TW201524147A - 用於被動式光纖網路之波長路由器 - Google Patents

Abstract

一種被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器，該AWG路由器可用以針對其波長頻道中之一波長頻道實施波長路由器及3-dB功率分裂器之雙功能性，同時針對其他波長頻道充當習知波長路由器。該被動式AWG路由器可有利地用於(例如)WDM-PON系統中，以減少正用以將光信號自位於服務提供者之中心站處之光纖線路終端機經由該被動式AWG路由器廣播至靠近終端使用者定位之複數個光纖網路單元的各種波長頻道之間的插入損耗差異。

Description

用於被動式光纖網路之波長路由器

本發明係關於光學通信設備，且更特定言之(但非排他地)係關於被動式波長路由器。

此部分介紹可幫助促進對本發明之較好理解之態樣。因此，應按此角度閱讀本部分之敍述且不應將其理解為承認何物為先前技術或何物並非先前技術。

亦被稱為「第一哩網路」之存取網路將服務提供者之中心站連接至商業及住宅用戶。存取網路在文獻中有時亦被稱為用戶存取網路或本地迴路。存取網路中之頻寬需求已經快速增加，例如，因為住宅用戶期待第一哩存取解決方案提供高頻寬且提供豐富媒體服務。類似地，企業使用者要求寬頻帶基礎結構，該等使用者可經由該基礎結構將其區域網路可靠地連接至網際網路基幹。

被動式光纖網路(PON)為通常可提供比(例如)傳統之基於銅之存取網路高得多之頻寬的基於光纖之存取網路。在PON中併入分波長多工(WDM)進一步增加可用頻寬。然而，部分歸因於WDM-PON之與習知系統相比較高之成本且部分歸因於用以支援各種商業上可行之WDM-PON架構的不成熟之器件技術及未充分開發之網路協定及軟體，WDM-PON尚未被廣泛商業化。

本文中揭示一被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器之各種實施例，AWG路由器可用以針對其波長頻道中之一波長頻道實施波長路由器及3-dB功率分裂器之雙功能性，同時針對其他波長頻道充當習知波長路由器。該被動式AWG路由器可有利地用於(例如)WDM-PON系統中以減少正用以將光信號自位於服務提供者之中心站處之光纖線路終端機經由該被動式AWG路由器廣播至靠近終端使用者定位之複數個光纖網路單元的各種WDM頻道之間的插入損耗差異(亦即，具有最大插入損耗之波長與具有最小插入損耗之波長之間的插入損耗之差)。

根據一個實施例，提供一種包含一被動式AWG路由器(例如，210、300)之裝置。該被動式AWG路由器包含：(i)一第一光學星形耦合器(例如，320)，一第一光波導(例如，308)耦接至該第一耦合器之一第一邊緣(例如，318)及光波導(例如，330)之一第一橫向陣列耦接至該第一耦合器之一相反第二邊緣；及(ii)一第二光學星形耦合器(例如，340)，光波導之該第一橫向陣列耦接至該第二耦合器之一第一邊緣及光波導(例如，360)之一第二橫向陣列耦接至該第二耦合器之一相反第二邊緣(例如，338)。該被動式AWG路由器經組態以將施加至該第一光波導之一第一載波波長路由至該第二橫向陣列之一第一光波導(例如，360_A)及該第二橫向陣列之一第二光波導(例如，360_E)兩者，該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導藉由在該第二橫向陣列中定位於該兩者之間的至少一其他光波導(例如，360_C)彼此隔開。

根據另一實施例，提供一種包含一被動式波長路由器之裝置。該被動式波長路由器包含：一光柵；一第一光學埠，其在該光柵之一第一側處以光學方式耦接至該光柵；及第二光學埠之一線性陣列，該等第二光學埠在該光柵之一第二側處以光學方式耦接至該光柵。該被動 式波長路由器經組態以將施加至該第一光學埠之一第一載波波長路由至該等第二光學埠中之一第一埠及該等第二光學埠中之一第二埠兩者，該等第二光學埠中之該第一光學埠及該第二光學埠藉由在該線性陣列中定位於該兩者之間的第二光學埠中之至少一另一光學埠彼此隔開。該光柵可為(例如)中階梯光柵或陣列化波導光柵。

100‧‧‧分波長多工(WDM)-被動式光纖網路(PON)系統

110‧‧‧光纖線路終端機(OLT)

112‧‧‧分波長多工(WDM)傳輸器

114‧‧‧分波長多工(WDM)接收器

116‧‧‧(1×N)波長解多工器(DMUX)

118‧‧‧光學偵測器

120‧‧‧光學循環器

124‧‧‧光學饋送器光纖

128‧‧‧埠

130‧‧‧被動式波長路由器

132₁-132_N‧‧‧埠

140‧‧‧(1×K)被動式光學分裂器/組合器

160‧‧‧光纖網路單元(ONU)

162‧‧‧光學循環器

164‧‧‧光學傳輸器

166‧‧‧光學接收器

170₁-170_N‧‧‧光纖網路單元(ONU)之群組

200‧‧‧平面波導電路

202‧‧‧共用平面基板

208‧‧‧埠

210‧‧‧被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器

220_A-220_E‧‧‧光功率分裂器/組合器

300‧‧‧被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器

308‧‧‧光波導

318‧‧‧耦合器之邊緣

320‧‧‧星形耦合器

330‧‧‧光波導之橫向陣列

338‧‧‧耦合器之邊緣

340‧‧‧星形耦合器

360_A-360_E‧‧‧光波導

402-406‧‧‧光條

410‧‧‧雙頭箭頭

412‧‧‧虛線

420‧‧‧曲線

422‧‧‧虛線

424‧‧‧虛線

430_A-430_D‧‧‧垂直棒

460_A-460_E‧‧‧垂直棒

500‧‧‧電路部分

522‧‧‧虛線

524‧‧‧虛線

538‧‧‧耦合器之邊緣

540‧‧‧星形耦合器

560_A-560_E‧‧‧波導

620‧‧‧曲線

622‧‧‧虛線

624‧‧‧虛線

670‧‧‧傳輸曲線

a‧‧‧波導之間的空間分離

圖1展示根據本發明之一個實施例的WDM-PON系統之方塊圖；圖2展示根據本發明之一個實施例的可用於圖1之WDM-PON系統中之平面波導電路之方塊圖；圖3示意地展示根據本發明之一個實施例的可用於圖2之平面波導電路中之AWG路由器之佈局；圖4A至圖4B以圖形說明選擇圖3之AWG路由器中之波導位置之代表性方法；圖4C以圖形說明根據本發明之一個實施例的選擇圖3之AWG路由器中之波導位置之方法；圖5示意地展示根據本發明之一個實施例的可用以實施圖3中所展示的被動式AWG路由器之對應部分的電路部分之佈局；及圖6以圖形說明根據本發明之一個實施例的可能AWG路由器設計。

本發明之各種實施例之其他態樣、特徵及益處將以實例方式自以下詳細描述及附圖變得更完全顯而易見。

習知被動式光纖網路(PON)為點對多點、光纖到戶(fiber-to-the-premises)網路架構，其中將不被供電的被動式光學分裂器用以使單一光纖能夠伺服多個用戶(通常16-128)。典型PON包括在服務提供者之中心站(CO)處之光纖線路終端機(OLT)及靠近終端使用者之複數個光 纖網路單元(ONU)。借助於被動式光學分裂器，光學載波由ONU共用。下行鏈路信號經廣播至所有ONU。上行鏈路信號係使用多重存取協定(通常，分時多重存取(TDMA))來路由。PON有利地減少光纖及中心站設備之量，例如，與點對點架構所需之量相比。然而，習知PON中之ONU之數目受系統之光功率預算限制，該預算取決於光纖及組件之損耗及被動式光學分裂器造成之衰減。因此，PON系統非常需要將信號輸送損耗保持為最小。

在分波長多工PON(WDM-PON)中，在同一光纖基礎結構上使用多個載波波長，藉此提供可擴充性。在一個WDM-PON架構中，將多個載波波長用以將ONU配置到若干虛擬PON中。更特定言之，該等虛擬PON中之每一者經組態以使用一各別專用載波波長或載波波長之集合，但在其他方面如習知PON一樣操作，如上文所指示。其他WDM-PON架構亦係可能的。

圖1展示根據本發明之一個實施例的WDM-PON系統100之方塊圖。系統100具有經組態以使用N個載波波長(λ₁、λ₂、...、λ_N)而與複數個ONU 160通信之OLT 110。OLT 110包括WDM傳輸器112及WDM接收器114，該兩者皆經由光學循環器120耦接至光學饋送器光纖124。WDM傳輸器112經組態以使用N個不同各別載波波長將下行鏈路信號廣播至ONU 160之N個群組170₁-170_N。WDM接收器114經類似組態以自ONU群組170₁-170_N接收上行鏈路信號。WDM接收器114在圖1中說明性地展示為包含(1×N)波長解多工器(DMUX)116及N個光學偵測器118之一陣列。在代表性實施例中，光纖饋送器光纖124具有介於約1km與約20km或更長之間之長度。

光學饋送器光纖124經組態以將OLT 110連接至被動式波長路由器130。路由器130經設計以基於波長來路由光信號且在路由器之第一側具有單一埠128且在路由器之第二側具有N個埠132₁-132_N之一集合。 波長λ₁在埠128與埠132₁之間路由；波長λ₂在埠128與埠132₂之間路由；波長λ₃在埠128與埠132₃之間路由，等。路由器130針對下行鏈路信號作為(1×N)波長解多工器操作且針對上行鏈路信號作為(N×1)波長多工器操作。

多達N個ONU群組170_n中之每一者經由各別(1×K)被動式光學分裂器/組合器140而耦接至路由器130之埠132₁-132_N之各別埠，其中n=1,2,...,N。光學分裂器/組合器140針對下行鏈路信號作為功率分裂器操作且針對上行鏈路信號作為功率組合器操作。ONU群組170_n之多達K個ONU 160_nk中之每一者耦接至光學分裂器/組合器140_n之各別埠(如圖1中所指示)且經組態以使用各別載波波長λ_n操作，其中k=1,2,...,K。在代表性實施例中，K可在4與128之間。在各種替代實施例中，不同ONU群組170之數目可小於或等於N，且每一ONU群組170_n可獨立地具有小於或等於K個不同ONU 160。

在代表性實施例中，每一ONU 160包括光學循環器162、光學傳輸器164及光學接收器166。光學循環器162經組態以(i)將下行鏈路信號自對應分裂器/組合器140導引至光學接收器166且(ii)將上行鏈路信號自光學傳輸器164導引至對應分裂器/組合器140。ONU 160之光學傳輸器164及光學接收器166兩者經組態以使用相同之對應載波波長操作。舉例而言，ONU群組170₁中的光學傳輸器164中之每一者及光學接收器166中之每一者經組態以使用載波波長λ₁操作。類似地，ONU群組170_N中的光學傳輸器164中之每一者及光學接收器166中之每一者經組態以使用載波波長λ_N操作，等。光學循環器162之使用防止對應ONU 160中之上行鏈路信號與下行鏈路信號之間的衝突。分時多工之使用(例如，經由合適TDMA協定)防止在WDM接收器114處由同一ONU群組170之不同ONU 160產生之上行鏈路信號之間的衝突。

在替代實施例中，每一ONU群組170可經組態以將不同各別載波 波長用於上行鏈路信號及下行鏈路信號，其限制條件為：在OLT 110處實施對應組態修改。光學循環器162可接著由(例如)光學通帶或二向色濾光片替換。路由器130之特定實施例允許在不要求改變WDM-PON系統100之整體架構之情況下，實現此不對稱上行鏈路/下行鏈路波長組態。參看圖2至圖6在下文較詳細地描述操作及特定賦能實體結構之相關原理。在一個實施例中，WDM-PON系統100經組態以操作，使得所有下行鏈路信號位於靠近1.55μm之譜帶中，且所有上行鏈路信號位於靠近1.3μm之譜帶中。為了使此實施例正確操作，具有波長相依性回應之各種相關系統組件(諸如，例如，循環或週期性光學濾光片)需要在相對寬之波長範圍上維持其功能性。

圖2展示根據本發明之一個實施例的可在系統100中使用之平面波導電路200之方塊圖。更特定言之，圖2中所展示之電路200之實施例可用以在對應於N=4(用於4個波長，雖然器件具有5個埠：A-E)且K=6之系統100之實施例中替換路由器130及分裂器/組合器140₁-140_N。一般熟習此項技術者將理解，電路200之各種其他實施例可用以實施對應於其他N值及/或K值之系統100之各種各別實施例。

電路200包括全部實施於共用平面基板202上之被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器210及五個光功率分裂器/組合器220_A-220_E。AWG路由器210經說明性地展示為在其第一側處具有單一埠208且在其第二側處具有標記為A-E之五個埠之集合。埠A及埠E在其波長路由組態方面相互等效，該等埠中之每一者經組態以處置具有載波波長λ₁之信號。更特定言之，若具有載波波長λ₁之光信號經施加至埠208，則彼信號之所傳輸光功率之標稱上的一半被路由至埠A且彼信號之所傳輸光功率之標稱上的一半被路由至埠E。因此，對於具有載波波長λ₁之下行鏈路光信號而言，AWG路由器210具有波長路由器及3-dB光功率分裂器之雙功能性。對於施加至埠A及埠E之具有載波波長λ₁之上行 鏈路光信號而言，AWG路由器210具有波長路由器及光功率組合器之雙功能性。

埠A耦接至光功率分裂器/組合器220_A。埠E類似地耦接至光功率分裂器/組合器220_E。功率分裂器/組合器220_A及220_E中之每一者為(1×3)光功率分裂器/組合器。因此，對於具有載波波長λ₁之下行鏈路光信號而言，電路200執行一對六功率分裂。若電路200部署於系統100中，則光功率分裂器/組合器220_A之三個周邊埠及光功率分裂器/組合器220_E之三個周邊埠可經組態(例如)以將下行鏈路信號導引至ONU群組170₁之多達六個各別ONU 160(參見圖1)；且自ONU群組170₁之多達六個各別ONU 160(參見圖1)接收上行鏈路信號。

對於具有載波波長λ₂、λ₃及λ₄之光信號而言，AWG路由器210僅具有波長路由器之習知功能性。更特定言之，波長λ₂在埠208與埠B之間路由；波長λ₃在埠208與埠C之間路由；且波長λ₄在埠208與埠D之間路由。埠B-D分別耦接至光功率分裂器/組合器220_B-220_D。光功率分裂器/組合器220_B-220_D中之每一者為(1×6)光功率分裂器/組合器。因此，對於具有載波波長λ₂、λ₃及λ₄之下行鏈路光信號而言，電路200對該等波長中之每一者執行一對六功率分裂。若電路200部署於系統100中，則光功率分裂器/組合器220_B-220_D中之每一者之六個周邊埠可經組態(例如)以將下行鏈路信號分別導引至ONU群組170₂-170₄之多達六個各別ONU 160(圖1中未清楚展示)且自ONU群組170₂-170₄之多達六個各別ONU 160(圖1中未清除展示)接收上行鏈路信號。視系統規格而定，不同光功率分裂器/組合器220可經設計以針對各別波長實施不同的各別分裂比。

在系統100中使用電路200之各種實施例之代表性益處/優點將根據(例如)參看圖4B至圖4C在下文提供之描述變得更完全顯而易見。

圖3示意地展示根據本發明之一個實施例的可用作為AWG路由器 210(圖2)之被動式AWG路由器300之佈局。被動式AWG路由器300在其第一側處具有波導308且在其第二側處具有五個波導360_A-360_E。波導360_A-360_E經配置成平面橫向陣列。AWG路由器300中之波導308對應於AWG路由器210中之埠208。AWG路由器300中之波導360_A-360_E分別對應於AWG路由器210中之埠A-E。

AWG路由器300具有藉由波導330之橫向陣列連接的兩個波導耦合器(有時亦被稱為星形耦合器、平面區域或厚片)320及340。不同波導330具有不同各別長度，其中該等長度通常自圖3之底部向頂部增加。波導308之末端位於星形耦合器320之邊緣318處。波導360_A-360_E之末端位於星形耦合器340之邊緣338處。波導360_A-360_E之末端經置放於之位置係基於本發明概念來選擇且不同於代表性先前技術位置。在下文參看圖4A至圖4C提供此置放之解釋。

在一個實施例中，波導308、330及360之核心及耦合器320及340之本體係由相同材料製成，該材料具有比核心及耦合器周圍之包覆材料高之折射率。代表性核心材料為經摻雜氧化矽。

圖4A至圖4C以圖形說明選擇AWG路由器300中之波導位置之方法。

陣列化波導光柵(諸如，用以實施AWG路由器300之波導光柵)通常經設計成以相對較高之繞射階數(諸如，約第二十或第三十繞射階數)操作。若陣列化波導光柵係針對第m繞射階數而設計，則其通常對於若干鄰近階數(諸如，第(m-1)及第(m+1)繞射階數)具有相當之繞射效率。對應於不同鄰近繞射階數之光可在空間上重疊。

圖4A以圖形展示由在星形耦合器之對應邊緣(諸如，AWG路由器300中之星形耦合器340之邊緣338(參見圖3))處之陣列化波導光柵產生的三個代表性分散之光條402-406。圖4A中之水平軸線表示沿著星形耦合器之邊緣之空間座標(例如，以圖3中針對邊緣338之虛線所指示 之方式)。為清楚起見，將條402-406展示為相對於彼此垂直偏移。實際上，條402-406將在空間上疊加。條402對應於第(m-1)繞射階數。條404對應於第m繞射階數。條406對應於第(m+1)繞射階數。

雙頭箭頭410指示光柵之布里元(Brillouin)區之寬度(W _BZ )。此寬度可定義為同一波長之兩個例項(但對應於兩個鄰近繞射階數)之間的空間偏移(例如，以微米量測)，如圖4A中所指示。光柵之自由光譜範圍(FSR)可定義為對應於兩個鄰近繞射階數的兩個空間疊加之波長之間的光譜分離(例如，以Hz或nm為單位)。舉例而言，具有藉由虛線412在圖4A中指示之座標x ₀之空間位置接收來自第m繞射階數(或條404)之波長λ_X及來自第(m+1)繞射階數(或條406)之波長λ_Y。以nm為單位表示之FSR值因此為λ_X-λ_Y。熟習此項技術者將理解，以頻率單位表示之FSR值可(例如)藉由nm至Hz之適當轉換而獲得。

現參看圖4B及圖4C，此等圖中之每一者中之曲線420展示沿著光柵之星形耦合器之對應邊緣(諸如，圖3中之星形耦合器340之邊緣338)量測的光柵之代表性傳輸特性。請注意，曲線420具有鐘形形狀。曲線420之中間部分相對平坦。垂直虛線422及424標記曲線420之兩個3-dB(50%)衰減點之位置。熟習此項技術者將理解，虛線422與424之間的距離等於W _BZ (如上文參看圖4A箭頭410定義的光柵之布里元區之寬度)。

當AWG設計者選擇沿著星形耦合器之邊緣之位置以用於置放對應波導末端時，非常重視曲線420之形狀。一個原因為，系統規格通常要求光柵之不同波長頻道在規定之規則間隔的頻率柵格上且不同波長頻道之間的插入損耗差異小於規定之相對較小臨限值。此等兩個需求通常被解譯為偏好將波導末端置放於曲線420之中間的相對平坦部分內且儘可能遠離由虛線422及424指示之布里元區(BZ)邊緣。

圖4B中之垂直棒430_A-430_D指示波導末端之一個可能置放，其滿 足經設計具有等於四個頻道間頻率間隔之FSR之陣列化波導光柵的上文指示之準則。棒430_A-430_D之經填充部分指示根據傳輸曲線420在各別位置處接收之相對光功率。雙頭箭頭432指示對應於波導末端之此置放之插入損耗差異。請注意，由箭頭432指示之插入損耗差異可在由棒430_A-430_D表示之整個棒梳狀物稍微向右移動之情況下稍微減小，使得棒430_A及430_D變得分別與線422及424等距。

圖4C中之垂直棒460_A-460_E指示根據本發明之一個實施例的波導末端之置放。此置放與圖4B中所展示之置放之不同之處在於，該等棒中之兩個(亦即，棒460_A及460_E)直接置放於由虛線422及424指示之BZ邊緣處。類似於圖4B，圖4C中之棒460_A-460_E之經填充部分指示根據傳輸曲線420在各別位置處接收之相對光功率。

位於圖4C中之橫座標下的表按繞射階數列出在對應於棒460_A-460_E之位置中之每一者處接收之波長。所列波長經由方程式(1)彼此相關：f _i =f ₀+i△F (1)

其中i為整數；f _i 為對應於波長λ _i 之頻率；f ₀為對應於波長λ₀之頻率；且△F為常數(代表頻率間隔)。在一個實施例中，△F=100GHz。

對該表之檢驗揭露：對應於棒460_A及460_E之位置皆接收波長λ₁及λ₅。更特定言之，對應於棒460_A之位置接收分別來自第m及第(m+1)繞射階數之波長λ₁及λ₅。對應於棒460_E之位置接收分別來自第(m-1)及第m繞射階數之波長λ₁及λ₅。在波長λ₁下由光柵傳輸之總光功率由棒460_A及460_E之經填充部分之總和表示，且因而非常接近由棒460_C之經填充部分表示的在波長λ₃下傳輸之光功率。類似觀測適用於波長λ₅。

若將圖4C之波導組態用以路由具有載波波長λ₁-λ₄之信號，則所得有效插入損耗差異可由箭頭462表示，該等箭頭考慮到棒460_A及460_E之經填充部分可合計之事實。藉由比較箭頭432(圖4B)與箭頭 462(圖4C)，吾人發現，圖4C之波導組態有利地提供比圖4B之波導組態小之插入損耗差異。亦值得注意的是，插入損耗差異之此減少係在不將任何額外損耗引入至其他埠中之任一者之情況下達成。除了較小之插入損耗差異之外，圖4C之波導組態亦提供3-dB分裂器功能性，其可用於平面波導電路200(圖2)及系統100(圖1)中，如上文已指示。

對圖4C中之表之進一步檢驗揭露：圖4C之波導組態使得能夠將不同各別波長用於對應於ONU群組170(參見圖1)中之每一者之上行鏈路信號及下行鏈路信號。舉例而言，對於ONU群組170₁，波長λ₁可用於下行鏈路信號(如圖1中已指示)且波長λ₅可用於上行鏈路信號。歸因於光柵之循環波長回應，相對直接地是表明任何波長λ_q=λ₁+q×FSR(其中q為整數)將滿足用作上行鏈路信號之載波波長之約束。對於ONU群組170₂(圖1中未清楚展示)，波長λ₂可用於下行鏈路信號(如圖1中已指示)且波長λ₆及/或波長λ_-2可用於上行鏈路信號，等。類似地，任何波長λ_p=λ₂+p×FSR(其中p為整數)將滿足用作頻道號2之上行鏈路信號之載波波長之約束。此特性在WDM-PON系統中很重要，在WDM-PON系統中，下游及上游波長被指派給兩個不同波長帶。此外，在此WDM-PON系統中，被動式波長路由器之循環回應顯著減小傳輸器164(圖1)中之雷射需要具有的調諧範圍。事實上，在一個實施例中，每一傳輸器164可在僅橫跨被動式波長路由器之一個FSR之總範圍上可調諧且仍能夠產生被接受載波波長之一者，而不管彼波長之絕對值如何。此特性極大地減小傳輸器164之複雜性，此促進伴隨的成本降低以及功率消耗之減少(後者對WDM-PON應用而言尤其重要)。

圖5示意地展示根據本發明之一個實施例的可用以實施被動式AWG路由器300(圖3)之對應部分的電路部分500之佈局。圖3及圖5中之類似元件具有最後兩位數字相同之標籤。虛線522及524標記光柵之布里元區之邊界且分別類似於圖4C之虛線422及424。邊緣538處的波 導560_A-560_E之末端之位置分別對應於圖4C中之棒460_A-460_E之位置。因此，沿著邊緣538連接波導560_A及560_E之弧之長度為W _BZ 。熟習此項技術者將瞭解，電路部分500有利地具有在其波長頻道之間的相對較小之插入損耗差異，且可用以實施參看圖4C在上文所論述之波長路由組態。

電路部分500之若干其他特徵係值得注意的。舉例而言，星形耦合器540在邊緣538處具有大於光柵之布里元區之寬度之寬度。與之相對照，代表性先前技術星形耦合器具有可能小於光柵之布里元區之寬度。後一性質為儘可能接近光柵之傳輸區域之中間部分地封裝波導之傾向的結果，例如，如已參看圖4B在上文指示。

由規定頻率柵格強加之頻道間頻率間隔△F(參看方程式(1))判定邊緣538處之鄰近波導560之間的空間分離a。具有電路部分500之AWG路由器之上述特性強迫使用一波導組態(其中光柵之布里元區之寬度(W _BZ )近似等於4a)。一般而言，若AWG路由器係針對N個波長頻道而設計且與本發明之特定原理一致，則路由器之波導佈局大體上滿足方程式(2)：W _BZ =Na (2)

與之相對照，歸因於對應波導之可能任意定位(例如，如已參看圖4B在上文指示)，先前技術波導佈局不必滿足方程式(2)。

圖6以圖形說明根據本發明之一個實施例的可能AWG路由器設計變化。更特定言之，圖6中所展示之曲線620為AWG傳輸曲線，其類似於圖4B及圖4C中所展示之傳輸曲線420。虛線622及624標記光柵之布里元區之邊界且分別類似於圖4C之虛線422及424。

一般而言，不同AWG設計產生不同傳輸曲線。舉例而言，頒予Corrado P.Dragone的共同擁有之美國專利第6,873,766號揭示了以類似於圖6中所展示之傳輸曲線670之扁平傳輸曲線為特徵之AWG設計。 此專利係以全文引用方式併入本文中。

與產生傳輸曲線620之AWG設計相比，Dragone之設計之一個有益特徵為Dragone之設計允許實現位於光柵之布里元區中間的波導之插入損耗差異之減小。然而，對於相同FSR，兩個設計具有相同W _BZ 及BZ邊界之相同位置，如虛線622及624所指示。本發明之各種實施例(例如，圖4C所例示)可有利地用以有效地將傳輸曲線670之平坦部分實質上一直延伸至BZ邊界。在此意義上，本發明之各種實施例及Dragone之設計相互補充且可以協同方式有利地實施於同一波導電路中。

雖然已參考說明性實施例描述了本發明，但此描述不欲在限制意義上加以理解。

舉例而言，雖然已將電路200(圖2)描述為具有耦接至光功率分裂器/組合器220之AWG路由器210，但其他電路組態亦係可能的。舉例而言，替代連接至光功率分裂器/組合器220_A及220_E，AWG路由器210之埠A及E均可連接至經組態以組合下行鏈路信號之單一光功率組合器。此組態消除了AWG路由器210關於下行鏈路信號之功率分裂器功能性，使得所得電路可作為習知AWG路由器操作，雖然在路由器之不同波長頻道之間有利地具有相對較小之插入損耗差異。

對於合併埠A及埠E(圖2)之電路之正確實施而言，若干額外要點及/或觀察值得考慮，該電路幫助避免在對應組合器中光功率之過度損耗：

(1)若組成波導為單模波導，則相干地組合埠A及埠E係有益的。此暗示一波導組態，其中自位於星形耦合器之邊緣處之波導末端至組合器之光學路徑具有相同光程。亦較佳地，對應光信號之相位受適當控制以使得輸入光能夠有效地耦合至單一輸出波導中。

(2)在將組合器實施為2x1 Y型組合器或對稱2x1多模干涉計(MMI) 時達成最佳結果，例如，因為此等組合器在其各別分支之間不具有固有相位差。與之相對照，2x2光學耦合器之特徵在於必須從外部補償(例如，藉由調整兩個傳入波導之長度差)之90度相位跳躍。然而，歸因於材料折射率分散，不同波導長度對應於稍微不同之相位，且因此耦合效率可變為波長相依的。此波長相依性牽連到其中同時使用1.55μm及1.3μm譜帶之系統組態。

(3)為了達成寬頻操作，波導308最好靠近邊緣318(參見圖3)之中心定位。例如，因為所得空間對稱性實質上迫使波導360_A及360_E之末端處之光學相位相同，故此位置為良好選擇。

(4)相位控制在具有合併至單一多模波導中之兩個單模波導之組合器組態中可能並不需要。在此組態中，來自單模波導之所有光功率可耦合至多模波導之不同模式中，藉此減少可能之耦合損耗。多模波導可足夠短以使得波導中之模式分散之不利影響足夠小。在一個例示性組態中，多模波導可以光電二極體端接，該光電二極體可(例如)為對應WDM接收器之一部分。

雖然已將AWG路由器300(圖3)描述為具有耦接至星形耦合器320之邊緣318之單一波導(例如，波導308)，但具有耦接至該邊緣之多個波導之實施例亦係可能的。舉例而言，可沿著邊緣318置放一或多個額外波導以使得所得AWG路由器為循環AWG路由器。圖3中在波導308旁之兩條虛線指示此等額外波導中之兩個波導之可能位置。此外，使用AWG結構之循環路由性質，所得AWG路由器可經組態以將施加至該等額外光波導中之一者的特定載波波長路由至光波導360_A及光波導360_E兩者。在一個實施例中，可在邊緣338處添加更多波導，例如，分別由圖3中所展示的在波導360_A及360_E旁之兩條虛線指示。

雖然本說明書中所描述之各種例示性AWG路由器係針對四個波長頻道而設計，但本發明之各種實施例並無此限制。透過使用本文中 所揭示之特定發明性態樣，一般熟習此項技術者將能夠設計用於實質上任何所要數目個波長頻道之AWG路由器。

雖然已參考AWG路由器描述了各種實施例，但本發明之原理亦可適用於中階梯光柵。更特定言之，替代在傳輸中使用陣列化波導光柵，中階梯光柵在反射中使用經蝕刻階梯狀光柵。熟習此項技術者將理解，上文參考AWG路由器所描述之輸入埠及輸出埠之定位類似地可適用於中階梯類型路由器。類似於AWG路由器，中階梯類型路由器可整合於矽石材料平台上。

在各種替代實施例中，亦可使用替代材料平台，諸如矽、III-V半導體材料及聚合物材料。

對熟習本發明有關之技術者而言顯而易見的所描述實施例之各種修改以及本發明之其他實施例被認為處於如以下申請專利範圍中所表示的本發明之原理及範疇內。

除非另外清楚說明，否則每一數值及範圍應解譯為近似的，就好像在值或範圍之值前面有詞「約」或「近似」一樣。

將進一步理解，在不脫離如以下申請專利範圍所表示的本發明之範疇之情況下，可由熟習此項技術者作出已被描述並說明以便解釋本發明之性質的零件之細節、材料及配置之各種變化。

雖然以下方法技術要求中之要素(若存在)係以具有對應標記之特定順序陳述，但除非技術要求之陳述另外暗示用於實施彼等要素中之一些或全部之特定順序，否則未必意欲將彼等要素限於以彼特定順序來實施。

本文中對「一個實施例」或「一實施例」之引用意謂結合該實施例所描述之特定特徵、結構或特性可包括於本發明之至少一實施例中。片語「在一個實施例中」在說明書中之各處的出現未必全部指代同一實施例，亦非必定與其他實施例相互排斥之單獨或替代實施例。 相同意義適用於術語「實施」。

遍及詳細描述，未按比例繪製之圖式僅為說明性的且被用以解釋本發明而非限制本發明。諸如高度、長度、寬度、頂部、底部之術語之使用嚴格地用以促進對本發明之描述且不欲將本發明限於特定定向。舉例而言，高度不僅暗示垂直升高限制，而且用以識別如圖中所示之三維結構之三個維度之一。此「高度」在電極係水平之情況下將為垂直的，但在電極係垂直之情況下將為水平的，諸如此類。

亦為了此描述目的，術語「耦接」、「連接」指代此項技術中已知的或稍後將開發之藉以允許能量在兩個或兩個以上元件之間轉移的任何方式，且預期一或多個額外元件之插入，雖然並不作要求。相反地，術語「直接耦接」、「直接連接」等暗示不存在此等額外元件。

本發明可體現於其他特定裝置及/或方法中。所描述實施例應在各個方面被視為僅說明性的而非限制性的。詳言之，本發明之範疇係由附加之申請專利範圍而非由本文中之描述及圖來指示。在申請專利範圍之均等物之意義及範圍內之所有變化將包含於申請專利範圍之範疇內。

描述及圖式僅說明本發明之原理。因此將瞭解，一般熟習此項技術者將能夠設計體現本發明之原理且包括於本發明之精神及範疇內之各種配置，雖然該等配置未於本文中清楚描述或展示。此外，本文中所陳述之所有實例清楚地主要意欲僅用於輔助讀者理解發明者貢獻以增進此項技術的本發明之原理及概念之教育目的，且應解釋為不限於此特別陳述之實例及條件。此外，本文中陳述本發明之原理、態樣及實施例以及其特定實例之所有敍述意欲涵蓋其均等物。

在申請專利範圍中使用圖號及/或圖參考標記意欲識別所主張標的物之一或多個可能實施例以便促進對申請專利範圍之解釋。此使用不應被解釋為必定將彼等技術要求之範疇限於對應圖中所展示之實施 例。

200‧‧‧平面波導電路

202‧‧‧共用平面基板

208‧‧‧埠

210‧‧‧被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器

220_A-220_E‧‧‧光功率分裂器/組合器

Claims (7)

1. 一種裝置，其包含一被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器，該被動式AWG路由器包含：一第一光學星形耦合器，一第一光波導耦接至該第一耦合器之一第一邊緣及光波導之一第一橫向陣列耦接至該第一耦合器之一相反第二邊緣；及一第二光學星形耦合器，光波導之該第一橫向陣列耦接至該第二耦合器之一第一邊緣及光波導之一第二橫向陣列耦接至該第二耦合器之一相反第二邊緣；其中該被動式AWG路由器經組態以將施加至該第一光波導之一第一載波波長路由至該第二橫向陣列之一第一光波導及該第二橫向陣列之一第二光波導兩者，該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導由在該第二橫向陣列中定位於該兩者之間的至少一其他光波導彼此隔開；且其中該被動式AWG路由器進一步經組態以將施加至該第一光波導之一第二載波波長路由至該第二橫向陣列之一第一光波導及該第二橫向陣列之該第二光波導兩者，該第二載波波長與該第一載波波長偏移該被動式AWG路由器之一以波長單位表示之自由光譜範圍。
2. 一種裝置，其包含一被動式陣列化波導光柵(AWG)路由器，該被動式AWG路由器包含：一第一光學星形耦合器，一第一光波導耦接至該第一耦合器之一第一邊緣及光波導之一第一橫向陣列耦接至該第一耦合器之一相反第二邊緣；及一第二光學星形耦合器，光波導之該第一橫向陣列耦接至該第 二耦合器之一第一邊緣及光波導之一第二橫向陣列耦接至該第二耦合器之一相反第二邊緣；其中該被動式AWG路由器經組態以將施加至該第一光波導之一第一載波波長路由至該第二橫向陣列之一第一光波導及該第二橫向陣列之一第二光波導兩者，該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導由在該第二橫向陣列中定位於該兩者之間的至少一其他光波導彼此隔開；且其中該裝置進一步包含一光功率組合器，該光功率組合器耦接至該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二橫向陣列之該第二光波導且經組態以組合從該第二橫向陣列之該第一及第二光波導接收之光功率。
3. 如請求項2之裝置，其中該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導彼此隔開標稱一等於該被動式AWG路由器之布里元區寬度之距離，該距離係沿著該第二光學星形耦合器之該第二邊緣量測。
4. 如請求項3之裝置，其中該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導與該第一邊緣之中心等距。
5. 如請求項2之裝置，其中該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二光波導由在該第二橫向陣列中定位於該兩者之間的複數個規則間隔之光波導彼此隔開。
6. 如請求項2之裝置，其中該被動式AWG路由器經進一步組態以將施加至該第一光波導之一第二載波波長路由至該第二橫向陣列之該第一光波導及該第二橫向陣列之該第二光波導兩者，該第二載波波長與該第一載波波長偏移該被動式AWG路由器之一以波長單位表示之自由光譜範圍。
7. 如請求項2之裝置，其中該被動式AWG路由器進一步包含具有一 平坦表面之一基板，其中該第一光學星形耦合器、該第二光學星形耦合器及該光功率組合器實施於該基板上。