CN2500036Y

CN2500036Y - 光分叉复用器件

Info

Publication number: CN2500036Y
Application number: CN01251876U
Authority: CN
Inventors: 许振鄂; 张立国; 朱大庆; 陆冬生
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2011-09-14

Abstract

光分叉复用器件,属于光通信技术领域,涉及实现光波分波、合波功能的器件,由平行的骨干输入、输出波导构成,骨干输入、输出波导上均顺序排列中心波长分别为λ₁～λ_m的反射布拉格光栅,各反射布拉格光栅法线与骨干输入、输出波导轴线成α角;骨干输入、输出波导上相同中心波长的反射布拉格光栅由m条平行排列的连接波导连接,各连接波导轴线与骨干输入、输出波导轴线成2α角,各连接波导分别对应有上、下载波导,上、下载波导和连接波导之间具有耦合光栅。本器件可制成平面上下载,也可采用分层结构上下载,既可实现大的信道数光波的固定式上下载,也可实现动态上下载,还可实现分波、合波功能,有利于提高集成度。

Description

光分叉复用器件

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，特别涉及实现光波分波、合波功能的器件。

背景技术

光通信技术中需要大量的能实现光波分波、合波功能的器件，1998年10月6日授权的5,818,986号美国专利，是在光纤中制作倾斜反射布拉格光栅，见图1，以5波长为例，骨干光波导1上顺序制备中心波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的反射布拉格光栅2、3、4、5，当含波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅的光波进入骨干波导1后，波长为λ₁的光波被反射布拉格光栅2反射进下载波导6，其他光波透过光栅2继续向前传播；波长为λ₂的光波被光栅3反射进下载波导7，其他光波透过光栅3继续向前传播；波长为λ₃的光波被光栅4反射进下载波导8，其他光波透过光栅4继续向前传播；波长为λ₄的光波被光栅5反射进下载波导9，波长为λ₅的光波透过光栅5继续向前传播。这样，中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光波被下载。这种器件，只能完成光波下载(分波)功能。

发明内容

本实用新型提出的光分叉复用器件，解决大的信道数光波的固定式上下载问题，也可实现动态上下载业务，还可实现分波、合波功能，为提高光分叉复用器的集成度打下基础。

本实用新型的光分叉复用器件，由骨干传输波导和在其中顺序排列的反射布拉格光栅组成，其特征在于：

(1)所述骨干传输波导由平行的骨干输入波导和骨干输出波导构成，骨干输入波导上顺序排列中心波长分别为λ₁～λ_m的反射布拉格光栅，骨干输出波导上亦顺序排列中心波长分别为λ₁～λ_m的反射布拉格光栅，各反射布拉格光栅法线与骨干输入波导轴线或骨干输出波导轴线成α角，其中α＝3.5°～45°，m≥2，

(2)骨干输入波导和骨干输出波导上相同中心波长的反射布拉格光栅由m条平行排列的连接波导连接，各连接波导轴线与骨干输入波导或骨干输出波导轴线成2α角，

(3)各连接波导分别对应有上载波导和下载波导，上载波导、下载波导和连接波导之间具有耦合光栅。

所述的光分叉复用器件，其进一步的特征在于所述耦合光栅可以制备成固定式；也可以采用电光、声光或者热光效应形成，当需要上下载时，将控制信号加在电极上，形成动态耦合光栅。

所述的光分叉复用器件，所述连接波导和上载波导、下载波导可以在同一平面内通过耦合光栅实现耦合。

所述的光分叉复用器件，所述连接波导和上载波导、下载波导也可以分处不同平面内通过耦合光栅实现层间耦合。

本实用新型在骨干输入波导和骨干输出波导中的反射布拉格光栅采用固定式，技术难度和成本均较低，光波上、下载采用连接波导和上下载波导的波导间耦合技术，目前技术较成熟，易于实现动态控制，适合于对波长有选择性的上、下载场合。

附图说明

图1为反射布拉格光栅分波器示意图。

图2为本实用新型平面上下载技术方案示意图。

图3为本实用新型分层耦合上下载技术方案示意图。

图4为分层耦合时上下载波导与传输波导相对位置图。

具体实施方式

图2所示为平面上下载技术方案，光波上下载采用的是平面波导耦合技术，为表达方便，骨干传输波导间的连接波导画成直的，实际中可采用弯曲形状(提高器件的集成度)。其中，30为包层，10、20为骨干传输波导，11与21、12与22、13与23为中心波长为λ1、λ2、λ3的三组反射布拉格光栅，这些光栅处于骨干传输光波导的特定位置，使得同周期的反射布拉格光栅之间有连接波导L1、L2、L3连接，且不同连接波导间相互平行，15、17、19为下载波导(分波波导)，24、26、28为上载波导(合波波导)。14、16、18、25、27、29为耦合光栅(可为外部控制瞬间加载耦合光栅也可做成固定式耦合光栅)，其作用在于将传输波导中的光波耦合到上载或下载波导中，完成上下载任务。骨干传输波导里的含若干波长的光波被反射布拉格光栅分开，在平面内上下载，若需要下载，就先下载，后上载，否则直接被反射布拉格光栅合波到另一骨干传输波导里去。注意，上下载波导与骨干传输波导相交达7度至90度，两波导间信号互不干扰。当含波长λ1、λ2、λ3、λ4的光波进入骨干输入波导20后，波长为λ2、λ3、λ4的光波透过光栅21继续向前传播，波长为λ1的光波被光栅21反射进连接波导L1，由于耦合光栅25的作用，光波被耦合到下载波导15变为下载光波(波长为λ1)，此时另一路波长为λ1的光波可由上载波导24经耦合光栅14耦合进连接波导L1，连接波导L1中的光波被光栅11反射进骨干输出波导10，并透过光栅12继续向前传播；波长为λ2、λ3、λ4的光波透过光栅21后，波长为λ3、λ4的光波透过光栅22继续向前传播，波长为λ2的光波被光栅22反射连接波导L2，由于耦合光栅27的作用，光波被耦合到下载波导17变为下载光波(波长为λ2)，此时另一路波长为λ2的光波可由上载波导26经耦合光栅16耦合进连接波导L2，该连接波导中的光波被光栅12反射进骨干输出波导10，此时含波长λ1、λ2的光波透过光栅13继续向前传播；波长为λ3、λ4的光波透过光栅22后，波长为λ4的光波透过光栅23继续向前传播，波长为λ3的光波被光栅23反射连接波导L3，由于耦合光栅29的作用，光波被耦合到下载波导19变为下载光波(波长为λ3)，此时另一路波长为λ3的光波可由上载波导28经耦合光栅18耦合进连接波导L3，该连接波导中的光波被光栅13反射进骨干输出波导10，此时，含波长λ1、λ2、λ3的光波在骨干输出波导10中继续向前传播。这样，该器件就可以在一个平面内实现特定波长光波的灵活或固定式上下载和复用解复用功能。

图3为分层上下载技术方案图，其中(A)由主视图(B)的B-B位置剖出，为上下载层，表达了上下载波导的相对位置关系；(C)由主视图(B)的A-A位置剖出，为波分复用层，表达了骨干输入、输出波导、连接波导的相对位置关系，上下载与波分复用分别在两层中，上下两层波导间的耦合技术很多，如热光、电光、声光等。两波导按同样顺序写上一序列反射布拉格光栅，并按相同方向错开平行放置，相应的同周期反射布拉格光栅用波导连接，即构成波分复用层。上面一层为上下载层，各有一定长度在连接波导上方，以便进行层之间的耦合。为了减少层之间的串扰，不同层的波导可以是不同的。在耦合处的光栅可以采用电光、声光或热光效应来形成。当需要进行上下载时，控制信号加在电极上，在上下载层形成光栅，耦合处就可以实现传输层和上下载层之间的耦合，从而实现上下载。在不需要上下载时，由于不同层之间的波导不同，几乎没有层层之间的耦合。

在图3中，30为包层，15、17、19、31、32分别为波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波的下载波导。它们的头部分别处于波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波的连接波导L1、L2、L3、L4、L5的正上方；24、26、28、41、42分别为波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波的上载波导，它们的头部分别处于波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波的连接波导L1、L2、L3、L4、L5的正上方；10、20为骨干波导输出波导和骨干输入波导；11与21、12与22、13与23、34与44、35与45分别为中心波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波的反射布拉格光栅组。

以五波长为例，当含波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波进入骨干输入波导20后，波长为λ2、λ3、λ4、λ5的光波透过光栅21继续向前传播，波长为λ1的光波被光栅21反射进连接波导L1，当需要下载时，控制信号加在耦合光栅电极上，光波被耦合进波导15变为下载光波，此时，波长为λ1的光波可由上载波导24在耦合光栅作用下耦合进连接波导L1，该连接波导L1中的光波被光栅11反射进骨干输出波导10继续向前传播；

当含波长为λ2、λ3、λ4、λ5的光波透过光栅21后，波长为λ3、λ4、λ5的光波透过光栅22继续向前传播，波长为λ2的光波被光栅22反射进连接波导L2，当需要下载时，控制信号加在耦合光栅电极上，光波被耦合进波导17变为下载光波，此时，波长为λ2的光波可由上载波导26在耦合光栅作用下耦合进连接波导L2，该连接波导中光波被光栅12反射进骨干输出波导10继续向前传播；

当含波长为λ3、λ4、λ5的光波透过光栅22后，波长为λ4、λ5的光波透过光栅23继续向前传播，波长为λ3的光波被光栅23反射进连接波导L3，当需要下载时，控制信号加在耦合光栅电极上，光波被耦合进下载波导19变为下载光波，此时，波长为λ3的光波可由上载波导28耦合进连接波导L3，该连接波导L3中的光波被光栅13反射进骨干输出波导10继续向前传播；

当含波长为λ4、λ5的光波透过光栅23后，波长为λ5的光波透过光栅44继续向前传播，波长为λ4的光波被光栅44反射进连接波导L4，当需要下载时，控制信号加在耦合光栅电极上，光波被耦合进下载波导31变为下载光波，此时，波长为λ4的光波可由上载波导41耦合进连接波导L4，该连接波导L4中的光波被光栅34反射进骨干输出波导10继续向前传播；

当含波长为λ5的光波透过光栅44后，被光栅45反射进波导L5，当需要下载时，控制信号加在耦合光栅电极上，光波被耦合进波导32变为下载光波，此时，波长为λ5的光波可由上载波导42耦合进连接波导L5，该连接波导L5中的光波被光栅35反射进骨干输出波导10继续向前传播。这样，波长为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5的光波在波导10里继续向前传播。

图4进一步表述了上下载波导与传输波导相对位置，虚线所示为传输波导层中的传输波导(可以与以上几幅图对照)，剖面线表示布拉格光栅(处于传输波导层)，实线表示上下载波导层中的上下载波导，箭头所指方向为光波传播方向，本图补充说明图3中上下两层中各元素的位置对应关系。上下载光栅电极在图中没有表达出来，光栅电极处于上下载波导与连接波导重叠的竖直方向上，在耦合处的光栅可以采用电光、声光或热光效应来形成。当需要进行上下载时，控制信号加在光栅电极上，在上下载层形成光栅，耦合处就可以实现传输层和上下层之间的耦合，从而实现上下载。在不需要上下载时，几乎没有层之间的耦合。

上述两方案中，器件衬底采用单晶硅，波导和包层材料均采用聚合物(polymer)，折射率分别为1.51和1.50，波导截面5×5μm²。反射布拉格光栅法线均与骨干传输波导轴线成5度角，连接波导均与骨干传输波导轴线成10度角。

Claims

1.一种光分叉复用器件，由骨干传输波导和在其中顺序排列的反射布拉格光栅组成，其特征在于：

2.如权利要求1所述的光分叉复用器件，其特征在于所述耦合光栅可以制备成固定式；也可以采用电光、声光或者热光效应形成，当需要上下载时，将控制信号加在电极上，形成动态耦合光栅。

3.如权利要求1或2所述的光分叉复用器件，其特征在于所述连接波导和上载波导、下载波导在同一平面内通过耦合光栅实现耦合。

4.如权利要求1或2所述的光分叉复用器件，其特征在于所述连接波导和上载波导、下载波导分处不同平面内通过耦合光栅实现层间耦合。