TWI276855B - Reducing the temperature sensitivity of optical waveguide interference filters - Google Patents

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Description

1276855 玖、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域】 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。 t先前技4标]I 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’其基本上是由碎土或 ίο 矽所製造的。其主要缺點之一為在用來形成電路之材料中 折射率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 因此，建造溫度不敏感波導電路是有利的。有幾個方 法形成一滯溫裝置，其沒有一個是完全令人滿意的。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。 其他方法使用一具有不同斜率之折射率溫度相關性之 20 材料。這樣的材料之一範例為一聚合物，諸如石夕樹脂。穿 過波導蝕刻槽且將之填以聚合物。此方法之不利在於槽會 因為衍射而造成高的插入損失。又，在一晶片中結合二材 料減少了晶圓良率和可靠性，且使得程序更為複雜，且因 此更為昂貴。 1276855 同h正在發展_全由聚合物所構成之波導。在此情 況中’其可％修改聚合物之參數使之適於實财分小的溫 度相關性。_，到目冑，财土波導裝置相比，在性能 和可靠性上，聚合物波導裝置已失敗了。 如此，有對減少光波導干涉淚波器之溫度敏感度之方 式之需求。 5 【考务明内】 -種補償-波導之方法，其包含：提供—具有第一折 射率之干涉波‘裝置；提供一具有第二折射率之補償波導 10衣置’以及將補 >[員波導裝置之一輸出搞合至該干涉波導裝 置之一輸入。 圖式簡單說明 第1圖為一本發明之—實施例之示意說明。 t實方方式]j 15 較佳實施例之 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1圖中在本發明之一實 施例中所示的。補償晶片1〇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由諸如石夕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 10、12間之干涉之損失十分小（例如降至〇 2d]B，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 1276855 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搞合器15將之柄合至臂18和20。其他埠μ亦可連接至 耦合器15。一對輸出埠22和24可連接至一輸出輕合器。 以由矽土構成之補償晶片10以作用如一陣列波導拇 5 (AWG)之範例來說明此原理。補償晶片1〇可包括輪入波導 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之多個輪出波導34。 補償晶片10可為一諸如矽土之材料，其具有_對溫产 之折射率導數。補償晶片12可為一諸如聚合物之材料，其 10 具有相反和較大的折射率導數。 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埠22或24。因此，來自輸出璋 22或24之輸出訊號進入補償晶片1〇之不同之輸入波導％或 28 〇 15 選擇補償晶片之光學特性，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1〇之溫度敏感度。 因為例如在一聚合物中，對溫度之折射率導數之大的 絕對值，所以可使在晶片12tMzi之二臂18、2〇間對於產 生從波導22至波導24之輸出位移為必要之長度差異十分的 1276855 小。因此，晶片12在例如使用一聚合物材料之實施例中可 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之相對小的 5 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，一由石夕土構成作用如一 Mach-Zehnder干涉計（MZI)之補償晶片1 〇可由一型式為一 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，且有效型式係數為叫，其中i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之材料之折射率之改變。然後，在 每個干涉計中之相位差為· 27m：AL; 27ivnsAL; Λ Λ. _ _—L 一 ί _人 η 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·· __ c 5 FSR (n]ALl +n2AL2) 為了簡化，忽略熱脹，相位必不隨溫度改變： 20 么从+也AL2:0，
dT dT 因此對lOOGhz來說，在一由晶片10所實現之石夕土MZI中之 1276855 長度差異（△〇將為2mm，但在補償晶片12中，長度差異只 為54μπι。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，則矽土之折射率 改變An=8.5xlCT4,且相位改變6.9rad，即頻譜位移超過一個 5 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12之AWG 晶片之範例。其參數為：在厚片或星形耦合器30、32中之 係數為ns，其如材料之折射率般改變；相鄰陣列波導26和 10 28間之長度差異為AL，輸入，輸出和陣列接面上之波導間 之分離分別為a" a。和a ;且星形耦合器30、32之半徑為 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： 不 Ζ7Γν . . _ ηηαα. παααη χ Φ网=——m(n2AL +」^ +」^·)，
c R R 15 當下列時頻譜中之峰值發生： ^pmq=2mnM ? 其中Μ為一整數，對特定頻率範圍之栅之量級。為使補償 發生，當％改變π時，從一ΜΖΙ之一輸入移動至其他ΜΖΙ為：
2vALj dnx c dT ΔΓ = 1， 20 M必須維持相同，但對其他輸入p-1，換句話說， M dn2 AT | vnsaaj ^ 〇，
/? 2 dT R 1276855 其導致下列狀況： M dn2 dnx 2nsaaiALl n2 dT dT Rl2 0 對一 AWG之型參數來說，波導26和28間之ALi為130μπι以提 供所需之補償。 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。 L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】 10、12…晶片 14…輸入埠 15…搞合器 16…璋 18、20···臂
22、24…輸出埠 23…耦合器 26、28…輸入波導 30、32…耦合器
34、34a-34d…輸出波導 10

Claims (1)

  1. ^76855 拾、申請專利範圍·· 〗·-種:償-波導之方法’其包含下列步驟： =-具有第-折射率之干涉波導裝置; 5 10 15 將二Γ第二折射率之補償波導裝置，·以及 之-輸入。 輪出叙合至該干涉波導裝置 2·如申請專利範圍第i項之 置之多包括將該補償波導裝 夕们輪出轉合至該干涉波導袭置之多個輪入。 .如申請專利範圍第2項 ^ ^ 方法，其包括視溫度而定，使 波導裝置之輸出從—輪出改變至其他。 如申明專利範圍第3項之方 置之輸出她在該干涉_置:褒 5.如申請專利範圍第4項之方法，盆仏之一』不同的輸入。 w ^ /、匕括在该干涉波:導裝 置之母個輸入上提供二個不同的波導。 6·=料職圍第5奴方法，其包括提健輸入波導 之母一個以—不同長度以補償司的溫度。 7. ^請專利範圍第1項之方法，其包括使用一具有二個 =置，策德_‘Zeh，干涉計來做為補償 8. =請專利範圍第7項之方法，其包括將該馬 干涉計搞合至-_料㈣供對該陣财 補償。 反 9· 一種光波導，其包含： -具有第-折㈣之干涉波導裝置； 20 1276855 - 之一輸入 一具有第二折射率之補償波㈣置；以及 該補償波導裝置之-輸㈣合至該干涉波導裝置 於入-10.如申請專利範圍第9項之波導，其中該補償波導裝置包 5括多個輸出，且軒涉波導具有多個輸人，且該等輸出. 合至该寻輸入。 11·如申請專利範圍第Η)項之波導，其中—來自該波導裝置 之輸出況號視溫度而定，從—輸出改變至其他。 12·如申請專利範圍第山員之波導，其中該波導裝置之輸出 3 訊號被導引至在該干涉波導裝置上之-不同的輸入。 I3.如申請專利範圍第U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。 汝申明專利範圍第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。 女申叫專利範圍第9項之波導，其中該補償波導裝置為 具有一個輸出之馬赫-策德爾干涉計。 16·如申請專利範圍第15項之波導，其中該馬赫-策德爾干 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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