CN1559014A - 光复用/去复用器装置,光波长选择滤波器和制造滤波器的方法 - Google Patents

光复用/去复用器装置,光波长选择滤波器和制造滤波器的方法 Download PDF

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贾科莫·戈尼
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莫里兹欧·托曼
��˹��ŵ��
马珂·罗马格诺力
马泰奥·凯尔基
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Abstract

光复用/去复用器装置(4)包括：基片，所述基片表面上的多个波导(45，46，47，48)，多个波长选择滤波器(452，462，472，482)。所述多个滤波器中的每个滤波器能够透射第一预定频带波长(PB’)和反射第二预定频带波长(SB’)。所述多个滤波器中的每个滤波器包括：在所述波导预定位置上设置的多个横向切口(4521，4522，4523)。所述切口形成提供所述第一预定频带的多个透射型对偶和提供所述第二预定频带的多个反射型对偶。所述透射型对偶与所述反射型对偶互相串联。我们分别地公开波长选择滤波器和制造滤波器的方法。

Description

光复用/去复用器装置，光波长选择 滤波器和制造滤波器的方法
技术领域
本发明涉及用于波分复用光信号的光复用/去复用器装置。
背景技术
在波分复用光信号或WDM光信号中，借助于光波长域中的复用技术，需要沿包括光纤或波导的线路发送多个互相独立的光信号；发送的信号可以是数字信号或模拟信号，它们之间的区别是，每个信号有与其他信号分开的特定波长。
为了沿线路实施这种WDM传输，需要给每个不同波长的信号指定预定幅度的特定波长，在以下的描述中称之为“信道”。这些信道中的每个信道在以下的描述中用波长值标识，该波长称之为中心信道波长，这些信道在中心波长值附近有某个频谱幅度，它具体取决于信号源激光特性和对激光的调制，从而使数据元与信号相关。信道频谱幅度的典型值是200GHz或100GHz(ITU频带)。利用这个频谱幅度，一个信道与另一个信道之间的间隔是1.6nm或0.8nm。
若频谱幅度远远高于200GHz，则WDM信号称之为CWDM信号或“粗WDM”信号。
当前，在远程通信领域，利用光纤提供的已知宽带性质，光学技术主要用于长距离的光信号传输。与此相反，给多个用户分配信号(例如，模拟和/或数字电视和/或电话信号)和在电子设备(例如，LAN网中的个人计算机)之间传输数字数据的最常用技术利用电缆，例如，同轴电缆或铜线对制成的电缆。
然而，电缆有相对窄的频带，它们成为传输信号频带的瓶颈。而且，电缆存在电磁干扰，阻抗匹配以及因十分坚硬很难引入到建筑物合适配线管道的问题。此外，由于体积庞大，严重减少可以插入到配线管道的电缆数目。而且，由于电安全性的要求，这些电缆要求与分配电能的电缆有单独的配线管道。
因此，不但在长距离的信号传输方面，而且在从公共分支点到多个用户设备的信号分配网络方面，正在研究利用光学技术的可能性。事实上，光纤光缆适合于插入到建筑物的合适配线管道中，因为它们的体积不太大，而且比较柔软，没有电磁干扰，以及它们的弯曲损耗非常低。此外，它们适合于插入到与分配电能相同的配线管道中。而且，光纤潜在地有非常宽的频带，低的衰减值，以及它们对于比特率，格式和传输码是透明的。
此外，在各种类型光纤中，单模光纤是优选的，因为它们对弯曲损耗很不灵敏，而且，它们较廉价，更坚固，其吸收损耗小于多模光纤；它们适用于WDM或CWDM传输，以及它们有较宽的频带，因此使信号分配网是容易升级的。
美国专利No.5,911,019描述一种光纤通信网，包括：光纤分配节点，利用馈线光缆从中心局馈送到光纤分配节点；多个网络单元，其作用是把来自光纤信号的信号转换成电信号。所述光纤分配节点包括：分配通信信号到所述网络单元的复用器/分束器。最后，利用所述网络单元与多个生活单元连接的电缆。通常，波长为1300nm和1550nm的两个频谱频带用于在生活单元与中心局之间往返发射各个话音信道。1550nm范围内的频带用于从生活单元发射单个话音信道到中心局，而1300nm范围内的频带用于反向的传输，反之亦然。
在WO 0150644中描述光局域网。
本发明申请者已观察到，在光局域网中，WDM信号可用于分配多个经光纤来自长距离传输的电视和/或电话和/或互联网数字或模拟信号到多个电子用户设备。例如，所述WDM信号中一个信道可用于互联网数字信号，另一个信道可用于电视信号，等等。按照这种方式，每个信号可以有很宽的频带。为了校正这些传输信号(WDM)的接收，需要在不同波长信号之间产生间隔，从而引导它们到网络(光局域网)中的相应用户。去复用器装置实现信号之间的所述间隔。此外，诸如计算机的用户设备信号(互联网数字或模拟信号)和电话信号是双向信号。在这种情况下，去复用器装置还必须具有复用器装置的功能。
我们知道实现光复用/去复用器装置的许多技术。一种技术是利用相移bragg滤波器。这些滤波器是方便地用于选取单个窄频带信道和多信道波长去复用操作。1995年12月12日发表在Journal ofLightwave Technology上的文章“Phase-Shifted Bragg grating filterwith improved transmission characteristics”描述有1/4波长移位Bragg光栅的滤波器，它在阻带中心有极窄的透射峰，但其形状不适用于系统设计。通过引入几个相移区和正确选择它们的位置和幅度，可以使透射谱具有近似的矩形。
本申请者已观察到，所述文章中的滤波器适用于高速率光系统，其信道与相邻信道之间的间隔为0.4nm(3dB带宽)。一般地说，高速率光传输系统中的间隔实际上是200GHz或100GHz(ITU频带)，一个信道与另一个信道之间的波长间隔为1.6nm或1.8nm。
光局域网使用低成本的装置和元件，例如，通过网络发射光信号的低成本发射激光器，光复用器，分束器和电子装置。通常，所述激光器与高成本的长距离光远程通信中发射激光器有很大的不同。长距离光远程通信中的激光器是温度稳定激光器，因为传输波长的重大起伏是有害的。在DWDM(密集WDM)远程通信中，信道之间的间隔小于1nm。用于稳定激光器中温度和波长的装置是高成本的。光局域网中的所述激光器最好发射信道间隔大于1nm的信道。最好是，光局域网中的典型激光器是发射波长在800-900nm范围内的垂直腔激光器。所述激光器的中心波长起伏可能大于0.5nm。
本申请者已涉及配置CWDM复用/去复用器的问题，最好是，这种复用/去复用器可应用于光局域网中使用的光WDM信号。具体地说，本申请者已涉及分开有很大频谱幅度的光WDM信号的问题。每个信道传输必须由接收器检测的信息。CWDM复用/去复用器装置应当在每个信道的中心波长值附近有足够平坦的频带，从而保持每个信道传输信息的可检测性。此外，本申请者已涉及配置成本低，尺寸小以及能够与电子装置容易耦合的CWDM复用/去复用器的问题。
本申请者已发现，借助于有高差距调制折射率的光栅状光结构，可以实现这样的滤波器，它能够分开具有宽而平坦频谱响应的CWDM光信号的信道。这些滤波器能够分开具有很宽频带的光WDM信号。
具有高差距折射率的光结构是这样的结构，它包括：至少有第一折射率的第一区和至少有第二折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，其中所述第一折射率与所述第二折射率之间的差距大于0.1。具体地说，所述第一区是高折射率区(例如，硅凸块的折射率约为1.5)，所述第二区是低折射率区(例如，波导上实现的切口是空气，其折射率约为1)。
具有高差距调制折射率的光结构是这样的结构，它包括：多个高折射率区和多个低折射率区，在两个接连高折射率区之间形成一个低折射率区，其中所述多个高折射率区中至少两个高折射率区有各不相同的尺寸。
最好是，所述多个低折射率区中至少两个低折射率区有各不相同的尺寸。
高折射率区与低折射率区之间的接连或交替产生多个透射型对偶和多个反射型对偶，所述透射型对偶和所述反射型对偶包括：一个所述高折射率区和一个所述低折射率区。具体地说，每个透射型对偶透射预定透射波长频带中的光束，而每个反射型对偶反射预定反射波长频带中的光束。
最好是，所述光结构基本上是相对于光传播方向的对称结构，即，前一半的所述结构与后一半是对称的。
整个结构包括：串联的多个透射型对偶和反射型对偶。最好是，各个透射型对偶的尺寸是各不相同的。此外，各个反射型对偶的尺寸可以是各不相同的。
透射型对偶和反射型对偶的所述交替在两个相邻反射频带(阻带)之间产生足够宽的透射频带(通带)。
所述结构的频谱响应是所有对偶(透射型对偶和反射型对偶)频谱响应的乘积。按照这种方式，整个频谱响应比每单个对偶的频谱响应更陡峭。
“切趾”结构是第一透射型对偶与第二透射型对偶之间至少设置一个反射型对偶的结构，这种结构产生的透射频带(通带)比接连透射型对偶结构的更平坦。切趾结构中接连凸块宽度的所述增大也有助于得到平坦的通带。接连反射型对偶数目的所述增多也有助于得到平坦的通带。
发明内容
具体地说，本发明者已在包括波导的半导体基片上实现复用/去复用器装置，在该波导上设置所述滤波器。所述滤波器包括：多个所述高折射率区和多个所述低折射率区形成的共振结构，它们设置在所述波导的预定位置。
本发明的第一方面涉及光复用/去复用器装置，包括：
-基片，
-所述基片上的多个波导，
-在所述多个波导中一个波导上实现的至少一个波长选择滤波器，
-所述至少一个滤波器能够传输第一预定频带的波长和反射第二预定频带的波长，
其中所述至少一个滤波器包括：
至少有高折射率的第一区和至少有低折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，并形成提供所述第一预定频带的多个透射型对偶和提供所述第二预定频带的多个反射型对偶，多个透射型对偶与多个反射型对偶互相串联以形成具有高差距调制折射率的结构。
最好是，借助于所述波导上设置的多个横向切口，实现所述低折射率区，而所述高折射率区是在两个接连切口之间形成的凸块。
最好是，每个对偶包括：一个切口和一个凸块。
最好是，在第一透射型对偶与第二透射型对偶之间至少设置一个反射型对偶。
最好是，在前一半所述滤波器中，所述透射型对偶中凸块宽度是沿光的传播方向增大。
最好是，在所述前一半滤波器中，接连的反射型对偶数目是沿光的传播方向增多。
最好是，所述反射型对偶有相同的宽度。
最好是，后一半所述滤波器与前一半滤波器有相反的对应关系。
具体地说，所述后一半滤波器的结构与所述前一半滤波器的结构是对称的。
具体地说，在所述反射型对偶中，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是所述第二预定频带中心波长1/4的奇数倍。
具体地说，在所述透射型对偶中，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是所述第一预定频带中心波长1/4的偶数倍。
最好是，所述多个波导中至少一个波导包括脊。
具体地说，所述基片是半导体基片。
本发明的第二方面涉及在光波导上实现的光波长选择滤波器，所述滤波器能够传输第一预定频带的波长和反射第二预定频带的波长，其特征是，它包括：
至少有高折射率的第一区和至少有低折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，并形成提供所述第一预定频带的多个透射型对偶和提供所述第二预定频带的多个反射型对偶，多个透射型对偶与多个反射型对偶互相串联以形成具有高差距调制折射率的结构。
最好是，借助于所述波导上设置的多个横向切口，实现所述低折射率区，而所述高折射率区是在两个接连切口之间形成的凸块。
本发明第三方面涉及在基片上实现光波长选择滤波器的方法，该方法包括以下步骤：
在所述基片上设置光导材料的波导，
在所述波导上设置多个切口，从而形成提供第一预定频带波长的多个透射型对偶和提供第二预定频带波长的多个反射型对偶，透射型对偶与个反射型对偶设置成互相串联。
附图说明
根据以下参照附图对优选实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点更加显而易见。在这些附图中：
图1表示按照本发明安装在建筑物内的光局域网示意图。
图2表示在图1建筑物的地下室内安排的分配单元示意图。
图3表示按照本发明图1中网络的复用/去复用器装置。
图4表示所述复用/去复用器装置的横向剖面图，其中有按照本发明的多层。
图5表示按照本发明波长选择滤波器的视图。
图6a表示波长选择滤波器的视图。
图6b表示图6a中滤波器频谱响应的曲线图。
图7a表示按照本发明波长选择滤波器的视图。
图7b表示图7a中滤波器频谱响应的曲线图。
图8表示按照本发明波长选择滤波器的模拟图。
图9表示图8中滤波器频谱响应的曲线图。
图10表示按照本发明图1中网络的另一个实施例复用/去复用器装置。
图11表示反射型对偶中凸块和切口宽度的曲线图。
具体实施方式
图1表示建筑物1内安装的光局域网例子的示意图，包括：外部光缆2，例如，从外部的远程通信系统输入，外部光缆2连接到分配单元3，分配单元3通常安排在所述建筑物1的地下室内或建筑物内或与建筑物邻近的另一个合适位置。
一般地说，光局域网可用于经卫星和/或经同轴缆线和/或经光纤和/或通过空气分配长距离传输的多个电视和/或电话和/或互联网数字或模拟信号到多个电子用户设备。
在图1中，建筑物1包括多个生活单元A1-A6；例如，所述生活单元被分成三个楼层。每个所述生活单元设置适用的配线管道，它适合于至少接纳一个携带所述数字或模拟信号的连接缆线C1-C6。
此处所用的术语“生活单元”是不太恰当的名称，因为它包括从网络接收服务和/或发送服务到网络的任何用户。
所述连接缆线可以是光缆或电缆或同时存在光信号和电信号的混合缆线。
如图2所示，所述分配单元3包括：光复用/去复用器装置4和分配装置5。所述复用/去复用器装置4分开来自外部光缆2的各个信道或各组信道的WDM信号，而所述分配装置5分割对应于生活单元数目的若干个信号的每个单波长信道或每组信道，并耦合这些信号到多个所述连接缆线。在专利申请US5978536中描述所述连接缆线的例子。
最好是，所述分配装置5包括：分束器，它适合于路由来自复用/去复用器装置4的数字光信号到光输入/输出端口。所述输入/输出端口最好是双向端口。
分配装置5还可以包括：光电转换单元(未画出)，其中来自复用/去复用器装置4的光信号可以转换成电信号。
在这个实施例中，例如，分配装置5按照100Mbit/sFastethernetTM协议分配数字信号到多个用户。所述信号以光形式到达所述复用/去复用器装置4。然后，这些信号被所述光电转换单元转换成对应的电信号。
此外，分配单元适合于在多个电信号中选取给每个用户预定的数字信号(例如，按照100Mbit/s FastethernetTM协议)，并发送它到对应的光电转换器。所述转换器把给用户预定的数字电信号转换成对应的光信号，并通过所述连接缆线发送它到对应的用户设备。
光局域网最好利用低成本传输激光器通过网络发射光信号。通常，所述激光器与长距离光远程通信系统中高成本的传输激光器有很大不同。长距离光远程通信系统中的激光器是温度稳定激光器，因为传输波长的重大起伏是有害的。在DWDM远程通信系统中，信道之间的间隔往往小于1nm。
最好是，光局域网中信道之间的间隔大于1nm。更好的是，所述信道之间的间隔大于1.6nm。
光局域网的典型激光器是垂直腔激光器，它发射的波长是在800nm-900nm的范围内。然而，本发明的复用/去复用器装置也可以设计成分开不同波长范围内的信道(例如，在1300nm附近)。
所述激光器需要是温度稳定激光器，例如，在温度变化的影响下，其中心传输波长的起伏可以大于0.5nm。本发明的复用/去复用器装置有很宽的频带以克服中心波长的这种起伏。
图3所示的复用/去复用器装置4包括：基片41，最好是在半导体材料上实现的，例如，硅。在所述基片上叠加多层。具体地说，在所述基片41的顶部叠加第一层42。最好是，所述第一层是氧化硅(二氧化硅)。在所述第一层42的顶部安排第二层43。最好是，所述第二层是氮氧化硅(SiOxNy)。在所述第二层43的顶部安排第三层44。最好是，所述第三层是氧化硅。
所述第一层和所述第三层分别是波导的内包层和外包层，而所述第二层代表所述波导的芯层。全部材料是光透射材料。
在所述第三层44表面上设置多个脊。所述脊的形状确定横向界线和光束沿波导传输的传播方向。在图4中，画出图3中所述复用/去复用器装置的侧视图部分P，其中展示所述多层。
在图3和4的例子中，它展示有脊的所述波导。可以配置不同种类的波导，例如，埋式波导，其中导向单元埋入到硅层中。所述导向单元的工作像一个脊，它确定横向界线和光束沿波导传输的传播方向。另一种使用的波导是类似于光子晶体的窄波导，其中在光波导上设置多个孔。所述孔的位置确定所述光基片上的波导。
具体地说，在图3中设置第一脊45，第二脊46，第三脊47和第四脊48。最好是，第一脊横跨整个层，所述脊的一端是WDM信号的输入端口451。
沿所述第一脊45设置第一滤波器452。从所述输入端口451入射的光束被所述第一滤波器部分地反射，和部分地传输到所述第一脊45另一端的第一输出端口453。反射光束被引导到所述第二脊46的一端。沿所述第二脊46设置第二滤波器462。从所述第二脊46一端入射的光束被所述第二滤波器462部分地反射，和部分地传输到所述第二脊46另一端的第二输出端口463。沿所述第三脊47设置第三滤波器472。从所述第三脊47一端入射的光束被所述第三滤波器472部分地反射，和部分地传输到所述第三脊47另一端的第三输出端口473。反射的光束被引导到所述第四脊48的一端。沿所述第四脊设置第四滤波器482。传输到所述第四滤波器482的光束输出到第四输出端口483。
所述滤波器最好是光波长选择滤波器。具体地说，每个滤波器能够反射预定带宽中的预定波长或预定波长间隔。预定带宽中的其余波长最好是传输通过该滤波器。
在图3的例子中，沿所述脊设置所述滤波器。相当地，可以在上述其他类型的波导上设置所述滤波器。
借助于具有高差距调制折射率的光栅状光结构，可以实现所述滤波器。
具有高差距折射率的光结构是这样的结构，它包括：至少有第一折射率的第一区和至少有第二折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，其中所述第一折射率与所述第二折射率之间的差距大于0.1。具体地说，所述第一区是高折射率区。所述第二区是低折射率区。
具有高差距调制折射率的光结构是这样的结构，它包括：多个高折射率区和多个低折射率区，在两个接连的高折射率区之间形成一个低折射率区，其中所述多个高折射率区中至少两个高折射率区有各不相同的尺寸。
最好是，所述多个低折射率区中至少两个低折射率区有各不相同的尺寸。
所述光结构最好是相对于光传播方向的对称结构，即，所述结构的前一半与后一半是对称的。
借助于不同的光学特性材料，可以实现所述高折射率区和所述低折射率区。具体地说，所述高折射率区可以是硅基材料 借助于所述硅材料中实现的切口(空气折射率＝1)，可以制成所述低折射率区。或者，借助于其他材料可以实现所述区，只要在高折射率区与低折射率区之间存在高折射率差距。具体地说，在图3，4和5的例子中，借助于切口实现低折射率区。事实上，切口是容易在脊上实现的。在其他类型的波导中，通过插入一片预定材料，可以实现所述低折射率区。
在图5中，沿所述脊设置多个切口。所述切口的深度最好等于脊和三层的深度。切口有相对于脊长度方向切割的横向预定方向，切口是沿该方向制成的。例如，可以借助于电子束光刻和随后的蚀刻技术制成切口。这是微电子技术领域中的熟知工艺。可以利用其他的工艺制作切口。
例如，在图5中，它描述第一切口4521，第二切口4522和第三切口4523。所述切口可以是真空或充满空气，其他的气体或液体，所述切口至少产生类似于光栅的共振结构；具体地说，沿光波导设置具有调制折射率的结构。事实上，折射率台阶或差距源于各层折射率(例如， )与空气折射率
Figure A0182374300142
之差。在两个接连的切口之间形成凸块。
这种滤波器反射预定频带(阻带)的某些波长和传输预定频带(通带)的其他波长。最好是，选取这样的切割方向，它引导所述阻带中波长的所述反射光束到基片上另一个脊。
图6a和7a表示通过切割所述脊产生的横向结构示意图。
这两个附图的位置是为了便于对它们进行比较。具体地说，该结构的位置是相对于一对直角坐标轴X，Z，其中X指出沿光传播方向的位置，而Z指出切口深度方向的位置。
具体地说，在图6a中，它展示有多个横向切口的结构，每个切口最好有相同的宽度。这种类型结构是共振结构，在预定的波长频带上允许有透射频谱响应，如图6b所示。具体地说，图6b中曲线表示在波长λ域内的反射频带SB和透射频带PB。切口的宽度和相邻两个切口之间的距离确定阻带SB的中心波长λSB，通带PB的中心波长λPB，以及所述SB与PB之间的宽度。
在图6a中，单元C包括：各层的切口和凸块。具体地说，单元的长度dC是：
dC＝dcut+dblock
在以上的定义中，我们的目的是计算切口和凸块的尺寸相对于切口和凸块材料的折射率(例如，SiO2凸块和空气切口)。
具体地说：
dcut＝dcut’/neff cut
dblock＝dblock’/neff block
其中dcut’和dblock’分别是切口和凸块的实际尺寸，而neff cut和neff block分别是切口和凸块的有效折射率。
阻带SB的中心波长值λSB取决于dC，具体地说，dC基本上是λSB/2的整数倍。
单元的长度dC基本上是λSB/2的整数倍。
若满足公式：dcut＝λSB/4nair和dblock＝λSB/4nblock，则以上的条件得到验证。
根据以上的关系，一旦选取了滤波器的阻带SB，可以选取切口的尺寸和两个相邻切口之间的距离。
根据图6b中的曲线，本申请者已观察到图6a中滤波器的通带PB包含一些多余的尖峰。此外，引入完全相同尺寸的切口(图6a)，则不可能选择独立于通带宽度的阻带宽度。
在图7a中，它表示“切趾”结构的例子。具体地说，所述结构包括：在脊预定位置的多个切口。滤波器的结构至少包括一个缺陷，缺陷是由至少一个不同尺寸的所述凸块代表。最好是，所述切口产生的所述凸块有不同的尺寸，而各个切口之间不是等距离的。
这意味着，有效折射率变化不是严格周期性的；而折射率变化至少是在对应于切口和凸块折射率的两个值之间变化。所述变化的间距是沿着滤波器变化。
这种结构产生新的通带，它包括在图6a的滤波器阻带中(见图6b的曲线)。应当注意，图6b和图7b的曲线图有对应的垂直轴和相同的波长(水平)标尺。图7a的结构包含多个子结构，每个子结构至少包括一个切口和一个凸块。所述子结构是相邻排列的。
在本发明中，反射型子结构或反射型对偶包括：一个切口和一个凸块，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是λSB/4的偶数倍，其中λSB是阻带或反射频带的中心波长。
在本发明中，透射型子结构或透射型对偶包括：一个切口和一个凸块，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是λPB/4的奇数倍，其中λPB是通带或透射频带的中心波长。所述反射型对偶的所述凸块包含上述的缺陷。
每一个所述子结构也是有反射频带和透射频带的共振结构，它们的中心波长分别是上述的λSB和λPB。
在本发明中，“切趾”结构包括：多个透射型对偶和多个反射型对偶，其中在第一透射型对偶与第二透射型对偶之间至少设置一个反射型对偶。
最好是，前一半结构至少包括：第一透射型对偶和第二透射型对偶，其中第二透射型对偶的凸块宽度大于第一透射型对偶的凸块宽度。
换句话说，在所述前一半滤波器中，接连透射型对偶的凸块宽度是沿光传播方向增大。
此外，在所述前一半中，反射型对偶的尺寸可以各不相同。最好是，在所述前一半结构中，接连的反射型对偶数目增多。
具体地说，在本发明中，“数目增多”意味着，在所述前一半滤波器中，沿光传播方向的接连反射型对偶数目可以相同或增多。
最好是，所述反射型对偶有相同的宽度。
最好是，后一半结构与所述前一半结构有相反的对应关系。在本发明中，“相反的对应关系”意味着，前一半结构有关于透射型对偶和反射型对偶数目以及依此设置的相同配置。
最好是，所述后一半结构与所述前一半结构是对称的。即，所述前一半中折射率的调制是反比于所述后一半中折射率的调制。具体地说，对称结构的前一半与后一半是反射对称。
如上所述，该结构包括：多个串联的子结构或对偶(反射型和透射型)；每个所述子结构是滤波器自身，而全部结构包含许多串联的滤波器。透射型对偶和反射型对偶的所述交替在两个相邻反射频带(阻带)之间产生足够宽的透射频带(通带)。
此外，全部结构在通带中和阻带中的频谱响应比单个滤波器的频谱响应有更多台阶。换句话说，透射型对偶的缺陷数目确定该结构通带和阻带的台阶。有整个结构最大缺陷的透射型对偶基本上确定通带宽度。事实上，缺陷宽度与通带的带宽成反比关系。
“切趾”结构是在第一透射型对偶与第二透射型对偶之间至少设置一个反射型对偶的结构，这种结构产生的透射频带(通带)比接连的透射型对偶的结构更平坦。切趾结构中接连凸块宽度的所述增大也有助于得到平坦的通带。接连反射型对偶数目的所述增多也有助于得到平坦的通带。
最好是，对称结构产生相对于通带中心波长λSB的对称通带。
在图7a的例子中，该滤波器包括：五个缺陷D1-D5。在前一半的所述滤波器中，在缺陷与下一个缺陷之间设置数目增多的切口和缺陷宽度的增大。在后一半的所述滤波器中，在缺陷与下一个缺陷之间设置数目减少的切口和缺陷宽度的减小。
图7a的完整结构包括：互相对称的第一子结构和第二子结构。具体地说，该结构是相对于垂直轴Y对称的。所述垂直轴Y是在所述第三凸块D3的中央。
所述第一凸块D1的宽度最好是d1＝m1λSB/2，所述第二凸块D2的宽度最好是d2＝m2λSB/2，所述第三凸块D3的宽度最好是d3＝m3λSB/2，所述第四凸块D4的宽度最好是d4＝m4λSB/2，所述第五凸块D5的宽度最好是d5＝m5λSB/2，其中m1≤m2≤m3≥m4≥m5是整数。最好是，m1＝m5和m2＝m4。一般地说，参数m的选择确定产生的新通带PB’宽度。有利的是，通过改变m1-m5的值，可以确定通带中的平坦频带。
在图7b中，它表示图7a中滤波器的频谱响应与波长的关系曲线。新通带PB’的中心波长是λPB′，它对应于图6b中阻带的中心波长λSB。必须注意，图6和图7例子中切口的尺寸是相同的。
这个新通带PB’基本上是平坦的，而新阻带SB’基本上也是平坦的。这意味着，滤波器的反射信道和透射信道基本保持相同的形状。与反射信道和透射信道相关的每个信号基本上不受畸变的影响。
切口是光不能被引导的区域；与此相反，进入凸块中的光被引导。这种切口的宽度可以确定信道中光功率的损耗。在波长1500nm附近，切口可以在360-380nm之间。在这种情况下，通过减小切口的尺寸和增大相同对偶中对应于凸块的尺寸，可以减小功率损耗。
例如，在图11中，它表示反射型对偶中凸块和切口尺寸的曲线。具体地说，它展示四条曲线。第一条曲线C1是dcut+dblock＝λ/2，该材料(凸块)的折射率是n1＝1.5。所述曲线基本上是一条直线。第二条曲线C2是材料(凸块)的折射率曲线，n2＝1.45。第三条曲线C3是材料(凸块)的折射率曲线，n3＝3。第四条曲线C4是材料(凸块)的折射率曲线，n4＝3.33。
所述曲线C2，C3和C4说明，如何能够补偿切口宽度随凸块宽度变化的变化。点P是滤波器完全共振的点，即，条件dcut+dblock正好是λ/2的整数倍，但这些曲线说明，利用不同的切口和凸块尺寸，可以找到基本共振的条件。
例子
本申请人实现了图3-4所示配置的复用/去复用器装置中一个滤波器的模拟。具体地说，在这个模拟中各层和脊的尺寸是：
下包层42的高度＝8.57μm。
芯层的高度＝896nm。
上包层44的高度＝208nm。
层42，43，和44的宽度＝40μm。
所有脊的高度＝100nm。
所有脊的宽度＝6μm。
使用的材料(脊，下包层和上包层是氧化硅，芯层是氮氧化硅)是与传输的波长有关。具体地说，图3中复用/去复用器装置能够分开各自波长为810nm，830nm，850nm，870nm的四个信道。在不同的波长下，可以利用其他的材料，例如，砷化钾，磷酸铟铝。
每个滤波器是以一个所述透射波长为中心。具体地说，第一滤波器452透射810nm的信号和反射其他的波长。第二滤波器462透射830nm的信号和反射其他的波长。第三滤波器472透射850nm的信号和反射其他的波长。第四滤波器482透射870nm的信号和反射其他的波长。
模拟涉及复用/去复用器装置的第二滤波器462。利用基本类似的方法可以设计其他的滤波器。在图8中，画出滤波器的示意图。
该滤波器包括：10个缺陷DF1-DF10和36个切口。具体地说，该滤波器是相对于垂直轴Y’对称的(D1的尺寸等于D10的尺寸，D2的尺寸等于D9的尺寸，等等)。该结构包括：串联的第一透射型对偶(第一缺陷DF1)，两个反射型对偶，第二透射型对偶(第二缺陷DF2)，三个反射型对偶，第三透射型对偶(第三缺陷DF3)，三个反射型对偶，第四透射型对偶(第四缺陷DF4)，三个反射型对偶，第五透射型对偶(第五缺陷DF5)，三个反射型对偶，第六透射型对偶(第六缺陷DF6)，三个反射型对偶，第七透射型对偶(第七缺陷DF7)，三个反射型对偶，第八透射型对偶(第八缺陷DF8)，三个反射型对偶，第九透射型对偶(第九缺陷DF9)，两个反射型对偶，第十透射型对偶(第十缺陷DF10)。
切口和缺陷的尺寸是如下所示：
切口dcut的宽度＝102nm。
除了缺陷D1，...，D10″以外的两个切口之间的凸块宽度d＝204nm。
缺陷D1和D10的宽度d1＝1725nm。
缺陷D2和D9的宽度d2＝2000nm。
缺陷D3和D8的宽度d3＝3103nm。
缺陷D4，D5，D6和D7的宽度d4＝3379nm。
图9表示所述滤波器的频谱响应。例如，所述曲线图是垂直于切口平面的入射光束频谱响应。图9的曲线是倾斜滤波器频谱响应的良好实际近似，如图3的滤波器，其中所述入射光束有与脊相同的方向。在这种情况下，波导的脊不垂直于切口平面，脊的取向是引导下一个波导中的反射光束。
通带PB’的中心波长基本上是在830nm附近；这意味着，这种波长的信道被所述滤波器透射。
本发明的复用/去复用器装置是双向装置。不同波长的信号可以沿波导的两个方向传输。此外，滤波器是双向滤波器。在光局域网中可以方便地提供双向信号。例如，电话和/或互联网数字或模拟信号需要双向装置。在这个例子中，展示四信道复用/去复用器装置。相当地，可以添加更多的信道。具体地说，第五信道，例如，可以利用相反方向的监测信号。在这种情况下，在基片上设置另一个波导(脊)和另一个滤波器。
本发明的装置是在半导体基片上实现的。最好是，在相同的基片上可以实现电子电路。最好是，该基片可以包括：光学装置和电子装置；因此，本发明提供尺寸减小的紧致装置。
本发明可以提供光复用/去复用器装置的许多配置。在图10中，例如，它表示另一种方案的复用器装置4’。在这个例子中，所述装置能够分开四个信道的CDWM信号，其波长分别是810nm，830nm，850nm，和870nm。具体地说，该装置包括：第一波导45’，第二波导46’，第三波导47’和第四波导48’。在所述第一波导上形成第一滤波器451’和第二滤波器452’。在所述第二波导46’上形成第三滤波器461’。在第一波导的一端输入CWDM信号。第一滤波器451’传输850nm和870nm的信道，和反射其余两个信道到第二波导46’。第二滤波器452’传输850nm的信道到输出端，和反射870nm的信道到所述第四波导48’和另一个输出端。第三滤波器传输830nm的信道到另一个输出端，和反射810nm的信道到所述第三波导47’和另一个输出端。在这个实施例中，第一滤波器能够传输包括两个信道(例如，从840nm到880nm)的频带。借助于本发明，可以提供有极宽频带的滤波器；所述宽频带包含多个信道。

Claims (16)

1.一种光复用/去复用器装置，包括：
-基片，
-所述基片上的多个波导，
-在所述多个波导中一个波导上实现的至少一个波长选择滤波器，
-所述至少一个滤波器能够透射第一预定频带波长(PB’)和反射第二预定频带波长(SB’)，
其中所述至少一个滤波器包括：
至少有高折射率的第一区和至少有低折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，并形成提供所述第一预定频带的多个透射型对偶和提供所述第二预定频带的多个反射型对偶，透射型对偶与反射型对偶互相串联以形成具有高差距调制折射率的结构。
2.按照权利要求1的光复用/去复用器装置，其中借助于所述波导上设置的多个横向切口实现所述低折射率区，而所述高折射率区是在两个接连切口之间形成的凸块。
3.按照权利要求2的光复用/去复用器装置，其中每个对偶包括：一个切口和一个凸块。
4.按照权利要求1的光复用/去复用器装置，其中在第一透射型对偶与第二透射型对偶之间至少设置一个反射型对偶。
5.按照权利要求4的光复用/去复用器装置，其中在前一半所述滤波器中，所述透射型对偶中凸块宽度是沿光的传播方向增大。
6.按照权利要求5的光复用/去复用器装置，其中在前一半所述滤波器中，接连反射型对偶的数目是沿光的传播方向增多。
7.按照权利要求5的光复用/去复用器装置，其中所述反射型对偶有相同的宽度。
8.按照权利要求5的光复用/去复用器装置，其中后一半所述滤波器与前一半滤波器有相反的对应关系。
9.按照权利要求8的光复用/去复用器装置，其中后一半所述滤波器的结构与所述前一半滤波器的结构是对称的。
10.按照权利要求2的光复用/去复用器装置，其中在所述反射型对偶中，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是所述第二预定频带(SB’)1/4中心波长的偶数倍。
11.按照权利要求2的光复用/去复用器装置，其中在所述透射型对偶中，所述切口宽度与所述凸块宽度之和基本上是所述第一预定频带(PB’)1/4中心波长的奇数倍。
12.按照权利要求1的光复用/去复用器装置，其中所述多个波导中至少一个波导包括脊。
13.按照权利要求1的光复用/去复用器装置，其中所述基片是半导体基片。
14.一种在光波导上实现的光波长选择滤波器，所述滤波器能够透射第一预定频带波长(PB’)和反射第二预定频带波长(SB，)，其特征是，它包括：至少有高折射率的第一区和至少有低折射率的第二区，所述第一区与所述第二区相邻，并形成提供所述第一预定频带的多个透射型对偶和提供所述第二预定频带的多个反射型对偶，透射型对偶与反射型对偶互相串联以形成具有高差距调制折射率的结构。
15.按照权利要求14的光波长选择滤波器，其中借助于所述波导上设置的多个横向切口实现所述低折射率区，而所述高折射率区是在两个接连切口之间形成的凸块。
16.一种在基片上实现光波长选择滤波器的方法，包括以下步骤：
在所述基片上提供光透射材料的波导，
在所述波导上设置多个切口，从而形成提供第一预定频带波长的多个透射型对偶和提供第二预定频带波长的多个反射型对偶，透射型对偶与反射型对偶设置成互相串联。
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