TW200402554A - Reducing the temperature sensitivity of optical waveguide interference filters - Google Patents

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Description

200402554 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 背景 本發明大致上係關於光通訊網路，且具體地說，係關 5 於光波導干涉濾波器。 目前廣泛地使用光通訊網路，干涉濾波器以供波長通 道多工，切換以及傳播補償之目的用。這樣的濾波器之最 有前途的型式係基於平面波導電路，其基本上是由矽土或 10矽所製造的。其主要缺點之一為在用來形成電路之材料中 折射係數之溫度相關性所造成之頻譜溫度相關性。因此理 由，包含這樣的電路之晶片需以一加熱器或一熱電冷卻器 (TEC)來做溫度穩定。這需要電源，回授之控制電子，以及 消耗熱之管理。 15 @此，建造溫度视錢導電路是有_。有幾個方 法形成-非熱裝置，其沒有1是完全令人滿意的。一些 包括輸入光纖接觸波導電路之點之機械移動。這結果造成 嚴重的可靠性問題。 其他方法具林_率綺射餘溫度相關性 之材料。這樣的材料之-範例為—聚合物，諸如石夕樹脂。 又 在一晶片中結合二 且使得程序更為複雜，且 穿過波導_槽且將之填以聚合物。此方法之不利在於槽 會因為衍射而造成咼的插入損失 材料減少了晶圓良率和可靠性， 因此更為昂貴。 20 200402554 同時’正在發展一全由聚合物所構成之波導。在此情 況中’其可能修改聚合物之參數使之適於實現十分小的溫 度相關性。然而，到目前，與矽土波導裝置相比，在性能 和可罪性上，聚合物波導裝置已失敗了。 5 如此’有對減少光波導干涉濾波器之溫度敏感度之方 式之需求。 【明内穷】 一種補償一波導之方法，其包含：提供一具有第一折射 係數之干涉波導裝置；提供一具有第二折射係數之補償波 10導裝置·，以及將補償波導裝置之一輸出耦合至該干涉波導 裝置之'輸入。 式簡單說明
第1圖為一本發明之一實施例之示意說明。 t實施方式;J 15 較佳貫施例之詳細說明 二由異種材料構成之晶片10和12可對齊(“接合耦合”) 且封裝在一起做為一單一裝置，如第丨圖中在本發明之一實 施例中所示的。補償晶片10可為例如一傳統的矽土晶片。 補償晶片12可例如為一補償Mach-Zehnder干涉計(MZI)，其 20由諸如矽樹脂之聚合物所構成的。在晶片10和晶片12之間 有一接觸。若在每個晶片中之波導大小類似，可使在晶片 1〇，12間之干涉之損失十分小（例如降至02dB，其遠小於槽 中之損失）。 補償晶片12可包括一Mach-Zehnder干涉計，其具有一 63Θ 6 200402554 對臂18和20。其接收一來自一輸入埠14之輸入，且透過一 50/50耗合器15將之搞合至臂18和20。其他埠16亦可連接至 柄合器15。一對輸出埠22和24可連接至一輸出搞合器23。 以由矽土構成之補償晶片10以作用如一陣列波導柵 5 (AWG)之範例來說明此原理。補償晶片1〇可包括輸入波導 26和28，耦合器30和32，其可為星形耦合器，和在此範例 .中包括四個輸出波導34a至34d之多個輸出波導34。 補償晶片10可為一諸如石夕土之材料，其具有一對溫度 之折射係數導數。補償晶片12可為一諸如聚合物之材料， 10 其具有相反和較大的折射係數導數。 設計補償晶片12，如此使得當溫度改變時，其輸出訊 號被重新導引至不同的輸出蜂22或24。因此，來自輸出蜂 22或24之輸出訊號進入補償晶片1〇之不同之輸入波導26或 28 〇 15 選擇補償晶片丨〇之光學特性，如此使得輸入之位移補 償溫度改變。例如，在原始溫度上，訊號抵達輸入26，且 干涉裝置導引一組波長至輸出波導34a-d。在修改的溫度 上，使訊號維持在輸入26，該組波長將被導引至一組波導 34b-e，其相對於原始輸出被位移。然而，因為在修改溫度 20上來自輸入26至輸入28之位移之故，該組波長仍被導引至 相同的輸出組34a-d。如此，補償了裝置10之溫度敏感度。 因為例如在一聚合物中，對溫度之折射係數導數之大 的絕對值’所以可使在晶片12中MZI之二臂18，20間對於 產生從波導22至波導24之輸出位移為必要之之長度差異十 200402554 分的小。因此，晶片12在例如使用一聚合物材料之實施例 中了由小尺寸構成。這在一些情況中可減輕良率和可靠性 問題。由更複雜之補償晶片10來決定由晶片10和12構成之 全部裝置之性能。以及，最重要地，補償晶片12之相對小 5的尺寸可能意指自由的頻譜範圍，即，在一些實施例中此 補償動作之小波長相關性。 做為一簡單的範例，一由矽土構成作用如一 Mach-Zehnder干涉計（MZI)之補償晶片10可由一型式為一 由一聚合物所構成之MZI之補償晶片12所補償。在真空中 10之波長為λ，頻率為v，光速為c。每個干涉計之臂長之個別 差異為ALi，且有效型式係數為ni，其中丨指序號，其中使用 多個背對背MZIs。在此例中，在效率型式係數中之改變等 於用來形成晶片10或12之材料之折射係數之改變。然後， 在每個干涉計中之相位差異為：
27rvniALi c 15 在具有恰50/50耦合器之背對背MZIs中，總相位 Φ=Φ1+Φ2決定頻譜響應。選擇自由頻譜範圍等於通道間隔: V 一 c FSR (n\ALx +«2ΔΙ2) 為了簡化，忽略熱脹，相位必不隨溫度改變. dm -AL, dT 1
dn2 ^dT AL2 = 0 因此對lOOGhz來說 ，在一由晶片10所實現切土 MZI中之 20 200402554 長度差異（AL)將為2mm，但在補償晶片12中，長度差異只 為54μιη。以一聚合物補償晶片MZI，長度差異及晶片本身 可為十分的小。若溫度從0C改變至85C，則矽土之折射係 數改變Αη=8·5χ10-4，且相位改變6.9rad，即頻譜位移超過 5 —個通道間隔。以聚合物補償晶片，係數改變可減少至實 際上為零，其由耦合器分離比率之精確度決定。 現在，我們返回至一較複雜的做為補償得片122AWG 晶片之範例。其參數為：在厚片或星形耦合器3〇,32中之係 數為ns，其如材料之折射係數般改變；相鄰陣列波導26和 10 28間之長度差異為，輸入，輸出和陣列接面上之波導間 之分離分別為ai，ao和a;且星形耦合器30,32之半徑為尺。然 後，對應於從輸入波導p至輸出波導q通過陣列波導m之路徑 之相位差異（全從星形耦合器之中心開始標記）為：
c R R 15 當下列時頻譜中之峰值發生： =2 泖Μ 其中Μ為一整數，對特定頻率範圍之柵之量級。為使補償 發生’當叫改變_，從一ΜΖΙ之一輸入移動至其他題為貝:
c dT 20 Μ必須維持相同，但對其他輸入pj，換句話說，
n2 dT R 200402554 其導致下列狀況 n2 dT dT RZ2 對一 AWG之型參數來說，波導26和28間之ΔΠ為130μηι以提 供所需之補償。 5 在已以有限數目之實施例描述本發明之同時，熟悉技 藝之人士會從其體會到多種不同的修改和變化。預定所附 之申請專利範圍涵蓋落在本發明之實際精神和範圍内之所 有這樣的修改和變化。 【圖式簡單說明3 10 第1圖為一本發明之一實施例之示意說明。 【圖式之主要元件代表符號表】 1〇，12…晶片 22,24…輸出埠 14…輸入埠 23…耦合器 15…耦合器 26,28…輸入波導 16…蜂 30,32…麵合器 18,20…臂 34,34a-34d···輸出波導

Claims (1)

  1. 200402554 拾、申請專利範圍： 1. 一種補償一波導之方法，其包含： 提供一具有第一折射係數之干涉波導裝置； 提供一具有第二折射係數之補償波導裝置；以及 5 將補償波導裝置之一輸出耦合至該干涉波導裝置 之一輸入。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其包括將該補償波導裝 置之多個輸出麵合至該干涉波導裝置之多個輸入。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其包括視溫度而定，使 10 得該補償波導裝置之輸出從一輸出改變至其他。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其包括將該補償波導裝 置之輸出導引至在該干涉波導裝置上之一不同的輸入。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其包括在該干涉波導裝 置之每個輸入上提供二個不同的波導。 15 6.如申請專利範圍第5項之方法，其包括提供該輸入波導 之每一個以一不同長度以補償司的溫度。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其包括使用一具有二個 輸出之Mach-Zehnder干涉計來做為補償波導裝置。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其包括將該 20 Mach-Zehnder干涉計耦合至一陣列波導以提供對該陣 列波導之溫度補償。 9. 一種光波導，其包含： 一具有第一折射係數之干涉波導裝置； 一具有第二折射係數之補償波導裝置;以及 11 200402554 該補償波導裝置之一輸出耦合至該干涉波導裝置 之一輸入。 10. 如申請專利範圍第9項之波導，其中該補償波導裝置包 括多個輸出，且該干涉波導具有多個輸入，且該等輸出 5 合至該等輸入。 11. 如申請專利範圍第10項之波導，其中一來自該波導裝置 之一輸出訊號視溫度而定，從一輸出改變至其他。 12. 如申請專利範圍第11項之波導，其中該波導裝置之輸出 訊號被導引至在該干涉波導裝置上之一不同的輸入。 10 13.如申請專利範圍第12項之波導，其包括在該干涉波導裝 置上之二個不同輸入上之二個不同的波導。 14. 如申請專利範圍第13項之波導，其中該不同的波導具有 不同長度以補償不同的溫度。 15. 如申請專利範圍第9項之波導，其中該補償波導裝置為 15 一具有二個輸出之Mach-Zehnder干涉計。 16. 如申請專利範圍第15項之波導，其中該Mach-Zehnder干 涉計耦合至一陣列波導以提供對該陣列波導之溫度補 償。 12
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