CN1297536A - 双向光波长多路复用器/分离器 - Google Patents

Abstract

双向光波长多路复用器/分离器用于同时实现光的多路复用和分离,特点是一个光波导阵列包括一个中央波导,此波导设在所述阵列与平面波导区之间的界面上、在来自光波导阵列光栅并入射于所述平面波导区的光被聚焦的位置处,而且,被多路复用的光波通过该中央波导进入或输出。除各光波导外,被多路复用的光所进入或输出的中央波导设在这样的位置,使从各光波导输出的光谱不受影响,从而能够同时沿从一个光波导阵列到其它光波导阵列的方向以及沿相反方向分离和多路复用光波。

Description

双向光波长多路复用器/分离器

本发明涉及双向光波长多路复用器和分离器，以及多路复用及分隔光的双向光波长多路复用器和分离器。

采用阵列波导光栅(下称AWG)的普通双向光波长多路复用器/分离器主要应用玛赫-陈德尔干涉仪原理，利用位相差复用和分离光。

图1是普通光波长多路复用器/分离器的结构示意图。参照图1，普通光波长多路复用器/分离器包括N个与光纤相连的第一阵列波导100，用以接收不同波长的光；第一平面波导区(自由空间区、板形波导或星形联接器)102，用于分配所接收的光；AWG104使第一平面波导区102的光有不同的位相差；第二平面波导区106，其中具有不同位相差的光从互相联系的AWG104输出，并按波长送到相对侧的不同位置；以及M个第二阵列波导108，用于按照波长输出分光。

可按光栅方程说明这种光波长多路复用器/分离器，所述方程描述AWG的色散特性，所述AWG的作用就像一个关于入射光的衍射光栅。

按照所述光栅方程，对第一平面波导区102、AWG 104及第二平面波导区106中所产生的位相改变求和，这一位相变化的总和满足以下条件，其中在第二平面波导区106与第二阵列波导108之间的界面处发生干涉。所述光栅方程关于经输入波导接收的光表示为下述方程1：n_sdsinθ+n_cΔL=mλ    (1)

其中n_s表示平面波导区的有效折射率，n_c表示AWG的有效折射率，d表示AWG的节距，m表示衍射的级，ΔL表示相邻AWG之间的长度差，而λ表示入射光波长。

中央工作频率是θ为0时的波长，并由方程2表示：n_cΔL=mλ₀    (2)

从方程1可以得到描述角色散变化的方程3，即光关于波长改变的衍射角变化： $\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{d\λ}}=\frac{m}{n_{s}d}-------\left(3\right)$

也就是说，按照方程3，不同波长的光束按光波长多路复用器/分离器的第二平面波导区的不同角度射入。因此，把输入波导连在与第二平面波导区内所用波长的光的衍射角相应的位置，从而实现光波长关于波长的分离。

采用AWG结构的普通光波长多路复用器/分离器其结构是左右两端互相对称，以致可实现同样的功能而与器件的连接方向无关。另外，在具有对称结构的普通光波长多路复用器/分离器中，输入波导与输出波导的结构不同，使得阵列波导根据所述连接方向可起输入波导的作用或者输出波导的作用。

这种光波长多路复用器/分离器在一个时刻只能沿一个方向工作，以致由于第一和第二平面波导之间的间隔不同，有一种方法使光波长多路复用器/分离器根据器件的连接情况而以不同的通道间隔工作。不过，这种方法仍与根据器件的连接方向阵列波导起输入或输出波导作用的普通方法相同。

另外，当把这种光波长多路复用器/分离器用于实际系统时，通常只沿一个方向安装使用。因此，对于设计满足给定要求的最佳装置而言，制造能够沿两个方向以同样工作特性工作的光波长多路复用器/分离器并非必要条件。

本发明的目的在于提供一种双向光波长多路复用器和分离器，它通过把中央波导连接到每个平面波导区与一个阵列波导之间的界面处而能同时多路复用和分离光。

为实现上述目的，本发明提供一种光波长多路复用器和分离器，它包括具有多个光波导的光波导阵列、一个与所述光波导阵列相连的平面波导区，以及一个与所述平面波导区相连的阵列波导光栅，其中所述光波导阵列还包括中央波导，它形成于所述光波导阵列与平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置，并且通过该中央波导接收或输出由多种波长多路复用的光。

图1是普通光波长多路复用器和分离器的结构示意图；

图2是本发明双向光波长多路复用器和分离器的结构示意图；

图3表示图2中的中央波导；

图4表示利用图2的双向光波长多路分离器；

图5表示利用图2的双向光波长多路复用器；

图6表示利用图2的双向光波长多路复用器和分离器。

参照图2，本发明的光波长多路复用器和分离器包括具有第一中央波导200的第一波导阵列202、第一平面波导区204、阵列波导光栅(AWG)206、第二平面波导区208和具有第二中央波导210的第二波导阵列212。这里的第一中央波导200形成于第一波导阵列202与第一平面波导区204之间界面上的焦点(F1)处。焦点F1是来自AWG 206的光被聚焦的第一平面波导区204上的位置。第二中央波导210形成于第二平面波导区208与第二波导阵列212之间界面上的焦点(F2)处。焦点F2是来自AWG 206的光被聚焦的第二平面波导区208上的位置。

图3表示图2的中央波导与平面波导区之间的关系。其中的参考标号300为-AWG，参考标号304为一平面波导区，参考标号306为具有8个波导的光波导阵列，参考标号308是在焦点F2处形成的中央波导，而参考标号302表示AWG 300与平面波导区304间的界面。

与平面波导区相连的各光波导之间的间隔确定输出光谱各波长的间隔。必须将作为本发明特点的中央波导连接到与由多个实现一般多路复用/分离功能之光波导所传输的光波长相应的位置无关的位置。这里的中央波导被连接于平面波导区上的实际焦点。

图4说明一个实例，其中本发明的双向光波长多路复用器/分离器作为双向光波长多路分离器而工作。当把波长为λ_j0-λ_j7的光输入第一波导阵列202中的第一中央波导200，同时把波长为λ_i0-λ_i7的光输入第二波导阵列212中的第二中央波导210时，波长为λ_j0-λ_j7的光经第二波导阵列212中的其它波导被输出，并且波长为λ_i0-λ_i7的光经第一波导阵列202中的其它波导被输出。也就是说，当经在第一和第二阵列波导内所形成的中央波导接收具有几种波长的被多路复用的光时，经一个阵列波导内的中央波导接收的光由多个波长多路复用，并经与已经接收被多路复用之光的所述阵列波导相对的阵列波导内的多个波导输出。

具体地说，当由第一中央波导200接收具有几种波长的光时，第一平面波导区204分配所接收的光，同时AWG 206使来自第一平面波导区204的光束能够具有不同的位相差。第二平面波导区208引起从AWG 206输出的具有不同位相差的各光束之间干涉，并经第二波导阵列212内的不同波导输出波长不同的光束。同样，当由第二中央波导210接收具有几种波长的光时，经第一波导阵列202内的不同波导输出波长不同的光。

当本发明双向多路复用器/分离器中的中央波导只被用作输入波导时，为防止干涉或由于输出光的反射损耗，最好将一光隔离器与专用输入波导相连。

图5说明一个实例，其中本发明的双向光波长多路复用器/分离器作为双向光波长多路复用器而工作。当由第一波导阵列202的波导(除第一中央波导200外)接收的波长为λ_i0-λ_j7的光时，它们经第二中央波导210多路复用，并被输出。同样，当由第二波导阵列212的波导(除第二中央波导210外)接收波长为λ_j0-λ_j7的光时，它们经第一中央波导200多路复用，并被输出。

图6说明一个实例，其中本发明的单向光波长多路复用器/分离器作为双向光波长多路复用器而工作。当由第一波导阵列202的第一中央波导200接收具有不同波长λ_j0-λ_j7的光，并由其余波导接收不同波长λ_i0-λ_i7的光束时，由第二中央波导210多路复用并输出不同波长λ_i0-λ_i7的光，并由第二波导阵列212的波导(除第二中央波导210外)多路分离并输出具有不同波长λ_j0-λ_j7已被多路复用的光。

为了这种双向光波长多路复用器/分离器沿两个方向具有不同的通道间隔，在装配阶段，最好使一个输出波导以选择的方式与一光纤连接。在修整阶段，可将各种普通光波长多路复用器/分离器的结构或设计用为这种装置的结构和设计。

如上所述，按照本发明的光波长多路复用器/分离器，通过中央波导接收并输出多路复用的光，在多个波导的输出光谱不被改变的区域，将所述中央波导与所述多个光波导附加在一起，以便使已被多路复用的光能沿一个从一侧光波导阵列到另一侧光波导阵列的方向被多路分离，同时也能使已被多路分离的光沿与上面相反的方向被多路复用。

Claims (8)

1．一种光波长多路复用器/分离器，包括具有多个光波导的光波导阵列、一个与所述光波导阵列相连的平面波导区，以及一个与所述平面波导区相连的阵列波导光栅，其特征在于，所述光波导阵列还包括中央波导，它形成于所述光波导阵列与平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置，并且通过该中央波导接收或输出由多种波长多路复用的光。

2．如权利要求1所述的光波长多路复用器/分离器，其特征在于，为防止干涉或由于输出光的反射损耗，还使一光隔离器与所述中央波导相连。

3．如权利要求1所述的光波长多路复用器/分离器，其特征在于，还包括：

与所述阵列波导光栅相连的第二平面波导区；

与所述第二平面波导区相连的第二光波导阵列；

其特征在于，所述第二光波导阵列还包括第二中央波导，它形成于所述第二光波导阵列与第二平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述第二平面波导区的光被聚焦的位置，并且通过所述第二中央波导接收或输出由多种波长多路复用的光。

4．一种光波长多路复用器/分离器，包括第一光波导阵列、与第一光波导阵列相连的第一平面波导区、与第一平面波导区相连的阵列波导光栅、与所述阵列波导光栅相连的第二平面波导区，以及与第二平面波导区相连的第二光波导阵列，本装置的特征在于，第一光波导阵列包括：

专用输入波导，它形成于第一光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输出波导分别用于输出多束多种波长的光束；

第二光波导阵列包括：

专用输入波导，它形成于第二光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输出波导分别用于输出多束多种波长的光束；

其特征在于，由第一光波导阵列的专用输入波导接收以多种波长多路复用的第一光束，并由第二光波导阵列中的多个专用输出波导输出通过多路分离第一已被多路复用的输入光束所得到的多波长光束；以及由第二光波导阵列的专用输入波导接收以多种波长多路复用的第二光束，并由第一光波导阵列中的多个专用输出波导输出通过多路分离第二已被多路复用的输入光束所得到的多波长光束。

5．如权利要求1所述的光波长多路复用器/分离器，其特征在于，为防止干涉或由于输出光的反射损耗，还使一光隔离器与第一或第二光波导阵列中的专用输入波导相连。

6．一种光波长多路复用器/分离器，包括第一光波导阵列、与第一光波导阵列相连的第一平面波导区、与第一平面波导区相连的阵列波导光栅、与所述阵列波导光栅相连的第二平面波导区，以及与第二平面波导区相连的第二光波导阵列，本装置的特征在于，第一光波导阵列包括：

专用输出波导，它形成于第一光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输入波导分别用于接收多种波长的光束；

第二光波导阵列包括：

专用输出波导，它形成于第二光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输出波导分别用于输出多种波长的光束；

其特征在于，由第二光波导阵列中的多个专用输入波导分别接收多波长光束，并由第一光波导阵列中的专用输出波导输出通过多路复用多束多种波长的输入光束所得到的多路复用光；以及由第一光波导阵列中的多个专用输入波导分别接收多束多波长光束，并由第二光波导阵列中的专用输出波导输出通过多路复用已输入的多束多种波长的光所得到的多路复用光。

7．一种光波长多路复用器/分离器，包括第一光波导阵列、与第一光波导阵列相连的第一平面波导区、与第一平面波导区相连的阵列波导光栅、与所述阵列波导光栅相连的第二平面波导区，以及与第二平面波导区相连的第二光波导阵列，本装置的特征在于，第一光波导阵列包括：

第一中央波导，用于接收由多种波长多路复用的光，第一中央波导形成于第一光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输入波导分别用于接收多束多种波长的光束；

第二光波导阵列包括：

第二中央波导，用于输出由多个专用输入波导接收的多路复用光束所得到的多路复用光，第二中央波导形成于第二光波导阵列与所述平面波导区之间的界面上、从所述阵列波导光栅传输到所述平面波导区的光被聚焦的位置；

多个专用输出波导用于按照波长多路分离由第一光波导阵列中的第一中央波导所接收的多路复用光，并输出被多路分离的多束多种波长的光。

8．如权利要求7所述的光波长多路复用器/分离器，其特征在于，为防止干涉或由于输出光的反射损耗，还使一光隔离器与第一中央波导相连。

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