CN113466997A - 用于大容量光传输的波分复用装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于大容量光传输的波分复用装置，用于将输入的多道m种波长、共m×n道的光汇整成n道后输出，包含芯片本体、光输入结构、滤波筛选结构，及光输出结构，光输入结构包括m×n条排设成组列的波导，所述波导的一端部沿芯片本体侧边间隔整齐排列，另一端部汇整成束，滤波筛选结构与所述波导成束的端部连接而使经由所述波导传输的m×n道光产生预设光程变化而汇聚成n道，光输出结构包括n条构成组列的波导，所述波导的一端部汇整成束并与滤波筛选结构连接，以供n道光对应进入，另一端部沿芯片本体侧边依序间隔整齐排列用于供n道光输出。

Description

用于大容量光传输的波分复用装置
技术领域
本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种用于大容量光传输的波分复用装置。
背景技术
波分复用器是应用广泛的光通讯组件，其工作原理是当分别有多道不同波长的光通过时，所述不同波长的光会因行进路程的差异在彼此间而产生光程差，并基于光相互干涉不同波长的原理，使所述不同波长的光耦合成一道具有不同波长的光，从而以一道光向外传输多个分别搭载于所述不同波长的光的讯号。
但，随着所需传输的讯号的数量愈加增加、种类愈加复杂，现有的波分复用器需要改善，用于将多道不同波长的光整合成多道个别具有预设波长的光，以因应当前光通讯技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大容量光传输的波分复用装置，能将多道具有不同波长的讯号光分配并耦合成个别具有多种讯号的光。
本发明用于大容量光传输的波分复用装置，用于将输入的m×n道讯号输入光汇整成n道讯号输出光后输出，其中，m、n分别是大于2的整数。所述波分复用装置包含芯片本体、光输入结构、滤波筛选结构，及光输出结构。
所述光输入结构设置于所述芯片本体并包括m×n条排设成数组的输入波导，所述输入波导的m×n个端部沿所述芯片本体的一侧边依序间隔整齐排列，相反的另一端部汇整成束。
所述滤波筛选结构设置于所述芯片本体并与所述输入波导汇整成束的端部光连接，用于令分别沿m×n条所述输入波导进入的m×n道讯号输入光的光程产生预设变化而汇聚成n道光。
所述光输出结构设置于所述芯片本体并包括n条排设成组列的输出波导，所述输出波导的一端部汇整成束并与所述滤波筛选结构光连接，供n道光对应进入n条所述输出波导中，n条所述输出波导的另一远离所述滤波筛选结构的端部沿所述芯片本体的另一侧边依序间隔整齐排列，用于供于n条所述输出波导中的n道光成所述n道讯号输出光向外输出。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述用于大容量光传输的波分复用装置，其中，所述滤波筛选结构包括第一平板波导组列、第二平板波导组列，及光连接所述第一平板波导组列和所述第二平板波导组列的通道波导组列，所述第一平板波导组列与所述输入波导汇整成束的端部光连接，将所述m×n道讯号输入光等相位地色散，所述通道波导组列于等相位地色散的m×n道讯号输入光通过时产生光程差，所述第二平板波导组列汇聚产生光程差后的所述m×n道讯号输入光成n道光。
较佳地，前述用于大容量光传输的波分复用装置，其中，所述第一平板波导组列及所述第二平板波导组列为几何结构对称。
较佳地，前述用于大容量光传输的波分复用装置，其中，所述m×n道讯号输入光产生的光程差满足于
Figure BDA0002576602190000021
△fFSR为讯号光的自由光谱范围，c为光速，△p为光程差。
较佳地，前述用于大容量光传输的波分复用装置，其中，相同波长的光汇聚成所述n道讯号输出光的过程满足△fFSR≥Nch×△fch，△fFSR为讯号光的自由光谱范围，Nch为所述讯号输出光的数量，△fch为所述讯号输出光的频道间距。
较佳地，前述用于大容量光传输的波分复用装置，其中，所述第一平板波导组列、所述第二平板波导组列满足
Figure BDA0002576602190000022
△fch为光的频道间距，fc为光的中心频率，n为所述第一平板波导组列及/或所述第二平板波导组列的折射率，D为所述输入波导组列及/或所述输出波导组列间的距离，d为所述通道波导组列间的距离，f为所述第一平板波导组列及/或所述第二平板波导组列的曲率半径，△p为光程差。
本发明的有益的效果在于：由分别以成组列排设的波导构成的光输入结构设置和光输出结构，配合让光于行进时产生预设光程差变化而可被汇聚的滤波输出结构，将m×n道分别具有m种波长的光依预定需要汇聚成n道光，而依序于n个输出端向外输出。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明用于大容量光传输的波分复用装置的一实施例；
图2是一示意图，说明所述实施例的一滤波筛选结构；
图3是一示意图，辅助图2说明所述实施例的滤波筛选结构；及
图4是一光谱图，说明所述实施例的实验验证结果。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1、2，本发明用于大容量光传输的波分复用装置的一实施例，包含一芯片本体2、一光输入结构3、一滤波筛选结构4，及一光输出结构5，用于供多道具有不同波长的光进入汇整成多道个别包括有不同波长的光以传输信号。为说明清楚起见，定义进入所述波分复用装置的光为m×n道、波长有m种的讯号输入光，波长分别以λ11、λ12、……、λm(n-1)、λmn的形式表达，其中，m、n为大于2的整数。
所述光输入结构3设置于所述芯片本体2并包括m×n条排设组列的输入波导31，所述输入波导31的其中一端部整齐地沿所述芯片本体2的一侧边间隔排列，也就是依序有m×n个分别依序供λ11、λ12、……、λm(n-1)、λmn的讯号输入光进入的输入端，相反的另一端部则汇整成束用于和所述滤波筛选结构4光连接。
所述滤波筛选结构4设置于所述芯片本体2，包括一第一平板波导组列41、一与所述第一平板波导组列41相间隔设置的第二平板波导组列42，及一光连接所述第一平板波导组列41与所述第二平板波导组列42的通道波导组列43，所述第一平板波导组列41与所述m×n条输入波导31光连接，用于让λ11、λ12、……、λm(n-1)、λmn的讯号输入光均匀且等相位的色散；所述讯号输入光进入所述通道波导组列43行进时因组列式波导的设置而产生光程差；随后，所述产生光程差的m×n道讯号输入光导入所述第二平板波导组列42，基于波的多狭缝绕射原理而分别在预定的n个位置得到最大的建设性干涉后经分配汇聚形成n道个别具有m种不同波长的光，也就是，波长为λ11、λ21、……、λ(m-1)1、λm1汇聚成一道光，而波长为λ1n、λ2n、……、λ(m-1)n、λmn汇聚成另一道光，以此类推。
所述光输出结构5设置于所述芯片本体2，由n条输出波导51排设成组列，所述输出波导51的其中一端部汇整成束而与所述第二平板波导组列42光连接，用于供所述n道光进入，另一端部沿着所述芯片本体2远离所述光输入结构3的一侧依序整齐地间隔排列，用于与后续光组件(图未示出)光连接而将由所述n道光形成的n道讯号输出光向外输出。
在本实施例中，所述第一平板波导组列41、所述第二平板波导组列42彼此成几何结构对称，且，所述第一平板波导组列41、所述第二平板波导组列42使光色散分开，及汇聚成束的过程满足
Figure BDA0002576602190000041
△fch为光的频道间距，fc为光的中心频率，n为所述第一平板波导组列41及/或所述第二平板波导组列42的折射率，D为所述输入波导31的组列及/或所述输出波导51组列间的距离，d为所述通道波导组列43间的距离，f为所述第一平板波导组列41及/或所述第二平板波导组列42的曲率半径，△p为光程差；所述讯号输入光进入所述通道波导组列43行进时产生光程差需满足
Figure BDA0002576602190000042
△fFSR为讯号光的自由光谱范围，c为光速，△p为光程差；光于所述第二平板波导组列42中被汇聚的过程需满足△fFSR≥Nch×△fch，△fFSR为光的自由光谱范围，Nch为所述讯号输出光的数量，△fch为所述讯号输出光的频道间距。
当m×n道供包括m种波长的讯号输入光各自沿着所述m×n条输入波导31进入后，通过所述第一平板波导组列41等相位且均匀的色散，随后于所述通道波导组列43中出现光程改变，再于所述第二平板波导组列42中因光干涉而由m×n道分配并汇聚成n道光；最后，n道光再个别地经由所述n条输出波导51向外输出，借此，达到将m×n道分别具有m种波长的光依预定需要汇聚成n道，且有序地n个输出端向外输出的目的，从而能应用于光通讯中，借以将多种个别来自不同输入端的信号，配合用最少数量的光纤传输至预定的接收端后还原，满足需传输的讯号的数量愈加增加、种类愈加复杂的光通讯技术发展需求。
以下以四组光信号产生器个别产生波长分别为1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的基础光，通入上述本发明的实施例后，再配合四条单模光纤传输至四个解光多工器后，由四个解光多工器得到的光的波长组成作验证。特别地，本发明的实施例的光输入结构以共十六个供光进入的输入端，及四个供光输出并与所述四条单模光纤光连接的输出端作说明。
参阅图3、图4，所述第一组光信号产生器产生四道波长为1270nm的光、第二组光信号产生器产生四道波长为1290nm的光、第三组光信号产生器产生四道波长为1310nm的光，及第四组光信号产生器产生四道波长为1330nm的光，亦即共十六道光依序自所述光输入结构的十六个的输入端传输进入所述滤波筛选结构。四道波长为1270nm的光、四道波长为1290nm的光、四道波长为1310nm的光，及四道波长为1330nm的光通过所述滤波筛选结构时，因相邻的平板波导组列设计而产生光程差后再被汇聚成四道输出光，且分别对应于所述四个输出端离开波分复用装置，并再借着所述四条单模光纤传输至四个解光多工器(依序命名为第一解光多工器、第二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器)进行后续。
由光谱图可知，第一解光多工器中还原解得的光共有四种波长，分别是1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm，同样地，第二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器还原解得的光皆各自有1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm等四种波长的光，证明本发明的实施例确实将所述四组光信号产生器的十六道、包括四种波长的光，个别汇聚成四道个别均包括有1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的光后由四个输出端向外输出，且实验曲线看出光强度并未减少，进一步验证本发明的实施例并未于处理光的过程中造成较大的光损耗，而能实际应用于光通讯技术中。

Claims (6)

1.一种用于大容量光传输的波分复用装置，用于将输入的m×n道讯号输入光汇整成n道讯号输出光后输出，其中，m、n分别是大于2的整数；其特征在于：所述波分复用装置包含：
芯片本体；
光输入结构，设置于所述芯片本体并包括m×n条排设成组列的输入波导，所述输入波导的m×n个端部沿所述芯片本体的一侧边依序间隔整齐排列，相反的另一端部汇整成束；
滤波筛选结构，设置于所述芯片本体并与所述输入波导汇整成束的端部光连接，用于令分别沿m×n条所述输入波导进入的m×n道讯号输入光的光程产生预设变化而汇聚成n道光；及
光输出结构，设置于所述芯片本体并包括n条排设成组列的输出波导，所述输出波导的一端部汇整成束并与所述滤波筛选结构光连接，供n道光对应进入n条所述输出波导中，n条所述输出波导的另一个远离所述滤波筛选结构的端部沿所述芯片本体的另一侧边依序间隔整齐排列，用于供于n条所述输出波导中的n道光成所述n道讯号输出光向外输出。
2.根据权利要求1所述用于大容量光传输的波分复用装置，其特征在于：所述滤波筛选结构包括第一平板波导组列、第二平板波导组列，及光连接所述第一平板波导组列和所述第二平板波导组列的通道波导组列，所述第一平板波导组列与所述输入波导汇整成束的端部光连接，将所述m×n道讯号输入光等相位地色散，所述通道波导组列于等相位地色散的m×n道讯号输入光通过时产生光程差，所述第二平板波导组列汇聚产生光程差后的所述m×n道讯号输入光成n道光。
3.根据权利要求2所述用于大容量光传输的波分复用装置，其特征在于：所述第一平板波导组列及所述第二平板波导组列为几何结构对称。
4.根据权利要求2所述用于大容量光传输的波分复用装置，其特征在于：所述m×n道讯号输入光产生的光程差满足于
Figure FDA0002576602180000021
△fFSR为讯号光的自由光谱范围，c为光速，△p为光程差。
5.根据权利要求4所述用于大容量光传输的波分复用装置，其特征在于：相同波长的光汇聚成所述n道讯号输出光的过程满足△fFSR≥Nch×△fch，△fFSR为讯号光的自由光谱范围，Nch为所述讯号输出光的数量，△fch为所述讯号输出光的频道间距。
6.根据权利要求5所述用于大容量光传输的波分复用装置，其特征在于：所述第一平板波导组列、所述第二平板波导组列满足
Figure FDA0002576602180000022
△fch为光的频道间距，fc为光的中心频率，n为所述第一平板波导组列及/或所述第二平板波导组列的折射率，D为所述输入波导组列及/或所述输出波导组列间的距离，d为所述通道波导组列间的距离，f为所述第一平板波导组列及/或所述第二平板波导组列的曲率半径，△p为光程差。
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