CN116699757A - 一种波导光栅滤波器，相关设备以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种波导光栅滤波器，相关设备以及系统，用于提高滤波的准确性，降低了直通输出的光信号的光功率的损失。该波导光栅滤波器包括依次连接的模式复用器、连接波导、切趾光栅和直通波导。切趾光栅包括依次连接在连接波导和直通波导之间的第一光栅区域和第二光栅区域。以连接波导的两侧边为基准，第一光栅区域的两侧边分别内凹形成多个光栅沟槽。多个光栅沟槽的长度沿第一方向依次递增。连接波导指向直通波导的方向为第一方向。以直通波导的两侧边为基准，第二光栅区域的两侧边分别外凸形成多个外部光栅齿。多个外部光栅齿的长度沿第一方向依次递减。切趾光栅的两侧边均呈非对称式结构。
Description
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种波导光栅滤波器，相关设备以及系统。
背景技术
在光通信领域中，波导光栅滤波器能够实现波分复用(wavelength divisionmultiplexing，WDM)，以提高通信容量。
波导光栅滤波器基于轴向切趾光栅实现滤波。轴向切趾光栅包括模式复用器和轴向切趾多模波导光栅(multimode waveguide grating，MWG)。模式复用器具有输入波导和下载波导。MWG具有直通波导。该输入波导接收第一光信号。该第一光信号具有第一波长以及基模。在MWG中，第一光信号满足相位匹配条件的情况下，轴向切趾MWG会向下载波导传输该第一光信号，以实现对该第一光信号的滤波。
但是，在MWG中，第二光信号也会满足相位匹配条件。该第二光信号具有第二波长以及偶数阶模式。该第二光信号的部分光功率经由输入波导输出，导致从直通波导输出的第二光信号的光功率存在损失。
发明内容
本申请实施例提供了一种波导光栅滤波器，相关设备以及系统，其用于提高滤波的准确性，降低了直通输出的光信号的光功率的损失。
第一方面提供了一种波导光栅滤波器。波导光栅滤波器包括依次连接的模式复用器、连接波导、切趾光栅和直通波导。所述模式复用器用于从所述模式复用器的第一端口接收光信号，并用于经由所述连接波导向所述切趾光栅传输所述光信号。所述切趾光栅用于对所述光信号进行滤波以获取滤波后的光信号。所述切趾光栅用于向所述模式复用器的第二端口传输所述滤波后的光信号。所述切趾光栅包括依次连接在所述连接波导和所述直通波导之间的第一光栅区域和第二光栅区域。以所述连接波导的两侧边为基准，所述第一光栅区域的两侧边分别内凹形成多个光栅沟槽。所述多个所述光栅沟槽的长度沿第一方向依次递增。所述连接波导指向所述直通波导的方向为所述第一方向。以所述直通波导的两侧边为基准，所述第二光栅区域的两侧边分别外凸形成多个第一光栅齿。所述多个第一光栅齿的长度沿所述第一方向依次递减。其中，所述连接波导沿垂直于所述第一方向的长度大于所述直通波导沿垂直于所述第一方向的长度。所述光栅沟槽的长度和所述第一光栅齿的长度均为垂直于所述第一方向的长度。所述切趾光栅的两侧边均呈非对称式结构。本方面所示的第一光栅齿也可称为外部光栅齿。本方面所示，能够提高对光信号滤波的准确性且实现对滤波后的光信号的旁瓣抑制。而且降低了直通输出的光信号的光功率的损失。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述切趾光栅具有第一目标光栅齿和第二目标光栅齿。所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿位于所述切趾光栅的两侧。且所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿位置相邻。所述第一目标光栅齿为第二光栅齿或所述第一光栅齿。所述多个光栅沟槽中，任意位置相邻的两个所述光栅沟槽之间形成所述第二光栅齿。所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿，以所述连接波导沿所述第一方向的对称轴相对折叠后，所述第一目标光栅齿和所述第二光栅齿之间具有间距，或，所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿部分重合。本方面所示的第二光栅齿也可称为内部光栅齿。本实现方式所示，能够提高旁瓣抑制的效果，有效地降低波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号所位于的波段与相邻波段之间的串扰。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述切趾光栅还包括第三光栅区域。所述第三光栅区域用于连接所述第一光栅区域和所述第二光栅区域。以所述直通波导的两侧边为基准，所述第三光栅区域的两侧边分别外凸以形成多个第三光栅齿。本方面所示的第三光栅齿还可称之为中间光栅齿。本实现方式所示，有效地降低了滤波后的光信号的光功率的损失。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，位于所述波导光栅滤波器同侧边的所述连接波导的侧边以及所述第三光栅齿的侧边对齐。本实现方式，能够有效地保证波导光栅滤波器滤波的准确性。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述第三光栅区域的光栅周期的占比与第一曲线的斜率呈负相关关系。所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第一曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。所述第三光栅区域的光栅周期的占比为所述第三光栅区域所包括的光栅周期的数量占所述切趾光栅所包括的光栅周期的总数量的百分比。本实现方式，基于第三光栅区域的光栅周期的占比与第一曲线的相关性，能够实现降低波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号所位于的波段与相邻波段之间的串扰。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述光谱图像的平坦区对应目标波段。所述目标波段的波段范围的大小与所述第三光栅区域的光栅周期的占比呈负相关关系。基于目标波段的波段范围大小与所述第三光栅区域的光栅周期的占比的相关性，能够调节波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号的光功率。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述第一光栅区域具有第一数量的第一光栅周期。所述第二光栅区域具有第二数量的第二光栅周期。所述第一数量和所述第二数量的比值与第二曲线的斜率呈负相关关系。所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第二曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。本实现方式，基于第一数量和第二数量的比值与第二曲线的斜率的相关性，能够实现降低波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号所位于的波段与相邻波段之间的串扰。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述第一光栅齿的占空比与第三曲线的斜率呈负相关关系。所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第三曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。且所述第三曲线对应的任一波长小于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。本实现方式中，基于第一光栅齿的占空比与第三曲线的斜率的相关性，能够实现降低波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号所位于的波段与相邻波段之间的串扰。
基于第一方面，一种可选的实现方式中，所述第一光栅齿的占空比与第四曲线的斜率呈正相关关系。所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第四曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。且所述第四曲线对应的任一波长大于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。本实现方式，基于第一光栅齿的占空比与第四曲线的斜率的相关性，能够实现降低波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号所位于的波段与相邻波段之间的串扰。
第二方面提供了一种波分复用器。所述波分复用器包括多个依次连接的如上述第一方面任一项所示的波导光栅滤波器。所述多个波导光栅滤波器中包括依次连接的第一波导光栅滤波器和第二波导光栅滤波器。所述第一波导光栅滤波器的直通波导与所述第二波导光栅滤波器的模式复用器连接。本方面有益效果的说明，请参见第一方面所示，具体不做赘述。
基于第二方面，一种可选的实现方式中，所述第一波导光栅滤波器的模式复用器具有输入波导和下载波导。所述第二波导光栅滤波器的模式复用器具有输入波导和下载波导。所述第一波导光栅滤波器的直通波导与所述第二波导光栅滤波器的输入波导连接。所述第一波导光栅滤波器用于对来自所述第一波导光栅滤波器的输入波导的光信号进行分波。或，所述第一波导光栅滤波器用于对来自所述第二波导光栅滤波器的下载波导的光信号进行合波。
第三方面提供了一种光通信系统。包括光发送设备、接收设备和如上述第二方面任一项所示的波分复用器。所述发送设备通过所述波分复用器连接所述接收设备。
第四方面提供了一种光通信系统。包括光放大器，以及与所述光放大器连接的如上述第一方面任一项所示的波导光栅滤波器。所述光放大器用于向所述波导光栅滤波器发送光功率放大后的光信号，所述波导光栅滤波器用于对所述光功率放大后的光信号进行滤波。
第五方面提供了一种光通信设备。所述光通信设备包括依次连接的如上述第二方面任一项所示的波分复用器、光电处理模块以及处理器。所述波分复用器用于向所述光电处理模块发送第一滤波后的光信号。所述光电处理模块用于对所述第一滤波后的光信号进行光电转换以获取第一电信号。所述光电处理模块用于向所述处理器发送所述第一电信号。或，所述处理器用于向所述光电处理模块发送第二电信号。所述光电处理模块用于对所述第二电信号进行电光转换以获取待滤波的光信号。所述光电处理模块用于向所述波分复用器发送所述待滤波的光信号。所述波分复用器用于对所述待滤波的光信号进行滤波以输出第二滤波后的光信号。
附图说明
图1为本申请实施例提供的波导光栅滤波器的整体结构示例图；
图2为图1所示的波导光栅滤波器所包括的波导层的俯视结构示例图；
图3为图1所示的波导光栅滤波器所包括的切趾光栅的第一种结构示例图；
图4为图3所示的切趾光栅的光谱图像的示例图；
图5a为本申请实施例提供的第一种切趾光栅的正投影结构示例图；
图5b为图3所示的切趾光栅的正投影结构示例图；
图5c为本申请实施例提供的第二种切趾光栅的正投影结构示例图；
图6为本申请实施例提供的第二种切趾光栅的结构示例图；
图7为图6所示的切趾光栅的光谱图像的示例图；
图8为本申请实施例提供的第一种光通信系统的结构示例图；
图9为应用至图8的光通信系统的一种波分复用器的结构示例图；
图10a为图9所示的波分复用器的第一种光谱图像的示例图；
图10b为图9所示的波分复用器的第二种光谱图像的示例图；
图11为本申请实施例提供的第一种光通信设备的结构示例图；
图12为本申请实施例提供的第二种光通信系统的结构示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本申请实施例提供的波导光栅滤波器的整体结构示例图。如图1所示，波导光栅滤波器包括衬底101和设置于衬底101上的波导层102。波导层102用于对已接收到的光信号进行滤波。其中，波导层102可由如下所示的任一材质制成，单晶硅(silicon,Si)、氮化硅(silicon nitride,SiN)波导,铌酸锂(lithium niobate，LiNbO3)或氧化硅(silica,SiO2)波导等。衬底101材质的折射率小于波导层102材质的折射率。波导层102的表面覆盖包层(图中未示出)。该包层的折射率小于波导层102材质的折射率。位于所述衬底101表面上的波导层102可呈条波导结构或脊波导结构，具体结构类型在本实施例中不做限定。
结合图2所示对波导层102的结构进行说明。其中，图2为图1所示的波导光栅滤波器所包括的波导层的俯视结构示例图。波导层102包括依次连接的模式复用器201、连接波导202、切趾光栅203和直通波导204。
该模式复用器201包括输入波导211、第一渐变波导212、下载波导213和第二渐变波导214。第一渐变波导212的第一端与输入波导211连接。第一渐变波导212的第二端与连接波导202连接。所述输入波导211沿第二方向Y的长度不变。所述第一渐变波导212沿第二方向Y的长度以第一渐变波导212的第一端为基准，沿第一方向X逐渐递增。其中，第一方向X为波导层102的轴向方向。例如，若在该模式复用器201中，输入波导211指向第一渐变波导212的第二端的方向为第一方向X。又如，连接波导202指向直通波导204的方向为第一方向X。该第二方向Y与第一方向X垂直。该输入波导211为单模波导。所述第一渐变波导212沿第二方向Y的长度逐渐递增以成为多模波导。例如，该输入波导211支持横电模基模(transverse electric mode 0，TE0)的传输。该第一渐变波导212至少支持TE0和横电模一阶模(transverse electric mode 1，TE1)的传输。
第二渐变波导214的第一端与下载波导213连接。该下载波导213呈弯曲结构。沿第二方向Y，所述输入波导211和所述下载波导213之间的间距沿所述第一方向X逐渐递减。该下载波导213用于沿第一方向X，将输入波导211和下载波导213从距离较远的弱耦合状态逐渐变化到距离较近的强耦合状态。所述第二渐变波导214沿第二方向Y的长度，沿第一方向X逐渐递减。该下载波导213为单模波导。该第二渐变波导214的第二端为无导模状态。
该连接波导202与该第一渐变波导212的第二端连接。该连接波导202以第一渐变波导212的第二端沿第二方向Y的长度为基准沿第一方向X延伸。在第一渐变波导212的第二端为多模波导的情况下，该连接波导202也为多模波导。例如，若第一渐变波导212支持TE0和TE1的传输，那么，该连接波导也支持TE0和TE1的传输。本实施例对连接波导202沿第一方向X的长度不做限定。本实施例对连接波导202的结构的说明为示例，不做限定，只要该连接波导202至少支持TE0和TE1的传输，且能保证绝热耦合即可。其中，绝热耦合是指连接波导202所传输的光信号模式在连接波导202内部不发生变化。本实施例中，连接波导202沿第二方向Y的长度大于直通波导204沿第二方向Y的长度。本实施例以直通波导204为单模波导为例。此示例中，连接波导202所支持的模式数量大于直通波导204所支持的模式数量。例如，连接波导202支持TE0和TE1的传输。该直通波导204支持TE0的传输。
图3为图1所示的波导光栅滤波器所包括的切趾光栅的第一种结构示例图。切趾光栅203包括依次连接在连接波导202和直通波导204之间的第一光栅区域301和第二光栅区域302。以连接波导202的两侧边为基准，所述第一光栅区域的两侧边分别内凹形成多个光栅沟槽(groove)311。第一光栅区域301中，任意位置相邻的两个光栅沟槽311之间形成光栅齿。为区分第一光栅区域301所形成的光栅齿和第二光栅区域302所形成的光栅齿，本实施例所示的第一光栅区域301所形成的光栅齿可称之为内部光栅齿312或第二光栅齿312。第二光栅区域302所形成的光栅齿可称之为外部光栅齿321或第一光栅齿321。该第一光栅区域301的两侧分别排列多个内部光栅齿312。因第一光栅区域301两侧的光栅沟槽311以连接波导202的两侧边为基准内凹以形成，则位于第一光栅区域301同一侧(如上侧)的多个内部光栅齿312顶端分别对齐且位于同一直线300上。连接波导202的上侧边也位于该直线300上。位于第一光栅区域301同一侧的多个光栅沟槽311的长度沿第一方向X依次递增。其中，光栅沟槽311的长度是指，该光栅沟槽311沿第二方向Y所具有的长度。例如，第一光栅区域301所包括的最靠近第二光栅区域302的一个光栅沟槽所具有的长度为图3所示的L1。
以所述直通波导204的两侧边为基准，所述第二光栅区域302的两侧边分别外凸形成多个外部光栅齿。位于第二光栅区域302同一侧的多个外部光栅齿321的长度沿第一方向X依次递减。其中，外部光栅齿321的长度是指，该外部光栅齿321沿第二方向Y所具有的长度。例如，第二光栅区域302所包括的最靠近第一光栅区域301的一个外部光栅齿321所具有的长度为图3所示的L2。
第一光栅区域301包括位于中间位置的第一光栅本体313。该第一光栅本体313的两侧形成多个内部光栅齿312。该第一光栅本体313沿第二方向Y的长度，沿第一方向X依次递减。可以理解，该第一光栅本体313靠近连接波导202的长度大于该第一光栅本体313靠近第二光栅区域302的长度。而第二光栅区域302包括位于中间位置的第二光栅本体322。该第二光栅本体322的两侧形成多个外部光栅齿321。该第二光栅本体322沿第二方向Y的长度可维持不变。本实施例以沿第二方向Y，第二光栅本体322的长度等于直通波导204的长度为例。
该第二光栅本体322具有对称轴330。第二光栅本体322沿第二方向Y的长度不变。该第二光栅本体以对称轴330呈轴对称结构。该切趾光栅203以对称轴330呈非对称结构。以下对本实施例提供的波导层102的滤波过程进行说明。
模式复用器201的第一端口接收多路光信号。该第一端口可为模式复用器201的输入波导所具有的，用于接收该多路光信号的端口。该多路光信号中每路光信号均具有TE0。多路光信号依次经由输入波导211和第一渐变波导212传输至连接波导202。因第一渐变波导212的长度，沿第一方向X逐渐递增，使得具有TE0模式的光信号经由第一渐变波导212直通至连接波导202。连接波导202将该第一光信号传输至切趾光栅203。
该多路光信号包括波长位于第一波段的多路下载光信号。在切趾光栅203中，位于第一波段内的下载光信号满足相位匹配条件。满足相位匹配条件的下载光信号以TE1反射传输至连接波导202。连接波导202接收到来自切趾光栅203的下载光信号，且连接波导202所接收到的下载光信号具有TE1。其中相位匹配条件为(n0+n1)＝λ/Λ。n0为TE0的有效折射率。n1为TE1的有效折射率。λ为下载光信号的波长。Λ为切趾光栅203的光栅周期。光栅周期为沿第一方向X，切趾光栅203所包括的任一光栅齿的长度和与该光栅齿相邻的光栅沟槽的长度的和。
反射至连接波导202的具有TE1的下载光信号传输至第一渐变波导212。该第一渐变波导212中的TE1和第二渐变波导214中的TE0满足相位匹配条件，以使该下载光信号以TE0耦合至第二渐变波导214。具有TE0的下载光信号依次经由第二渐变波导214以及下载波导213传输至第二端口。本示例所示的第二端口为下载波导213所具有的用于输出下载光信号的端口。
模式复用器201的第一端口所接收到的多路光信号还包括波长位于第二波段的多路直通光信号。所述第一波段不同于所述第二波段。位于第二波段内的直通光信号不满足相位匹配条件。不满足该相位匹配条件的直通光信号沿切趾光栅203直通传输至直通波导204。而且经由直通波导204输出的直通光信号具有TE0。本实施例中，直通波导204沿第二方向Y的长度小于连接波导202沿第二方向Y的长度。那么，该直通波导204能够增加高阶模式的损耗。有效地保证了直通波导204仅输出具有TE0的直通光信号。保证了直通波导204所输出的直通光信号的模式的纯净。本实施例对输入至第一端口的光信号所具有的模式以及切趾光栅203向连接波导202所反射的光信号的模式的说明为示例，不做限定。
本实施例所示的切趾光栅203能够在多路光信号中，滤波出波长位于第一波段的多路下载光信号。该多路下载光信号为切趾光栅203在多路光信号进行滤波以输出的滤波后的光信号。而且基于切趾光栅203的结构，能够实现对多路下载光信号的旁瓣抑制。
以下结合波导光栅滤波器的光谱图像说明波导光栅滤波器实现滤波以及旁瓣抑制的过程。具体的，该波导光栅滤波器所包括的波导层102由SiN制成。该波导光栅滤波器所包括的衬底和包层由SiO2制成。连接波导202沿第二方向Y的长度为1.6微米(um)。直通波导204沿第二方向Y的长度为0.8um。第一波段为1280nm至1340nm。
图4为图3所示的切趾光栅的光谱图像的示例图。图4所示的光谱图像为下载波导所输出的下载光信号以及直通波导所输出的直通光信号的光谱图像。光谱图像的横坐标为波长，单位为纳米(nm)。纵坐标为归一化光功率，单位为分贝(dB)。具体的，该下载波导所输出的多路下载光信号对应图4所示的波形401(即图4的实线所示)。直通波导输出的多路直通光信号对应波形402(即图4的虚线所示)。
波形401具有平坦区403。该平坦区403包括波形401的多个波峰。位于平坦区403两侧的波形对应的光功率均小于平坦区403对应的光功率。下载波导对应的波形401体现了切趾光栅203对位于第一波段内的多路下载光信号旁瓣抑制的功能。具体的，第一光栅区域301用于实现光谱图像中位于平坦区403左侧的旁瓣抑制。第二光栅区域302用于实现光谱图像中位于平坦区403右侧的旁瓣抑制。
因位于第二波段范围内的多路直通光信号在切趾光栅203中不满足相位匹配条件，导致多个直通光信号能够经由切趾光栅无损的从直通波导输出。其中，无损输出是指第一光功率和第二光功率之间的差值小于或等于阈值。其中，第一光功率为从输入波导输入的直通光信号的光功率。第二光功率为直通光信号从直通波导输出的光功率。在第一光功率和第二光功率相等的情况下，波形402中与第二波段对应曲线呈直线型结构。因波形402中与第二波段对应曲线呈直线型结构，那么该波导光栅滤波器能够降低从直通波导输出的直通光信号的光功率的损失。上述以用于接收多路光信号的第一端口为输入波导所具有的端口，输出滤波后的下载光信号的第二端口为下载波导所具有的端口为例。在其他示例中，用于接收多路光信号的第一端口也可为下载波导所具有的端口。切趾光栅对来自下载波导的多路光信号进行滤波以第二端口输出滤波后的下载光信号。该第二端口为输出波导所具有的端口。本示例所示的切趾光栅的滤波说明，请参见上述所示，具体不做赘述。
切趾光栅的两侧可能有多种非对称式的结构，下面结合图5a至图5c来具体说明。
本实施例所示的第一目标光栅齿和第二目标光栅齿，以所述连接波导沿所述第一方向X的对称轴500相对折叠后，所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿之间具有间距。具体说明参见图5a所示，其中，图5a为本申请实施例提供的第一种切趾光栅的正投影结构示例图。该切趾光栅的正投影为切趾光栅在多路投影线照射下于投影面上的成像。多路投影线垂直于该投影面。该切趾光栅的正投影包括第一正投影501和第二正投影502。其中，第一正投影为第一目标光栅齿的正投影。第二正投影502为第二目标光栅齿的正投影。第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿位于切趾光栅的两侧。所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿沿第一方向X位置相邻。第一目标光栅齿为切趾光栅的第一侧所包括的任一光栅齿。而第二目标光栅齿为切趾光栅第二侧所包括的多个光栅齿中，位置最靠近第一目标光栅齿的光栅齿。图5a所示以第一目标光栅齿和第二目标光栅齿均为第一光栅区域所包括的光栅齿为例，不做限定。例如，该第一目标光栅齿和第二目标光栅齿也可均为第二光栅区域所包括的光栅齿。又如，第一目标光栅齿和第二目标光栅齿中，一个为第一光栅区域所包括的光栅齿，而另一个是第二光栅区域所包括的光栅齿。
图5a所示的第一正投影501与第二正投影502的第一延伸区域503之间具有间距。该第一延伸区域503的形成方式为，沿所述第二正投影502的轴向，所述第二正投影502向所述第一正投影501的方向延伸而成。
本实施例所示的所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿，以所述连接波导沿所述第一方向X的对称轴500相对折叠后，所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿部分重合。具体说明参见图5b所示，其中，图5b为图3所示的切趾光栅的正投影结构示例图。该切趾光栅的正投影包括第三正投影511和第四正投影512。其中，第三正投影511为第一目标光栅齿的正投影。第四正投影512为第二目标光栅齿的正投影。沿所述第四正投影512的轴向，所述第四正投影512向所述第三正投影511的方向延伸而成第二延伸区域513。对第一目标光栅齿和第二目标光栅齿的说明，请参见图5a所示，具体不做赘述。
图5b所示的第三正投影511和第四正投影512的第二延伸区域513部分重合。第三正投影511和第二延伸区域513部分重合是指，所述第三正投影511的第一侧壁与所述第二延伸区域513的第二侧壁位置重合。该第一侧壁为第三正投影511面向所述第二延伸区域513的侧壁。第二侧壁为第二延伸区域513面向所述第三正投影511的侧壁。其中，第一侧壁和第二侧壁彼此面对。
本实施例所示的所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿部分重合。具体说明参见图5c所示，其中，图5c为本申请实施例提供的第二种切趾光栅的正投影结构示例图。本示例中，第三正投影511和第二延伸区域513部分重合是指，第三正投影511的覆盖范围和第二延伸区域513的覆盖范围部分重合。
本实施例所示的切趾光栅的结构的不同，会改变波导光栅滤波器输出的滤波后的光信号的光谱图像。
示例1，参见图6所示。图6为本申请实施例提供的第二种切趾光栅的结构示例图。本实施例所示的切趾光栅包括第一光栅区域601和第二光栅区域602。对第一光栅区域601和第二光栅区域602的具体说明，可参见图3对应的实施例，具体不做赘述。
本实施例所示的切趾光栅还可以包括第三光栅区域603。第三光栅区域603用于连接第一光栅区域601和第二光栅区域602。第三光栅区域603的两侧边分别外凸以形成多个中间光栅齿604。本实施例所示的中间光栅齿604还可称为第三光栅齿。多个中间光栅齿沿第二方向Y均具有相同的长度。具体的，以直通波导204两侧边为基准，第三光栅区域603的两侧边分别外凸以形成多个中间光栅齿604。该第三光栅区域602的两侧呈非对称式结构，具体说明请参见图5a至图5c任一实施例所示的第一光栅区域的两侧呈非对称式结构的说明，具体不做赘述。其中，位于所述波导光栅滤波器同侧边(如上侧)的所述连接波导202的侧边，内部光栅齿的侧边以及中间光栅齿604的侧边对齐且位于同一直线300上。该直线300的说明，也可参见图3对应的实施例，具体不做赘述。本实施例所示的第三光栅区域能够降低从下端端口输出的滤波后的光信号的光功率的损失。
本实施例所示的第三光栅区域603的光栅周期的占比为切趾光栅的第三光栅区域603所包括的光栅周期的数量占切趾光栅所包括的光栅周期的总数量的百分比。其中，切趾光栅所包括的光栅周期的总数量为该切趾光栅所包括的第一光栅区域601具有的光栅周期的数量，第二光栅区域602具有的光栅周期的数量以及第三光栅区域603具有的光栅周期的数量的和。对光栅周期的说明，请参见图3对应的实施例，具体不做赘述。本实施例所示的该第三光栅区域603的光栅周期的占比与第一曲线的斜率呈负相关关系。该光谱图像中，该第一曲线对应的任一光功率小于光谱图像的平坦区对应的任一光功率。具体的，该第一曲线在光谱图像中位于光谱图像平坦区的一侧。例如，该第一曲线在光谱图像中位于光谱图像平坦区的左侧。又如，该第一曲线在光谱图像中位于光谱图像平坦区的右侧。对该光谱图像的说明，请参见图4对应的实施例，具体不做赘述。
图7为图6所示的切趾光栅的光谱图像的示例图。图7所示包括两个不同的光谱图像，即实线所示的光谱图像701以及虚线所示的光谱图像702。光谱图像701对应第一切趾光栅。光谱图像702对应第二切趾光栅。该第一切趾光栅不同于该第二切趾光栅。具体的，第一切趾光栅所包括的光栅周期的总数量和第二切趾光栅所包括的光栅周期的总数量相同。而第一切趾光栅的第三光栅区域所包括的光栅周期的数量不同于第二切趾光栅的第三光栅区域所包括的光栅周期的数量。第一切趾光栅的第三光栅区域对应第一占比。第二切趾光栅的第三光栅区域对应第二占比。其中，第一占比为第一切趾光栅的第三光栅区域所包括的光栅周期的数量占所述第一切趾光栅所包括的光栅周期的总数量的百分比。第二占比为第二切趾光栅的第三光栅区域所包括的光栅周期的数量占所述第二切趾光栅所包括的光栅周期的总数量的百分比。
第三光栅区域的光栅周期的占比与第一曲线的斜率呈负相关关系。本实施例所示的第一目标占空比小于第二目标占空比。不论第一曲线在光谱图像701和光谱图像702中，均位于光谱图像平坦区的左侧还是右侧，光谱图像701的第一曲线的斜率大于光谱图像702的第一曲线的斜率。
本实施例中，光谱图像中的光谱图像平坦区对应目标波段。所述目标波段的波段范围的大小与第三光栅区域的光栅周期的占比呈负相关关系。继续参见图7所示的示例，光谱图像701中的光谱图像平坦区对应的目标波段具有波段范围711。光谱图像702中的光谱图像平坦区对应的目标波段具有波段范围712。在第一目标占空比小于第二目标占空比的情况下，波段范围711大于波段范围712。
示例2，切趾光栅所包括的第一光栅区域具有第一数量的第一光栅周期。切趾光栅所包括的第二光栅区域具有第二数量的第二光栅周期。第一数量和所述第二数量的比值与第二曲线的斜率呈负相关关系。其中，该光谱图像中，该第二曲线对应的任一光功率小于光谱图像的平坦区对应的任一光功率。具体的，该第二曲线在光谱图像中位于光谱图像平坦区的一侧。对该第二曲线的说明，请参见示例1所示的第一曲线的说明，具体不做赘述。
继续参见图7所示的示例。该示例中，图7包括实线所示的光谱图像701以及虚线所示的光谱图像702。具体的，光谱图像701对应的切趾光栅的第一目标比值小于光谱图像702对应的切趾光栅的第二目标比值。其中，第一目标比值为光谱图像701对应的切趾光栅中，第一光栅区域所包括的第一光栅周期的数量和第二光栅区域所包括的第二光栅周期的数量。而第二目标比值为光谱图像702对应的切趾光栅中，第一光栅区域所包括的第一光栅周期的数量和第二光栅区域所包括的第二光栅周期的数量。本示例所示的第一目标比值小于第二目标比值。因目标比值的取值与第二曲线的斜率呈负相关关系，可以理解，光谱图像701的第二曲线的斜率大于光谱图像702的第二曲线的斜率。
光谱图像701对应的切趾光栅的第三目标比值小于光谱图像702对应的切趾光栅的第四目标比值。其中，第三目标比值为光谱图像701对应的切趾光栅中，第二光栅区域所包括的第二光栅周期的数量和第一光栅区域所包括的第一光栅周期的数量。而第四目标比值为光谱图像702对应的切趾光栅中，第二光栅区域所包括的第二光栅周期的数量和第一光栅区域所包括的第一光栅周期的数量。本示例所示的第三目标比值小于第二目标比值。因目标比值的取值与第二曲线的斜率呈负相关关系，可以理解，光谱图像701的第二曲线的斜率大于光谱图像702的第二曲线的斜率。
示例3，本实施例对目标光栅齿的占空比不做限定。该目标光栅齿的占空比是指切趾光栅中，目标光栅齿沿第一方向X的长度在一个光栅周期中所占的比例。该目标光栅齿可为内部光栅齿或外部光栅齿。例如图5b所示的每个目标光栅齿的占空比为50％。又如，图5a所示的每个目标光栅齿的占空比为25％。又如，图5c所示的每个目标光栅齿的占空比为75％。本示例中，该目标光栅齿的占空比在50％时，滤波后的光信号的光谱图像中的目标波段的波段范围最大。其中，该目标波段为该光谱图像中的光谱图像平坦区对应的波段。对光谱图像平坦区的具体说明，请参见图6对应的实施例的说明，具体不做赘述。
本示例还可通过调节目标光栅齿的占空比的方式，调节位于平坦区两侧曲线的斜率。例如，所述目标光栅齿的占空比与第三曲线的斜率呈负相关关系。又如，所述目标光栅齿的占空比与所述第四曲线的斜率呈正相关关系。其中，光谱图像中，第三曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。且所述第三曲线对应的任一波长小于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。可以理解，光谱图像中，第三曲线位于光谱图像平坦区的左侧。光谱图像中，所述第四曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。且所述第四曲线对应的任一波长大于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。可以理解，光谱图像中，第四曲线位于光谱图像平坦区的右侧。
通过上述示例能够调节光谱图像中位于平坦区两侧曲线的斜率。若波导光栅滤波器用于对多个波段进行合波或分波，通过改变位于光谱图像平坦区两侧的曲线的斜率的方式，能够降低不同波段之间的串扰。有效地提高了波导光栅滤波器的旁瓣抑制的效果。
本申请实施例还提供了一种波分复用器(wavelength division multiplexing，WDM)。本实施例所示的WDM应用至光通信网络。本实施例以该光通信网络为无源光网络(passive optical network，PON)为例。如图8所示，其中，图8为本申请实施例提供的第一种光通信系统的结构示例图。该光通信系统包括光线路终端(optical line terminal，OLT)831以及OLT832。OLT831和OLT832均连接WDM821，WDM821连接光分配网络(opticaldistribution network，ODN)811。该ODN811连接多个光网络单元(optical network unit，ONU)。如图8所示，ODN811与ONU801-ONU804这四个ODU连接。需要说明的是，以OLT831为例，光信号从OLT831传输至ONU801的传输方向称为下行方向。光信号从ONU801传输至OLT831的方向称为上行方向。本实施例对光通信系统所包括的OLT以及ONU的数量的说明为可选的说明，不做限定。
本实施例所示的WDM实现光信号的合波和/或分波功能。以下结合图9所示对应用至图8所示的光通信系统的WDM的结构进行说明。其中，图9为本申请实施例提供的应用至图8的WDM的一种结构示例图。
本实施例所示的WDM900包括四个波导光栅滤波器。对每个波导光栅滤波器的结构的说明，请参见图1至图7所示的实施例所示，具体不做赘述。具体的，该WDM900包括依次连接的波导光栅滤波器901，波导光栅滤波器902，波导光栅滤波器903以及波导光栅滤波器904。其中，波导光栅滤波器901的直通波导与波导光栅滤波器902的输入波导连接。波导光栅滤波器902的直通波导与波导光栅滤波器903的输入波导连接。波导光栅滤波器903的直通波导与波导光栅滤波器904的输入波导连接。本实施例所示的两个相邻的波导光栅滤波器可通过直波导，楔形波导或弯曲波导连接。
例如，WDM821用于实现分波功能。具体的，ODN接收来自ONU801的多路第一上行光信号和来自ONU802的多路第二上行光信号。其中，第一上行光信号为波长位于第一波段(例如：1290nm至1330nm)内的光信号。该第二上行光信号为波长位于第二波段(例如：1260nm至1280nm)内的光信号。ODN811将多路第一上行光信号和多路第二上行光信号合波成一路第三上行光信号。WDM821用于从接收到的第三上行光信号中分波出多路第一上行光信号发送给OLT831。WDM821还用于在第三上行光信号中分波出多路第二上行光信号发送给OLT832。具体的，波导光栅滤波器901接收该第三上行光信号。波导光栅滤波器901的切趾光栅向波导光栅滤波器901的下载波导911反射多路第一上行光信号。下载波导911与OLT831连接。那么，下载波导911能够向OLT831发送多路第一上行光信号。该多路第一上行光信号的光谱图像参见图10a所示。图10a为图9所示的波分复用器的第一种光谱图像的示例图。如图10a所示，波导光栅滤波器901能够在第三上行光信号中滤波出位于第一波段内的多路第一上行光信号。且实现多路第一上行光信号的旁瓣抑制。而且第二波段对应的曲线在光谱图像1001中对应相同或相近的光功率。位于第二波段内的多路第二上行光信号经由波导光栅滤波器901能够光功率几乎无损的直通至波导光栅滤波器902。波导光栅滤波器902的输入波导接收到来自波导光栅滤波器901的多路直通光信号后，能够滤波出多路直通光信号。该波导光栅滤波器902的下载波导与OLT832连接。波导光栅滤波器902的下载波导向OLT832发送多路第二上行光信号。波导光栅滤波器902的滤波过程的说明，请参见波导光栅滤波器901的说明，具体不做赘述。
又如，该WDM821还能够实现分波功能。具体的，WDM821接收来自OLT831的多路第一下行光信号以及接收来自OLT832的多路第二下行光信号。其中，多路第一下行光信号为波长位于第三波段内的光信号。该第三波段为1480nm至1450nm。多路第二下行光信号为波长位于第四波段内的光信号。该第四波段为1574.5nm至1579.5nm。
本示例所示的波导光栅滤波器903的下载波导912与OLT831连接。下载波导912接收来自OLT831的多路第一下行光信号。波导光栅滤波器903的切趾光栅向输入波导914反射滤波后的多路第一下行光信号。输入波导914输出的多路第一下行光信号的光功率几乎无损的经由波导光栅滤波器902和波导光栅滤波器901，直通至波导光栅滤波器901的输入波导915。同样的，波导光栅滤波器904的下载波导913与OLT832连接。下载波导913接收来自OLT832的多路第二下行光信号。波导光栅滤波器904的切趾光栅向输入波导916反射滤波后的多路第二下行光信号。输入波导916输出的多路第二下行光信号的光功率几乎无损的经由波导光栅滤波器903以及波导光栅滤波器902，直通至波导光栅滤波器901的输入波导915。
输入波导915所输出的下行光信号实现了对滤波后的多路第一下行光信号和滤波后的多路第二下行光信号的合波。具体的，该输入波导的光谱图像参见图10b所示。其中，图10b为图9所示的波分复用器的第二种光谱图像的示例图。由图10b所示的光谱图像1002所示，波导光栅滤波器901的输入波导915能够实现对多路第一下行光信号和滤波后的多路第二下行光信号的合波。而且输入波导915输出的多路第一下行光信号和多路第二下行光信号均能够实现旁瓣抑制。该输入波导915与ODN811连接。该ODN811用于将多路第一下行光信号发送至ONU803。该ODN811还用于将多路第二下行光信号发送至ONU804。
本实施例所示的光通信系统还可为工业光网络，数据中心网络，波分复用网络，或光传送网(optical transport network，OTN)等，具体不做限定。
图11为本申请实施例提供的第一种光通信设备的结构示例图。该光通信设备1100包括依次连接的处理器1101，光电处理模块1102以及波分复用器1103。
处理器1101的功能可以部分或全部通过硬件实现。处理器1101可以是一个或多个芯片，或一个或多个集成电路。例如，处理器1101可以是一个或多个现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)，专用集成芯片(application specificintegrated circuit，ASIC)，系统芯片(system on chip，SoC)，中央处理器(centralprocessor unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)，数字信号处理电路(digitalsignal processor，DSP)，微控制器(micro controller unit，MCU)，可编程控制器(programmable logic device，PLD)或其它集成芯片，或者上述芯片或者处理器的任意组合等。
若光通信设备1100接收来自另一光通信设备的第一光信号时，该光通信设备1100所包括的所述波分复用器1103用于对该第一光信号进行滤波以获取第一滤波后的光信号。该波分复用器1103向所述光电处理模块1102发送第一滤波后的光信号。所述光电处理模块1102用于对所述第一滤波后的光信号进行光电转换以获取第一电信号。本示例所示的光电处理模块1102可为光电探测器。本示例对光电处理模块1102的器件类型不做限定，只要该光电处理模块1102能够实现光电转换功能即可。所述光电处理模块1102用于向所述处理器发送所述第一电信号。
若光通信设备1100需要向另一光通信设备发送光信号时，光通信设备1100所包括的处理器1101用于向所述光电处理模块1102发送第二电信号。光电处理模块1102用于对所述第二电信号进行电光转换以获取待滤波的光信号。本示例所示的光电处理模块1102可为调制器。本示例对光电处理模块1102的器件类型不做限定，只要光电处理模块1102能够实现电光转换功能即可。光电处理模块1102用于向波分复用器1103发送所述待滤波的光信号。波分复用器1103用于对所述待滤波的光信号进行滤波以输出第二滤波后的光信号。
图12为本申请实施例提供的第二种光通信系统的结构示例图。光通信设备1200包括光放大器1201和波导光栅滤波器1202。光栅滤波器1202的结构可参见上述实施例所示，具体不做赘述。光放大器1201用于对接收的光信号的光功率进行放大。光放大器1201向波导光栅滤波器1202发送光功率放大后的光信号。所述波导光栅滤波器1202用于对所述光功率放大后的光信号进行滤波。本实施例所示的波导光栅滤波器1202对光功率放大后的光信号进行滤波，能够抑制噪声，从而提升光信号的信噪比。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (14)
1.一种波导光栅滤波器，其特征在于，包括依次连接的模式复用器、连接波导、切趾光栅和直通波导，其中：
所述模式复用器用于从所述模式复用器的第一端口接收光信号，并用于经由所述连接波导向所述切趾光栅传输所述光信号；
所述切趾光栅用于对所述光信号进行滤波以获取滤波后的光信号，所述切趾光栅用于向所述模式复用器的第二端口传输所述滤波后的光信号；
所述切趾光栅包括依次连接在所述连接波导和所述直通波导之间的第一光栅区域和第二光栅区域；以所述连接波导的两侧边为基准，所述第一光栅区域的两侧边分别内凹形成多个光栅沟槽，所述多个所述光栅沟槽的长度沿第一方向依次递增，所述连接波导指向所述直通波导的方向为所述第一方向；
以所述直通波导的两侧边为基准，所述第二光栅区域的两侧边分别外凸形成多个第一光栅齿，所述多个第一光栅齿的长度沿所述第一方向依次递减；其中，所述连接波导沿垂直于所述第一方向的长度大于所述直通波导沿垂直于所述第一方向的长度，所述光栅沟槽的长度和所述第一光栅齿的长度均为垂直于所述第一方向的长度；
所述切趾光栅的两侧边均呈非对称式结构。
2.根据权利要求1所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述切趾光栅具有第一目标光栅齿和第二目标光栅齿，所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿位于所述切趾光栅的两侧，且所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿位置相邻，所述第一目标光栅齿为第二光栅齿或所述第一光栅齿，所述多个光栅沟槽中，任意位置相邻的两个所述光栅沟槽之间形成所述第二光栅齿；
所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿，以所述连接波导沿所述第一方向的对称轴相对折叠后，所述第一目标光栅齿和所述第二光栅齿之间具有间距，或，所述第一目标光栅齿和所述第二目标光栅齿部分重合。
3.根据权利要求1或2所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述切趾光栅还包括第三光栅区域，所述第三光栅区域用于连接所述第一光栅区域和所述第二光栅区域，以所述直通波导的两侧边为基准，所述第三光栅区域的两侧边分别外凸以形成多个第三光栅齿。
4.根据权利要求3所述的波导光栅滤波器，其特征在于，位于所述波导光栅滤波器同侧边的所述连接波导的侧边以及所述第三光栅齿的侧边对齐。
5.根据权利要求3或4所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述第三光栅区域的光栅周期的占比与第一曲线的斜率呈负相关关系，所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第一曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率，所述第三光栅区域的光栅周期的占比为所述第三光栅区域所包括的光栅周期的数量占所述切趾光栅所包括的光栅周期的总数量的百分比。
6.根据权利要求5所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述光谱图像的平坦区对应目标波段，所述目标波段的波段范围的大小与所述第三光栅区域的光栅周期的占比呈负相关关系。
7.根据权利要求1至6任一项所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述第一光栅区域具有第一数量的第一光栅周期，所述第二光栅区域具有第二数量的第二光栅周期，所述第一数量和所述第二数量的比值与第二曲线的斜率呈负相关关系，所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第二曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率。
8.根据权利要求1至7任一项所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述第一光栅齿的占空比与第三曲线的斜率呈负相关关系，所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第三曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率，且所述第三曲线对应的任一波长小于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。
9.根据权利要求1至8任一项所述的波导光栅滤波器，其特征在于，所述第一光栅齿的占空比与第四曲线的斜率呈正相关关系，所述滤波后的光信号的光谱图像中，所述第四曲线对应的任一光功率小于所述光谱图像的平坦区对应的任一光功率，且所述第四曲线对应的任一波长大于所述光谱图像的平坦区对应的任一波长。
10.一种波分复用器，其特征在于，所述波分复用器包括多个依次连接的如权利要求1至9任一项所述的波导光栅滤波器；
所述多个波导光栅滤波器中包括依次连接的第一波导光栅滤波器和第二波导光栅滤波器，所述第一波导光栅滤波器的直通波导与所述第二波导光栅滤波器的模式复用器连接。
11.根据权利要求10所述的波分复用器，其特征在于，所述第一波导光栅滤波器的模式复用器具有输入波导和下载波导，所述第二波导光栅滤波器的模式复用器具有输入波导和下载波导，所述第一波导光栅滤波器的直通波导与所述第二波导光栅滤波器的输入波导连接，所述第一波导光栅滤波器用于对来自所述第一波导光栅滤波器的输入波导的光信号进行分波，或，所述第一波导光栅滤波器用于对来自所述第二波导光栅滤波器的下载波导的光信号进行合波。
12.一种光通信系统，其特征在于，包括光发送设备、接收设备和如权利要求10或11所述的波分复用器，所述发送设备通过所述波分复用器连接所述接收设备。
13.一种光通信系统，其特征在于，包括光放大器，以及与所述光放大器连接的如权利要求1至9任一项所述波导光栅滤波器，所述光放大器用于向所述波导光栅滤波器发送光功率放大后的光信号，所述波导光栅滤波器用于对所述光功率放大后的光信号进行滤波。
14.一种光通信设备，其特征在于，所述光通信设备包括依次连接的如权利要求10或11所述波分复用器、光电处理模块以及处理器，其中：
所述波分复用器用于向所述光电处理模块发送第一滤波后的光信号，所述光电处理模块用于对所述第一滤波后的光信号进行光电转换以获取第一电信号，所述光电处理模块用于向所述处理器发送所述第一电信号；
或，所述处理器用于向所述光电处理模块发送第二电信号，所述光电处理模块用于对所述第二电信号进行电光转换以获取待滤波的光信号，所述光电处理模块用于向所述波分复用器发送所述待滤波的光信号，所述波分复用器用于对所述待滤波的光信号进行滤波以输出第二滤波后的光信号。
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