TWI415411B - Single stage 1 × 5 grating auxiliary wavelength multiplex structure - Google Patents

Description

單級1×5光柵輔助波長多工結構

本發明係有關於一種單級1x5光柵輔助波長多工結構，尤指涉及一種能應用在晶片間光互連之核心元件-單晶片光收發器之多工與解多工之波長多工器之上，特別係指使用一般光柵即可單級同時五通道波長多工，產生近似理想之矩形帶通濾波頻帶，並擁有短小尺寸之單級1x5五通道波長多工結構者。

晶片間之光互連，其晶片主要以絕緣層上矽(Silicon-on-Insulator)晶圓製作，且單晶片集成；晶片間光互連之核心元件，即為光收發器；而光收發器之核心元件，即為波長多工器，與該波長多工器有關之習用技術主要分為三種結構，分別為陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating)結構、串接式馬赫任德干涉結構(Mach-Zehnder Interferometer)、以及串接式環型共振腔(Ring Resonator)結構。其中：該陣列波導光柵結構尺寸過大，無法直接應用於晶片間光互連：由於在晶片間光互連中，單晶片必須整合電路與光元件，其中電路包括多核心處理器(Central Processing Unit,CPU)、隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)或顯示晶片(Video Chip)等；而光元件包括多通道波長多工器、光調制器(Optical Modulator)或光偵測器(Photodetector)等，因此使光元件具有短小尺寸，變成最關鍵之因子；而晶片內部必須同時包含多工與解多工，若使用此陣列波導光柵結構，將因尺寸過大而無法同時製作於單晶片之中。

該串接式馬赫任德干涉結構成本高且良率低：該串接式馬赫任德干涉結構雖然在較低通道時，其尺寸小於上述陣列波導光柵結構；然而，在光波長之間隔較小時，其長度往往僅在公分(cm)等級，雖能勉強用於晶片間光互連，但對於製作條件上，相對較困難。且該結構於傳統上可做為1x2波長多工器，若要多通道輸出，則必須經由串接，形成1x2^N ，其中N為串接級數；惟此一來，尺寸將更形巨大，對於光互連之絕緣層上矽晶圓之製程，在黃光方面，將造成極大負擔；因此採用上述結構，必須使用非常精密之黃光製程，惟此不僅將增加製造成本，亦會使良率降低。

該串接式環型共振腔結構僅能限用於次微米波導，不僅耦合損失過大且成本亦高：該串接式環型共振腔結構因其3dB頻寬太小，大約在0.1埃(Å)等級，所以對光源之光波長之準確性要求較高，且其波導須大角度彎曲，並只能適用於0.55微米(μm)以下之次微米波導，惟此細小之波導，將導致光纖至晶片之耦合損失過大；此外，其所使用之雷射光源，亦必須同時具備高功率且高波長準確性，更加增高成本支出。

目前不論單級1x2或1x3，若要高於四個通道輸出，則必須串接；然而，對於上述三種習用之光互連波長多工結構，單級尺寸即過於龐大，對於晶片間光互連而言，若再串接，其尺寸將更形巨大，因此毫無實用性可言。

鑑於可大幅縮短尺寸，又可兼顧效能，只有光柵輔助型波長多工結構，與其有關之習用技術具有兩種結構，分別為光柵輔助方向耦合結構、及光柵輔助馬赫任德干涉結構；而其使用之光柵皆為布拉格光柵。惟，該光柵輔助型波長多工結構皆應用在光通訊上，並無法應用在晶片間光互連；因為晶片間光互連使用絕緣層上矽晶圓，而光柵輔助型波長多工結構，則必須使用布拉格光柵，才能有足夠理想之濾波頻帶，但布拉格光柵，在絕緣層上矽晶圓製作非常困難，因此都係應用在二氧化矽(Silica)與聚合物(Polymer)材料之波導上，且若在絕緣層上矽晶圓之上，直接使用一般光柵，串音(Crosstalk)僅有5dB，由於至少約需18dB才有足夠之訊雜比，所以將嚴重到無法使用，因此習用之結構係無法直接單獨使用一般光柵。

與習知技術相比較，習用之晶片間光互連之波長多工結構，不論係陣列波導光柵結構或串接式馬赫任德干涉結構，其尺寸皆過於龐大，而串接式環型共振腔結構，又需要高功率與高波長準確度之雷射光源；因此應用在晶片間光互連，皆有其發展上之瓶頸。而在兼顧尺寸與效能考量上，使用光柵輔助型波長多工結構，雖然係相對比較理想，惟其光柵又需要使用布拉格光柵，然而布拉格光柵在絕緣層上矽晶圓製作上非常困難，因此亦形成另一種發展上之瓶頸。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

職是之故，鑑於習知技術中所產生之缺失弊端，實有急待改進之必要，針對既有之缺失加以改良，發展一種能避免已知技術之方法與設備之缺點並且能夠進行符合實用進步性與產業利用性之方法與設備有其必要。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種短小尺寸之單級1x5五通道波長多工結構，可使得晶片間光互連之中，尺寸最大且最佔面積之核心元件-波長多工器，可以大幅度縮小尺寸，並且製程簡單，同時又具有良好之效能者。

本發明之次要目的係在於，提供一種能應用於晶片間光互連之核心元件-單晶片光收發器之多工與解多工之波長多工器之上之單級1x5光柵輔助波長多工結構。

本發明之另一目的係在於，提供一種使用一般光柵即可單級同時五通道波長多工，產生近似理想之矩形帶通濾波頻帶，並擁有短小尺寸之單級1x5五通道波長多工結構者。

為達以上之目的，本發明係一種單級1x5光柵輔助波長多工結構，係由一光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構、二光柵輔助交換狀態方向耦合結構、並且在其上設置一般光柵結構、以及四獨創之次頻帶消除器所組成，且使用之光柵為一般光柵。其中：該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構，係包含三個部份。第一部份為第一3dB方向耦合結構，係接收由第一輸入波導傳送之光，並將光功率平均分成兩道；第二部份為非對稱相位偏移波導，其一端係連接於該第一3dB方向耦合結構，包含有一第一長度相位偏移波導及一第二長度相位偏移波導，具有部分長度平行並維持固定間隔之平行區域，且該第二長度相位偏移波導係短於該第一長度相位偏移波導，可將均分功率之兩道光經過長度不同之第一、二長度相位偏移波導，利用波導長度不同，產生相位差；第三部份為2x2第二3dB方向耦合結構，係連接於該非對稱相位偏移波導另一端，接收由該非對稱相位偏移波導產生不同相位差之兩道光，將其彼此干涉，並以不同之干涉情形，使不同光波長之光分別耦合至不同輸出，俾令產生波長多工。

該些光柵輔助交換狀態方向耦合結構係由兩個相近之波導所構成，其連接於該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構之兩個輸出端；係由輸入波導將光傳送至耦合結構中，因兩波導相近，因此光將慢慢耦合至另一波導之中，當光完全耦合至另一波導之後，即會慢慢耦合回來，形成周期性之光耦合，當光完全轉移植另一波導，即為交換狀態；當光只轉移一半，即為3dB方向耦合。

該些光柵結構係一般光柵，係設置於該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構之非對稱相位偏移波導之不同長度之第一、二長度相位偏移波導之上，當針對特定波長所設計之光柵，設置於該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構之上，此特定波長之光，將因光柵而反射，最後耦合至該第一3dB方向耦合結構之輸入端另一波導，形成另一輸出端，而將特定光波長，施以波長多工。

該些光柵結構亦設置於該些光柵輔助交換狀態方向耦合結構；當針對特定波長所設計之光柵，設置於該些光柵輔助交換狀態方向耦合結構，此特定波長的光，將反射並耦合至輸入端另一波導，形成另一輸出端，而將特定光波長，施以波長多工。

該些次頻帶消除器係本發明所獨創，係以光柵輔助方向耦合結構為基礎，但將其中一個交換狀態之輸入波導與相對之輸出波導截斷，使其只有一個輸入端與一個輸出端；當次頻帶經過本發明獨創之次頻帶消除器，次頻帶將由波導截斷散逸出去，而只留下主頻帶；因此可與使用布拉格光柵一樣，擁有近似理想之濾波頻帶。

請參閱『第1圖』所示，係本發明單級1x5光柵輔助波長多工結構之結構示意圖。如圖所示：本發明係一種單級1x5光柵輔助波長多工結構，係由一光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100、二光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208，並且在其上設置一般光柵結構301、303、305，以及四獨創之次頻帶消除器220、222、224、226所組成。

上述所提之光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100，係包含一第一3dB方向耦合結構202，其連接於一第一輸入波導101之一端，接收由該第一輸入波導101傳送之光，並將光功率平均分成兩道；一非對稱相位偏移波導，其一端係連接於該第一3dB方向耦合結構202，包含有一第一長度相位偏移波導113及一第二長度相位偏移波導115，且該第二長度相位偏移波導115之長度係短於該第一長度相位偏移波導113，彼此具有部分長度平行並維持固定間隔之平行區域，可將均分功率之兩道光經過長度不同之第一、二長度相位偏移波導113、115，產生相位差；一第一光柵結構301，係設於該第一、二長度相位偏移波導113、115之平行區域之上；及一第二3dB方向耦合結構204，係為2x2 3dB方向耦合結構，連接於該非對稱相位偏移波導(即第一、二長度相位偏移波導113、115)另一端，接收由該第一、二長度相位偏移波導113、115產生不同相位差之兩道光，將其彼此干涉，並以不同之干涉情形，使不同光波長之光分別耦合至一第一輸出波導103、一第六輸出波導117或一第七輸出波導119之不同輸出，俾令產生波長多工。

上述所提之光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208，分別為第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、及第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構208。其中：該第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構206一端係以該第六輸出波導117與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100一端相連接，包含該第六輸出波導117，其一端連接於該第一長度相位偏移波導113一端；一第四輸出波導109，其一端部分長度係與該第六輸出波導117另一端部分長度平行且維持固定間隔；一第二光柵結構303，係設於兩平行之第四、六輸出波導109、117之上；及一第二輸出波導105，其一端係連接於該第四輸出波導109一端。

該第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構208一端係以該第七輸出波導119與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100另一端相連接，包含該第七輸出波導119，其一端連接於該第二長度相位偏移波導115一端；一第五輸出波導111，其一端部分長度係與該第七輸出波導119另一端部分長度平行且維持固定間隔；一第三光柵結構305，係設於兩平行之第五、七輸出波導111、119之上；及一第三輸出波導107，其一端係連接於該第五輸出波導111一端。

上述所提之次頻帶消除器220、222、224、226，分別為第一次頻帶消除器220、第二次頻帶消除器222、第三次頻帶消除器224、及第四次頻帶消除器226。其中：該第一次頻帶消除器220一端係以該第一輸出波導103與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100另一端相連接，包含該第一輸出波導103，其一端連接於該第一長度相位偏移波導113另一端；一連接波導127，其一端部分長度係與該第一輸出波導103另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第四光柵結構307，係設於兩平行之第一輸出波導103與連接波導127之上。

該第二次頻帶消除器222一端係以該連接波導127與該第一次頻帶消除器220另一端相連接，包含該連接波導127；一第八輸出波導121，其一端部分長度係與該連接波導127另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第五光柵結構309，係設於兩平行之第八輸出波導121與連接波導127之上。

該第三次頻帶消除器224一端係以該第二輸出波導105與該第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構206另一端相連接，包含該第二輸出波導105；一第九輸出波導123，其一端部分長度係與該第二輸出波導105另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第六光柵結構401，係設於兩平行之第二、九輸出波導105、123之上。

該第四次頻帶消除器226一端係以該第三輸出波導107與該第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構208另一端相連接，包含該第三輸出波導107；一第十輸出波導125，其一端部分長度係與該第三輸出波導107另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第七光柵結構403，係設於兩平行之第三、十輸出波導107、125之上。

上述第一光柵結構301係針對特定波長所設計，可將特定波長之光反射，最後耦合至該第一3dB方向耦合結構202之輸入端另一波導，形成另一輸出端(即第一輸出波導103)，而將特定光波長施以波長多工。

上述第二、三光柵結構303、305係針對特定波長所設計，可將特定波長之光反射並耦合至輸入端另一波導，形成另一輸出端(即第二、三輸出波導105、107)，而將特定光波長施以波長多工。

上述光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208係由兩個相近之波導所構成(即117、109與119、111)，係連接於該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100之兩個輸出端。其係由輸入波導將光傳送至耦合結構中，因兩波導相近，因此光將慢慢耦合至另一波導之中，當光完全耦合至另一波導之後，即會慢慢耦合回來，形成周期性之光耦合，當光完全轉移至另一波導，即為交換狀態；當光只轉移一半，即為3dB方向耦合。

上述次頻帶消除器220、222、224、226，係本發明獨創，以光柵輔助方向耦合結構為基礎，但將其中一個交換狀態之輸入波導與相對之輸出波導截斷，使其只有一個輸入端與一個輸出端；當次頻帶經過本發明獨創之次頻帶消除器220、222、224、226，次頻帶將由波導截斷散逸出去，而只留下主頻帶；因此與使用布拉格光柵一樣，擁有近似理想之濾波頻帶。

本發明係利用光柵反射特定光波長之原理，將上述第二長度相位偏移波導115製作為長度較上述第一長度相位偏移波導113為短之波導，使其得以反射特定波長，而多一個輸出端(即第一輸出波導103)，且亦製作於第六輸出波導117及第七輸出波導119，使其得以反射特定波長，將輸出端由原本二個之第六輸出波導117及第七輸出波導119，增加成四個之第二輸出波導105、第三輸出波導107、第四輸出波導109及第五輸出波導111。因此本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構，不需串接即可具有五個輸出端。

然而，因直接在該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100，與光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208之上，使用一般光柵，將產生次頻帶而嚴重影響串音；為解決此一問題，本發明以獨創之次頻帶消除器220、222、224、226，可使得直接使用一般光柵，即可讓光柵輔助波長多工結構，擁有接近理想之濾波頻帶，並擁有短小尺寸之功效。

因此，本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構之分波原理，係結合光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100之兩輸出端分波原理、光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208之光功率耦合原理、及其中光柵結構301、303、305之反射特定光波長之原理，以及獨創之次頻帶消除器220、222、224、226，令造成嚴重串音之次頻帶消除，俾以獲得接近理想之濾波頻帶所組成。如是，使本結構可同時單級施以1x5波長多工，且只使用一般光柵；因此尺寸短小、製造容易且頻率響應優良，極其適合應用在晶片間光互連之上。

基於雷射光源之波長，在光通訊上使用，可概分為1310奈米(nm)、1490nm及1550nm波段，而在晶片間光互連係使用當中1550nm波段；故本發明將以1550nm光波長舉例說明本結構之工作原理。

請參閱『第2圖』所示，係1550nm波段之光波長傳輸率之頻譜示意圖。如圖所示：在1550nm波段之光波長，於通過波導之後，其傳輸率顯示之頻譜圖，呈現平坦響應；亦即，並無明顯光損失產生。

為說明本結構之工作原理，本發明係將光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構，先分別以其中之光柵結構及非對稱馬赫任德結構各別觀之，之後再將其結合說明彼此交互作用之關係。

請參閱『第3圖及第4圖』所示，係分別為光柵結構之結構示意圖、及光柵結構之頻譜示意圖。如圖所示：本發明之非對稱馬赫任德干涉結構單元，以其中光柵結構觀之，當上述1500nm波段之光波，通過此光柵結構300之後，將有一波段之頻帶被反射，呈現帶通濾波之頻譜響應。如第4圖所示，此光柵結構300，係採用一般傳統之光柵結構，故其頻譜響應很差，並會造成旁邊通道，形成約5dB之串音；然而，一般在光通訊上，係要求18dB以上之串音，因此顯示習用之結構係無法直接單獨使用此光柵結構300，必需使用布拉格光柵，惟其亦無法適用於絕緣層上矽晶圓。故，本發明僅採用一般光柵，卻可呈現接近採用布拉格光柵之效能係具有明顯之進步。

請進一步參閱『第5圖及第6圖』所示，係分別為非對稱馬赫任德結構之結構示意圖、及非對稱馬赫任德結構之頻譜示意圖。如圖所示：本發明之非對稱馬赫任德干涉結構單元，以其中非對稱馬赫任德結構觀之，其係包含兩個輸入端之第二輸入波導402及第三輸入波導404；當不同光波長之光，由其中一輸入端輸入，經過第三3dB方向耦合結構501，其光功率係被等分至第三長度相位偏移波導410及第四長度相位偏移波導412，因兩波導長度不同，當不同光波長之光經過之後，將形成不同之相位差，而在通過第四3dB方向耦合結構503之後，形成不同程度之干涉，並分別耦合至兩輸出端之第十一輸出波導406及第十二輸出波導408；因此可將不同光波長之光分開。如第6圖所示，因其只有兩個輸出端(即第十一輸出波導406及第十二輸出波導408)，故頻帶具有周期性。

請參照第1圖，本發明係同時結合光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100、光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208、光柵結構301、303、305、以及獨創之次頻帶消除器220、222、224、226所成。當不同光波長之光，通過該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100之後，其頻帶呈現高斯分佈，且具有周期性；當光柵結構301製作於其中第一長度相位偏移波導113及第二長度相位偏移波導115之上，特定波長之光將被反射，而反向耦合至另一輸入端，進而變成多一個輸出端之第一輸出波導103，形成帶通濾波，因此多一個通道輸出。

請進一步參閱『第7圖』所示，係非對稱馬赫任德結構與光柵結構之頻帶交互作用示意圖。如圖所示：由前述第4圖可知，一般光柵結構之頻譜響應很差，約5dB之串音無法直接單獨使用；然而，當前述非對稱馬赫任德結構結合光柵結構301形成光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構單元100之後，其頻帶將如第7圖所示，產生加乘效果，有一個近似理想之主濾波頻帶，惟旁邊有造成串音之次頻帶。

請參閱『第8圖及第9圖』所示，係分別為本發明之次頻帶消除器之結構示意圖、及本發明於經過次頻帶消除器後之接近理想頻帶示意圖。如圖所示：當上述具有次頻帶之光柵反射光訊號，由第五輸入波導701輸入，經過與其平行之第十五輸出波導703，產生交換狀態光耦合，而將光訊號耦合至第十五輸出波導703；當光柵製作於其兩平行之波導701、703之上，則針對反射某一次頻帶之第八光柵結構306，製作於其上之後，則此次頻帶將反射至波導截斷處而散失。

因此透過本發明獨創之次頻帶消除器，可將次頻帶消除，以獲得理想之濾波頻帶，進而形成如第9圖所示，在交互作用之後，其頻帶呈現趨近於理想頻帶之矩形分佈。

再者，因第一輸出波導103除了有近似理想之主頻帶之外，尚有兩個次頻帶，因此係銜接有兩個獨創之第一次頻帶消除器220與第二次頻帶消除器222，令兩個次頻帶消除，以得到理想之濾波頻帶。

請參閱『第10圖』所示，係本發明交換狀態方向耦合結構之結構示意圖。如圖所示：本發明所使用之方向耦合結構，係交換狀態，結合光柵結構，形成光柵輔助交換狀態方向耦合結構，並將之銜接於第六輸出波導117與第七輸出波導119(如第1圖所示)。

不同波長之光，由第四輸入波導602輸入，通過平行耦合波導608，則光將由該第四輸入波導602，完全耦合至第十三輸出波導604。

當將光柵結構，製作於交換狀態方向耦合結構，形成光柵輔助交換狀態方向耦合結構，則特定波長之光，將反射而耦合至第十四輸出波導606；其分波機制，完全由光柵結構提供，則其頻譜響應，將如單純光柵結構提供類似；頻帶如第4圖所示，有約5dB之高串音。

而本發明係將此光柵輔助交換狀態方向耦合結構，銜接於第六輸出波導117及第七輸出波導119之後，產生如第7圖所示之非對稱馬赫任德結構與光柵結構之頻帶交互作用。其交互作用之後之主頻帶，係呈現趨近於理想頻帶之矩形分佈，惟尚有造成串音之次頻帶。進而不同波長之光，分別耦合至第二輸出波導105、第三輸出波導107、第四輸出波導109、與第五輸出波導111。

由於除理想之主頻帶外，尚具有造成串音之次頻帶，因此本發明在第二輸出波導105與第三輸出波導107之後，分別連接第三次頻帶消除器224與第四次頻帶消除器226，以消除次頻帶。

由此可知，本發明結合光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構100、光柵輔助交換狀態方向耦合結構206、208，以及在其上製作之光柵結構301、303、305，並結合獨創之次頻帶消除器220、222、224、226所成之單級1x5光柵輔助波長多工結構，可同時具有五個輸出端，分別為第八輸出波導121、第九輸出波導123、第十輸出波導125、第四輸出波導109及第五輸出波導111。並且因獨創之次頻帶消除器220、222、224、226，因此可使用一般光柵結構300，即可得到與使用布拉格光柵類似之理想濾波頻帶。

請參閱『第11圖』所示，係本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構之頻譜示意圖。如圖所示：本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構之頻譜響應，係具有五個輸出端，並且具有近似理想之濾波頻帶。

因此本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構，其同時具有短小尺寸、製程簡單及高效能之特性；與諸多習用結構相較，係最適合應用於晶片間光互連之波長多工器之上。

藉此，本發明係同時採用光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構與光柵輔助交換狀態方向耦合結構，並加入獨創之次頻帶消除器所組成，使其使用一般光柵即可單級同時五通道波長多工，而不必使用布拉格光柵，即可產生近似理想之矩形帶通濾波頻帶；並同時擁有短小尺寸之優點，可使得晶片間光互連之中，尺寸最大且最佔面積之核心元件-波長多工器，可以大幅度縮小尺寸，並且製程簡單，同時又具有良好效能之結構。

綜上所述，本發明係一種單級1x5光柵輔助波長多工結構，可有效改善習用之種種缺點，係提供一短小尺寸之單級1x5五通道波長多工結構，能應用在晶片間光互連之核心元件-單晶片光收發器之多工與解多工之波長多工器之上，可大幅度縮小尺寸，並且製程簡單，同時亦具有良好之效能，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構

101．．．第一輸入波導

103．．．第一輸出波導

105．．．第二輸出波導

107．．．第三輸出波導

109．．．第四輸出波導

111．．．第五輸出波導

113．．．第一長度相位偏移波導

115．．．第二長度相位偏移波導

117．．．第六輸出波導

119．．．第七輸出波導

121．．．第八輸出波導

123．．．第九輸出波導

125．．．第十輸出波導

127．．．連接波導

202．．．第一3dB方向耦合結構

204．．．第二3dB方向耦合結構

206．．．第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構

208．．．第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構

220．．．第一次頻帶消除器

222．．．第二次頻帶消除器

224．．．第三次頻帶消除器

226．．．第四次頻帶消除器

300．．．光柵結構

301．．．第一光柵結構

303．．．第二光柵結構

305．．．第三光柵結構

306．．．第八光柵結構

307．．．第四光柵結構

309．．．第五光柵結構

401．．．第六光柵結構

402．．．第二輸入波導

403．．．第七光柵結構

404．．．第三輸入波導

406．．．第十一輸出波導

408．．．第十二輸出波導

410．．．第三長度相位偏移波導

412．．．第四長度相位偏移波導

501．．．第三3dB方向耦合結構

503．．．第四3dB方向耦合結構

602．．．第四輸入波導

604．．．第十三輸出波導

606．．．第十四輸出波導

608．．．平行耦合波導

701．．．第五輸入波導

703．．．第十五輸出波導

第1圖，係本發明單級1x5光柵輔助波長多工結構之結構示意圖。

第2圖，係1550nm波段之光波長傳輸率之頻譜示意圖。

第3圖，係光柵結構之結構示意圖。

第4圖，係光柵結構之頻譜示意圖。

第5圖，係非對稱馬赫任德結構之結構示意圖

第6圖，係非對稱馬赫任德結構之頻譜示意圖。

第7圖，係非對稱馬赫任德結構與光柵結構之頻帶交互作用示意圖。

第8圖，係本發明之次頻帶消除器之結構示意圖。

第9圖，係本發明於經過次頻帶消除器後之接近理想頻帶示意圖。

第10圖，係本發明交換狀態方向耦合結構之結構示意圖。

第11圖，係本發明之單級1x5光柵輔助波長多工結構之頻譜示意圖。

100．．．光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構

101．．．第一輸入波導

103．．．第一輸出波導

105．．．第二輸出波導

107．．．第三輸出波導

109．．．第四輸出波導

111．．．第五輸出波導

113．．．第一長度相位偏移波導

115．．．第二長度相位偏移波導

117．．．第六輸出波導

119．．．第七輸出波導

121．．．第八輸出波導

123．．．第九輸出波導

125．．．第十輸出波導

127．．．連接波導

202．．．第一3dB方向耦合結構

204．．．第二3dB方向耦合結構

206．．．第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構

208．．．第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構

220．．．第一次頻帶消除器

222．．．第二次頻帶消除器

224．．．第三次頻帶消除器

226．．．第四次頻帶消除器

301．．．第一光柵結構

303．．．第二光柵結構

305．．．第三光柵結構

307．．．第四光柵結構

309．．．第五光柵結構

401．．．第六光柵結構

403．．．第七光柵結構

Claims (3)

1. 一種單級1x5光柵輔助波長多工結構，係包括：一光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構，係包含一第一3dB方向耦合結構，其連接於一第一輸入波導之一端，接收由該第一輸入波導傳送之光，並將光功率平均分成兩道；一非對稱相位偏移波導，其一端係連接於該第一3dB方向耦合結構，包含有一第一長度相位偏移波導及一第二長度相位偏移波導，具有部分長度平行並維持固定間隔之平行區域，可將均分功率之兩道光經過長度不同之第一、二長度相位偏移波導，產生相位差；一第一光柵結構，係設於該第一、二長度相位偏移波導之平行區域之上；及一第二3dB方向耦合結構，係連接於該非對稱相位偏移波導另一端，接收由該非對稱相位偏移波導產生不同相位差之兩道光，將其彼此干涉，並以不同之干涉情形，使不同光波長之光分別耦合至一第一輸出波導、一第六輸出波導或一第七輸出波導之不同輸出，俾令產生波長多工；一第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構，其一端係以該第六輸出波導與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構一端相連接，包含該第六輸出波導，其一端連接於該第一長度相位偏移波導一端；一第四輸出波導，其一端部分長度係與該第六輸出波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；一第二光柵結構，係設於兩平行之第四、六輸出波導之上；及一第二輸出波導，其一端係連接於該第四輸出波導一端；一第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構，其一端係以該第七輸出波導與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構另一端相連接，包含該第七輸出波導，其一端連接於該第二長度相位偏移波導一端；一第五輸出波導，其一端部分長度係與該第七輸出波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；一第三光柵結構，係設於兩平行之第五、七輸出波導之上；及一第三輸出波導，其一端係連接於該第五輸出波導一端；一第一次頻帶消除器，其一端係以該第一輸出波導與該光柵輔助非對稱馬赫任德干涉結構另一端相連接，包含該第一輸出波導，其一端連接於該第一長度相位偏移波導另一端；一連接波導，其一端部分長度係與該第一輸出波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第四光柵結構，係設於兩平行之第一輸出波導與連接波導之上；一第二次頻帶消除器，其一端係以該連接波導與該第一次頻帶消除器另一端相連接，包含該連接波導；一第八輸出波導，其一端部分長度係與該連接波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第五光柵結構，係設於兩平行之第八輸出波導與連接波導之上；一第三次頻帶消除器，其一端係以該第二輸出波導與該第一光柵輔助交換狀態方向耦合結構另一端相連接，包含該第二輸出波導；一第九輸出波導，其一端部分長度係與該第二輸出波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第六光柵結構，係設於兩平行之第二、九輸出波導之上；以及一第四次頻帶消除器，其一端係以該第三輸出波導與該第二光柵輔助交換狀態方向耦合結構另一端相連接，包含該第三輸出波導；一第十輸出波導，其一端部分長度係與該第三輸出波導另一端部分長度平行且維持固定間隔；及一第七光柵結構，係設於兩平行之第三、十輸出波導之上。
2. 依申請專利範圍第1項所述之單級1x5光柵輔助波長多工結構，其中，該些光柵結構係為一般光柵。
3. 依申請專利範圍第1項所述之單級1x5光柵輔助波長多工結構，其中，該第二長度相位偏移波導之長度係短於該該第一長度相位偏移波導。。