器在合光过程中损耗；（3）本发明通过优化S型波导的长度和高度，使器件具有良好的分光均匀度和较低的器件损耗；（4）本发明采用Y分支结构，根据其波长不敏感特性，能够实现1580nm波长光信号1:4均匀功分以及1280nm波长光信号4:1合路。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1—端口零，2—直波导一，3—S型波导一，4—S型波导二，5—过渡直波导一，6—过渡直波导二，7—S型波导三，8—S型波导四，9—S型波导五，10—S型波导六，11—直波导二，12—直波导三，13—直波导四块，14—直波导五，15—端口一，16—端口二，17—端口三，18—端口四，19—基底，20—Si下层，21—SiNx芯层，22—Si上层。
具体实施方式：
下面结合附图与具体实例对本发明进行详细说明。
本发明所采用的技术方案：一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，包括：端口零1、直波导一2、S型波导一3、S型波导二4、过渡直波导一5、过渡直波导二6、S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9、S型波导六10、直波导二11、直波导三12、直波导四13、直波导五14、端口一15、端口二16、端口三17、端口四18、基底19、Si下层20、SiNx芯层21、Si上层22。所述端口零位1于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最前端；所述直波导一2与端口零1相连接；所述S型波导一3、S型波导二4分别与直波导一2相连接，呈Y分支型；所述过渡直波导一5、过渡直波导二6分别与S型波导一3、S型波导二相连接4；所述S型波导三7、S型波导四8分别与过渡直波导一5相连接，呈Y分支型；所述S型波导五9、S型波导六10分别与过渡直波导二6相连接，呈Y分支型；所述直波导二11、直波导三12分别与S型波导三7、S型波导四8相连接；所述直波导四13、直波导五14分别与S型波导五9、S型波导六10相连接；所述端口一15、端口二16、端口三17、端口四18分别位于直波导二11、直波导三12、直波导四13、直波导五14的末端；所述基底19位于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最底端；所述Si下层20位于基底19上侧，与基底19的上表面相连接；所述SiNx芯层21位于Si下层20的上侧，与Si下层20的上表面相连接；所述Si上层22位于SiNx芯层21上侧，与SiNx芯层21的上表面相连接。
进一步的，所述偏振无关的Y分支型分光/合光器以SiO2作为基底19，器件中的波导横截面均由Si-SiNx-Si三层材料构成，在Si-SiNx-Si三层结构中，Si上下层20、22厚度均为0.25μm，SiNx芯层21厚度为0.1μm，SiNx的折射率为2.45。
进一步的，所述的过渡直波导一5和过渡直波导二6为选取的特定长度，均为3.83μm，可以实现器件的偏振无关性。
进一步的，所述直波导一2的长度为8μm；直波导二11、直波导三12、直波导四13和直波导五14的长度均为4μm。
进一步的，所述直波导一2、S型波导一3、S型波导二4、过渡直波导一5、过渡直波导二6、S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9、S型波导六10和直波导二11、直波导三12、直波导四13、直波导五14选取三个不同的宽度值，直波导一2选取宽度为1μm；S型波导一3、S型波导二4和过渡直波导一5、过渡直波导二6具有相同的宽度为0.7μm；S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9、S型波导六10和直波导二11、直波导三12、直波导四13、直波导五14具有相同的宽度为0.35μm，可实现降低1280nm波长光信号4: 1合路时的损耗的功能。
进一步的，所述S型波导一3和S型波导二4、S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9和S型波导六10选取不同的长度和高度值，其中，实现1:2均匀功分的S型波导一3和S型波导二4选取的长度和高度分别为12μm和2μm；实现1:4均匀功分的S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9和S型波导六10选取长度和高度分别为7.5μm和1μm，可实现1580nm波长光信号的1:4均匀功分以及降低整个器件损耗的功能。
本发明的运行方式如下：
1580nm波长光信号由端口零1输入直波导一2，连接S型波导一3和S型波导二4进行1:2均匀功分，经过渡直波导一5和过渡直波导二6后，再分别连接S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9及S型波导六10实现1:4均匀功分，最终经过直波导二11、直波导三12、直波导四13及直波导五14，在端口一15、端口二16、端口三17、端口四18输出光信号；
1280nm波长光信号由端口一15、端口二16、端口三17、端口四18分别输入直波导二11、直波导三12、直波导四13及直波导五14，再分别连接S型波导三7、S型波导四8、S型波导五9及S型波导六10实现4：1合路，经过渡直波导一5和过渡直波导二6后，连接S型波导一3和S型波导二4进行2:1合路，最后经过直波导一2，在端口零1输出光信号。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思或原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，包括：端口零、直波导一、S型波导一、S型波导二、过渡直波导一、过渡直波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六、直波导二、直波导三、直波导四、直波导五、端口一、端口二、端口三、端口四、基底、Si下层、SiNx芯层、Si上层。
2.所述端口零位于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最前端；所述直波导一与端口零相连接；所述S型波导一、S型波导二分别与直波导一相连接，呈Y分支型；所述过渡直波导一、过渡直波导二分别与S型波导一、S型波导二相连接；所述S型波导三、S型波导四分别与过渡直波导一相连接，呈Y分支型；所述S型波导五、S型波导六分别与过渡直波导二相连接，呈Y分支型；所述直波导二、直波导三分别与S型波导三、S型波导四相连接；所述直波导四、直波导五分别与S型波导五、S型波导六相连接；所述端口一、端口二、端口三、端口四分别位于直波导二、直波导三、直波导四、直波导五的末端；所述基底位于偏振无关的Y分支型分光/合光器的最底端；所述Si下层位于基底上侧，与基底的上表面相连接；所述SiNx芯层位于Si下层的上侧，与Si下层的上表面相连接；所述Si上层位于SiNx芯层上侧，与SiNx芯层的上表面相连接。
3.根据权利要求1所述的一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，其特征在于：所述偏振无关的Y分支型分光/合光器以SiO2作为基底，器件中的波导横截面均由Si-SiNx-Si三层材料构成，在Si-SiNx-Si三层结构中，Si上下层厚度均为0.25μm，SiNx芯层厚度为0.1μm，SiNx的折射率为2.45。
4.根据权利要求1所述的一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，其特征在于：所述的过渡直波导一和过渡直波导二为选取的特定长度，均为3.83μm。
5.根据权利要求1所述的一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，其特征在于：所述直波导一、S型波导一、S型波导二、过渡直波导一、过渡直波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六和直波导二、直波导三、直波导四、直波导五选取三个不同的宽度值，输入直波导一选取宽度为1μm；S型波导一、S型波导二和过渡直波导一、过渡直波导二具有相同的宽度为0.7μm；S型波导三、S型波导四、S型波导五、S型波导六和直波导二、直波导三、直波导四、直波导五具有相同的宽度为0.35μm。
6.根据权利要求1所述的一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，其特征在于：所述S型波导一和S型波导二、S型波导三、S型波导四、S型波导五和S型波导六选取不同的长度和高度值，其中，实现1:2均匀功分的S型波导一和S型波导二选取的长度和高度分别为12μm和2μm；实现1:4均匀功分的S型波导三、S型波导四、S型波导五和S型波导六选取长度和高度分别为7.5μm和1μm。
7.根据权利要求1所述的一种偏振无关的Y分支型分光/合光器，其特征在于：运行方式如下：
1580nm波长光信号由端口零输入直波导一，连接S型波导一和S型波导二进行1:2均匀功分，经过渡直波导一和过渡直波导二后，再分别连接S型波导三、S型波导四、S型波导五及S型波导六实现1:4均匀功分，最终经过直波导二、直波导三、直波导四及直波导五，在端口一、端口二、端口三、端口四输出光信号；
1280nm波长光信号由端口一、端口二、端口三、端口四分别输入直波导二、直波导三、直波导四及直波导五，再分别连接S型波导三、S型波导四、S型波导五及S型波导六实现4：1合路，经过渡直波导一和过渡直波导二后，连接S型波导一和S型波导二进行2:1合路，最后经过直波导一，在端口零输出光信号。
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2020
- 2020-03-31 CN CN202010246870.2A patent/CN112698445A/zh active Pending
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