TWI838821B - 片上集成波分複用器及晶片 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種片上集成波分複用器及晶片，前述片上集成波分複用器包括第一級複用模組和第二級複用模組，前述第一級複用模組具有複數個輸入埠和兩個輸出埠，前述第二級複用模組具有兩個輸入埠和一個輸出埠，前述第一級複用模組之前述兩個輸出埠分別與前述第二級複用模組對應之輸入埠光耦合；其中，第一級複用模組中之每個平頂波分複用結構之頻寬覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍。藉此能夠避免各種因素導致之中心波長偏移所引起之相鄰通道串擾問題，且無需任何回饋調節。

Description

片上集成波分複用器及晶片

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種片上集成波分複用器及晶片。

在高速和大容量之光通信中，波分複用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）係一項用於提高光通信容量之有效手段，同時結合光子集成晶片，可有效減小器件之尺寸，提高系統之集成度，其關鍵器件係波分複用器件（MUX）和波分解複用器件（DEMUX）。

如圖1所示，以四通道之波分複用為例，先前之矽光晶片中之基於級聯馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）結構之波分複用器由3個藉由並聯及級聯方式連接的馬赫-曾德爾干涉儀10’構成，其中，每個馬赫-曾德爾干涉儀10’包括兩個2×2之3dB耦合器11’和兩個連接臂12’、一個監視探測器13’，其中一個連接臂為可調相移臂（圖中以虛線表示）。上述先前之波分複用器在使用時需要結合監視探測器13’對級聯之各個馬赫-曾德爾干涉儀10’之可調相移臂進行調節，由此導致調節過程不方便，功耗較大。此外，3dB耦合器11’的光學頻寬有限，是故，複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉儀10’之波分複用器之光路中具有複數個3dB耦合器11’，顯著降低了波分複用器之性能。

理想之波分複用器件應該係純被動而不需要進行調節的，然，由於矽基波分複用器中之光波導器件會受到加工工藝引起之寬度、傾角變化、矽片波導厚度之變化以及溫度之變化等影響，造成矽基波分複用器件之中心波長之偏移，是故，先前之矽基波分複用器件之中心波長之偏移會引起相鄰通道的光訊號之間發生串擾。

有鑒於此，確有必要對傳統波分複用器作進一步改進，以解決上述問題。

本發明之目的在於提供一種片上集成波分複用器及晶片，用以改善相鄰通道的光訊號之間的串擾問題，並且具有低功耗和光學頻寬較大之優點。

為實現前述目的，本發明提供了一種片上集成波分複用器，其中前述片上集成波分複用器包括第一級複用模組和第二級複用模組，前述第一級複用模組具有複數個輸入埠和兩個輸出埠，前述第二級複用模組具有兩個輸入埠和一個輸出埠，前述第一級複用模組之前述兩個輸出埠分別與前述第二級複用模組對應之輸入埠光耦合；前述第一級複用模組包括至少兩個平頂波分複用結構，每個前述平頂波分複用結構具有兩個輸入埠和一個輸出埠，其中，每個前述平頂波分複用結構之頻寬覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍。

作為本發明之進一步改進，其中前述第一級複用模組將由前述複數個輸入埠接收到之具有同一偏振態之入射光進行合波以生成兩路第一級合波光訊號，並將前述兩路第一級合波光訊號分別輸入至前述第二級複用模組對應之輸入埠，前述第二級複用模組將其兩個輸入埠接收到之前述兩路第一級合波光訊號進行合波以生成第二級合波光訊號，其中前述第二級合波光訊號包含第一組光波分量和第二組光波分量，前述第一組光波分量和第二組光波分量具有不同之偏振態；前述第二級複用模組對第一組光波分量和第二組光波分量進行偏振合波。

作為本發明之進一步改進，其中當把具有預定波長間隔之λ1、λ2、λ3……λn波長分割光訊號輸入前述第一級複用模組之前述複數個輸入埠時，其中n≥4，且n為偶數，前述λ1、λ2、λ3……λn按照波長大小順序依次排列；從前述至少兩個平頂波分複用結構中其中一個之輸入埠輸入奇數通道之入射光訊號，從前述至少兩個平頂波分複用結構中的另一個的輸入埠輸入偶數通道之入射光訊號。

作為本發明之進一步改進，其中每個前述平頂波分複用結構之兩個輸入埠接收到之入射光之中心波長之間的差值大於預設之波長差閾值。

作為本發明之進一步改進，其中前述至少兩個平頂波分複用結構由下列結構之任意組合構成：複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構、陣列波導光柵結構、刻蝕衍射光柵結構、模式複用器和多模布拉格光柵構成之組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構。

作為本發明之進一步改進，其中前述片上集成波分複用器係矽基波分複用器。

作為本發明之進一步改進，其中前述片上集成波分複用器還包括耦合結構，前述耦合結構與前述第二級複用模組的輸出埠相連，用於將前述第二級複用模組的輸出埠輸出的前述第二級合波光訊號與外部光纖陣列進行耦合，以將合波完成的光訊號進行輸出。

作為本發明之進一步改進，其中前述第二級複用模組係偏振旋轉分束器，前述偏振旋轉分束器將接收到之前述兩路第一級合波光訊號合波成具有相互垂直之偏振態之前述第一組光波分量和前述第二組光波分量。

作為本發明之進一步改進，其中前述偏振旋轉分束器包括直通波導和交叉波導、分別連接前述直通波導和交叉波導之直通埠和交叉埠，以及連接前述直通波導之模式變換結構；前述直通波導與前述交叉波導組成模式複用結構；前述直通埠和交叉埠均包括條波導轉脊波導之楔形結構；前述模式變換結構為雙層楔形之模式變換結構。

作為本發明之進一步改進，其中前述第二級複用模組係偏振合束器，前述片上集成波分複用器還包括偏振旋轉器，前述偏振旋轉器之輸入埠與前述第一複用模組之一個輸出埠光耦合，以接收該輸出埠輸出之光，前述偏振旋轉器之輸出埠與前述偏振合束器之一個輸入埠光耦合，以向前述偏振合束器輸出光，其中，前述偏振合束器用於將接收到之兩路具有不同偏振態之光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器用於改變接收到之光束之偏振態；其中，前述偏振旋轉器將接收到之光束之原始偏振態改變成與前述原始偏振態垂直之偏振態。

作為本發明之進一步改進，其中前述第二級複用模組係偏振合束器，前述片上集成波分複用器還包括至少一個偏振旋轉器，針對每個前述偏振旋轉器，其輸入埠用於接收一路前述入射光，其輸出埠與前述至少兩個平頂波分複用結構中之一個之輸入埠光耦合，以向該平頂波分複用結構輸出光，其中，前述偏振合束器用於將接收到之兩路具有不同偏振態之光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器用於改變接收到之光束的偏振態，並且由前述至少一個偏振旋轉器改變偏振態之光僅由前述第一級複用模組之一個輸出埠輸出；其中，每個前述偏振旋轉器將接收到之光束之原始偏振態改變成與前述原始偏振態垂直之偏振態。

作為本發明之進一步改進，其中每個前述平頂波分複用結構包括至少兩個1dB平頂，其中，每個1dB平頂係光衰減1dB範圍內所對應之波長範圍，每個1dB平頂所對應之波長範圍大於20納米。

作為本發明之進一步改進，其中同一個平頂波分複用結構之相鄰的兩個1dB平頂之間隔小於5納米。

作為本發明之進一步改進，其中前述至少兩個平頂波分複用結構中，其中一個之平頂波分複用結構中之1dB平頂所對應之波長範圍與其中另一個之平頂波分複用結構中之1dB平頂所對應之波長範圍部分重疊。

為實現前述目的，本發明還提供了一種晶片，其包括前述任一實施例所述之片上集成波分複用器。

相較於現有技術，本發明之片上集成波分複用器及晶片中，第一級複用模組中之每個平頂波分複用結構之頻寬能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，由此使得第一級複用模組生成之兩路第一級合波光訊號之平頂波段頻寬較寬，能夠覆蓋由各種因素導致之中心波長偏移所引起之相鄰通道串擾問題，實現了對不同波長之入射光訊號之複用；又，第一級複用模組以及第二級複用模組在工作過程中，無需任何回饋調節，提高了工作效率，降低了器件損耗，並有利於降低片上集成波分複用器對波導寬度、波導高度以及波導傾角的敏感性。

下面將結合本申請實施例中之附圖，對本申請實施例中之技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述之實施例僅僅係本申請一部分實施例，而不係全部之實施例。基於本申請中之實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，都屬於本申請保護之範圍。

文中之術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、 「第二」之特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個前述特徵。在本申請之描述中，「複數個」之含義係兩個或兩個以上，除非另有明確具體之限定。

在本申請之描述中，需要說明的係，除非另有明確之規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以係固定連接，也可以係可拆卸連接，或一體地連接；可以係機械連接，也可以係電連接或可以相互通訊；可以係直接相連，也可以藉由中間媒介間接相連，可以係兩個元件內部之連通或兩個元件之相互作用關係。對於本領域之普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本申請中之具體含義。

下文之公開提供了許多不同之實施方式或例子用來實現本申請之不同結構。為了簡化本申請之公開，下文中對特定例子之部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本申請。此外，本申請可以在不同例子中重複參考數位和/或參考字母，該種重複係為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設置之間的關係。

圖2a至圖2c為本申請一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖，圖3為本申請實施例中之偏振旋轉分束器之結構示意圖。

參閱圖2a至圖2c以及圖3所示，本申請一實施例提供了一種片上集成波分複用器1000，其包括第一級複用模組100和第二級複用模組200。前述第一級複用模組100具有複數個輸入埠和兩個輸出埠，前述第二級複用模組200具有兩個輸入埠和一個輸出埠，前述第一級複用模組100之前述兩個輸出埠分別與前述第二級複用模組200對應之輸入埠光耦合；前述第一級複用模組100將由前述複數個輸入埠接收到之具有同一偏振態之入射光進行合波以生成兩路第一級合波光訊號，並將前述兩路第一級合波光訊號分別輸入至前述第二級複用模組200對應之輸入埠。前述第二級複用模組200將其兩個輸入埠接收到之前述兩路第一級合波光訊號進行合波以生成第二級合波光訊號，其中，前述第二級合波光訊號包含第一組光波分量和第二組光波分量，前述第一組光波分量和第二組光波分量具有不同之偏振態。前述第一級複用模組100由至少兩個平頂波分複用結構（110、120）組成，每個前述平頂波分複用結構（110、120）具有兩個輸入埠和一個輸出埠，其中，每個前述平頂波分複用結構（110、120）之頻寬覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍。

在本實施例提供之片上集成波分複用器中，第一級複用模組中之每個平頂波分複用結構之頻寬能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，由此使得前述第一級複用模組生成之兩路第一級合波光訊號之平頂波段頻寬較寬，能夠覆蓋由各種因素導致之中心波長偏移所引起之相鄰通道串擾問題，另，第一級複用模組以及第二級複用模組在工作過程中，無需任何回饋調節，提高了工作效率，降低了器件損耗，並有利於降低片上集成波分複用器對波導寬度、波導高度、波導傾角以及周圍環境溫度變化之敏感性。

以下將結合圖2a至圖3，進一步詳細描述片上集成波分複用器1000之結構及工作機制。

參閱圖2a所示，示例性地，在本實施例中，以λ1，λ2，λ3，λ4（波長從小到大排列）四波長之片上集成波分複用器為例，前述片上集成波分複用器1000包括第一級複用模組100和第二級複用模組200，該第一級複用模組100由至少兩個平頂波分複用結構（110、120）並聯組成，該第二級複用模組200係集成之偏振旋轉分束器。在本實施例中，每個前述平頂波分複用結構110具有兩個輸入埠和一個輸出埠，前述偏振旋轉分束器200包括兩個輸入埠和一個輸出埠，兩個前述平頂波分複用結構110之兩個輸出埠分別連接前述偏振旋轉分束器200之兩個輸入埠，用於進行光耦合；前述偏振旋轉分束器200之輸出埠用於輸出合成光束。

具體地，λ1和λ3之兩路入射光訊號由一個平頂波分複用結構110之兩個輸入埠輸入，λ2和λ4之兩路入射光訊號由另一個平頂波分複用結構120之兩個輸入埠輸入，每個前述平頂波分複用結構（110、120）之平頂波段頻寬均能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，即平頂波分複用結構110之頻寬大於λ1±Δλ和λ3±Δλ，平頂波分複用結構120之頻寬大於λ2±Δλ和λ4±Δλ（其中Δλ係系統對片上集成波分複用器件需求之通帶寬度），以實現對不同波長之入射光訊號之複用，由於由該平頂波分複用結構110之頻寬較寬，每個平頂波分複用結構能夠傳輸兩路中心波長相差較大之光束，故其能夠容忍由於波導寬度、波導傾角、波導高度以及溫度變化影響所引起之中心波長偏移帶來的相鄰通道之間的串擾問題。

前述片上集成波分複用器係矽基波分複用器，其包括矽基襯底，在矽基襯底上設置有第一級複用模組100和第二級複用模組200；當然也可以係基於其它襯底之片上集成波分複用器結構，本發明在此不做限制。

當把具有預定波長間隔之λ1、λ2、λ3……λn波長分割光訊號輸入前述第一級複用模組之前述複數個輸入埠時，其中n≥4，且n為偶數；針對每個前述平頂波分複用結構，從前述平頂波分複用結構之一個輸入埠輸入奇數通道之入射光訊號，從前述平頂波分複用結構之另一個輸入埠輸入偶數通道之入射光訊號。即將λ1和λ3分別輸入一個前述平頂波分複用結構之兩個輸入埠進行合波、將λ2和λ4分別輸入另一個前述平頂波分複用結構之兩個輸入埠進行合波，採用該種錯位之合波方式，能夠使得每個前述平頂波分複用結構（110、120）之兩個輸入埠接收到之入射光的中心波長之間的差值較大，由此防止在同一通道內相鄰波段之間的串擾影響。

每個前述平頂波分複用結構（110、120）之兩個輸入埠接收到的入射光的中心波長之間的差值大於預設的波長差閾值。以4個（λ1、λ2、λ3、λ4）波長分割光訊號為例，λ1和λ2之間的波長差值大於或等於20nm，λ3和λ4之間的波長差值大於或等於20nm，λ1和λ3之間的波長差值大於或等於40nm，λ2和λ4之間的波長差值大於或等於40nm。當然每個前述平頂波分複用結構（110、120）之兩個輸入埠接收到之入射光的中心波長之間的差值也可以根據實際應用情況進行設定。

需要說明的係，在該實施例中，針對每個平頂波分複用結構，由其構成片上集成波分複用器件之中心波長λ0損耗較小，且中心波長附近λ0±Δλ範圍的損耗相比中心波長的損耗小於1dB以內。其中，λ0±Δλ稱為該通道之1dB平頂範圍。其中，每個1dB平頂係光衰減1dB範圍內所對應之波長範圍，該平頂波分複用結構中之每個1dB平頂所對應之波長範圍大於20納米。同一個平頂波分複用結構中相鄰兩個1dB平頂所對應之波長範圍之間隔一定距離。兩個平頂複用結構中的部分1dB平頂所對應的波長範圍會有重合。具體，如圖11和圖12所示，圖11可以代表其中一個平頂波複用結構的光譜圖。從圖中可以看到其具有至少兩個1dB平頂（圖中橫軸平坦部分）。一個1dB平頂所對應的波長的中心波長在1291納米，另一個1dB平頂所對應的波長的中心波長在1331納米。每個1dB平頂所對應之波長範圍約為40納米（圖中平坦部分之寬度）。圖12可以代表其中另外一個平頂波複用結構之光譜圖。從圖中可以看到其也具有至少兩個1dB平頂。一個1dB平頂所對應之中心波長在1271納米，另一個1dB平頂所對應的中心波長在1311納米。每個1dB平頂所對應之波長範圍約為40納米。兩個平頂波分複用結構的1dB平頂所對應之波長範圍中，中心波長1271納米和中心波長1291納米所對應的1dB平頂範圍部分重合，中心波長1291納米和中心波長1311納米所對應之1dB平頂範圍部分重合，中心波長1311納米和中心波長1331納米所對應的1dB平頂範圍部分重合。但由於該等中心波長交叉分佈於不同之平頂複用結構中，從而使該等中心波長的1dB平頂範圍所對應的波長範圍能夠錯開，以使能夠實現合波之功能。另，同一個平頂複用結構的相鄰的兩個1dB平頂可以間隔預定距離，以提高合波效果和吸收工藝公差。優選地，該間隔的預定距離可以小於5納米。需要說明的係，本實施例中，相鄰的兩個1dB平頂的間隔係指兩個1dB平頂邊緣之間的距離，而非指兩個1dB平頂的中心之間的距離。

應理解，如圖2c所示，當把預定波長間隔且按照波長從小到大排列的λ1、λ2、λ3、λ4……λ7、λ8波長分割光訊號輸入前述第一級複用模組之前述複數個輸入埠時，同樣地，採用錯位之合波方式，從前述平頂波分複用結構的一個輸入埠輸入奇數通道的入射光訊號，從前述平頂波分複用結構的另一個輸入埠輸入偶數通道的入射光訊號。例如，將λ1、λ5輸入一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠進行合波，將λ3、λ7輸入另一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠進行合波，隨後，將合波後的λ1/λ5與合波後的λ3/λ7再分別輸入至同一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠中進行合波，從而得到λ1/λ3/λ5/λ7的合波。將λ2、λ6輸入一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠進行合波，將λ4、λ8輸入另一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠進行合波，隨後，將合波後之λ2/λ6與合波後之λ4/λ8再分別輸入至同一個前述平頂波分複用結構的兩個輸入埠中進行合波，從而得到λ2/λ4/λ6/λ8之合波。可以理解的係，上述合波方式係採用平頂波分複用結構先把八路中之每兩路合波形成四路後再把四路光波合成兩路到達偏振旋轉分束器，再由偏振旋轉分束器進行偏振合波；在其它實施例中也可以把八路光訊號中之其中四路（λ1/λ3/λ5/λ7）藉由一個平頂波分複用結構合成一路，另外四路（λ2/λ4/λ6/λ8）藉由另外一個平頂波分複用結構合成一路，然後再將這兩個平頂波分複用結構合成後之光藉由偏振旋轉分束器合成一路。另，當把更多預定波長間隔之λ1、λ2、λ3、λ4……λn波長分割光訊號輸入前述第一級複用模組之前述複數個輸入埠時，其中，n＞8，且n為偶數，可基於同樣的錯位的合波方式來實現，在此不再贅述。

如圖3所示，本實施例中之偏振旋轉分束器（Polarization Split Rotator，PSR）210包括直通波導211和交叉波導212、分別連接直通波導211和交叉波導212之直通埠213和交叉埠214，以及連接直通波導211之模式變換結構215。於此，直通波導211與交叉波導212組成模式複用結構，直通埠213和交叉埠214均包括條波導轉脊波導之楔形結構，作為偏振旋轉分束器之輸入埠。模式變換結構215為雙層楔形之模式變換結構，作為偏振旋轉分束器之輸出埠，輸出合波光訊號。

如圖2a至圖3所示，在λ1、λ2、λ3、λ4（波長從小到大排列）四個波長之光訊號中，λ1和λ3分別由兩個平頂波分複用結構中之一個平頂波分複用結構110之兩個輸入埠輸入，經前述平頂波分複用結構110合波後輸出由λ1±Δλ/λ3±Δλ構成之第一級合波光訊號；λ2和λ4分別由兩個平頂波分複用結構中之另一個平頂波分複用結構120之兩個輸入埠輸入，經前述平頂波分複用結構120合波後輸出由λ2±Δλ/λ4±Δλ構成之第一級合波光訊號。需要說明的係，上述四路入射之光訊號λ1、λ3、λ2以及λ4均為線偏振光並且具有相同的偏振態，假設都為TE0（Transverse Electric mode，橫電模）模式之線偏振光，經兩個前述平頂波分複用結構（110、120）分別進行合波後，輸出之第一級合波光訊號依然為TE0模式之合束線偏振光。由TE0模式之合束線偏振光構成之兩路第一級合波光訊號（即合波後的λ1±Δλ/λ3±Δλ光訊號和合波後之λ2±Δλ/λ4±Δλ光訊號）分別由上述集成的偏振旋轉分束器（PSR）210之直通埠213和交叉埠214輸入，並分別進入直通波導211和交叉波導212。進入直通波導211內的λ2±Δλ/λ4±Δλ光訊號偏振態不變，經由模式變換結構215後依然輸出TE0模式的λ2±Δλ/λ4±Δλ光訊號；進入交叉波導212內的λ1±Δλ/λ3±Δλ光訊號耦合到直通波導211內，與直通波導211內的光訊號進行模式複用，λ1±Δλ/λ3±Δλ光訊號模式由TE0模式轉成TE1（高階）模式，經模式變換結構215變換為TM0（Transverse Magnetic mode，橫磁模）模式（即偏振態改變）與原直通波導211內的TE0模式的λ2±Δλ/λ4±Δλ光訊號合成一束包括TE0+TM0模式之線偏振光輸出。

進一步地，如圖2b所示，前述片上集成波分複用器1000還包括一個耦合結構300，前述耦合結構300與前述第二級複用模組200之輸出埠相連，用於將前述第二級複用模組100之輸出埠輸出之合成一束之合波光訊號（第二級合波光訊號）與外部光纖陣列進行耦合，以將待調製之光訊號進行輸入以及將調製完成的光訊號進行輸出，其具有較高的耦合效率，能夠降低整個光路損失。具體地，該耦合結構300可以為低偏振相關損耗的邊緣耦合器（low PDL edge coupler）。

圖4a至圖4e係本申請實施例中採用複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構構成平頂波分複用結構之多種實施方式之示意圖。如圖4a至圖4e所示，圖示中121-125代表每一種不同實施方式平頂波分複用結構。本實施例中，為了能夠使得每個前述平頂波分複用結構110輸出後之第一級合波光訊號為一個近似矩形之波形，將每個前述平頂波分複用結構110均設計為一種數位濾波器，該數位濾波器由至少兩個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構（MZI）構成，假設該數位濾波器用符號表示為A，2*2之耦合器用符號表示為B，相移臂用符號表示為C，則由B和C可以合成為A，而耦合器上之分光比之數值大小以及相移臂上之相移大小就代表了B和C前面的係數，多少個級聯之MZI就代表多少階之近似。示例性地，圖4a至圖4e中之單個馬赫-曾德爾干涉結構（MZI）中，數字0.5表示2*2的3-dB的耦合器交叉埠的分光比為0.5，即一個埠輸出為0.5，另一個埠輸出為0.5；數字0.29表示2*2的耦合器交叉埠的分光比為0.29，即一個埠輸出為0.29，另一個埠輸出為0.71；數字0.08表示2*2的耦合器交叉埠的分光比為0.08，即一個埠輸出為0.08，另一個埠輸出為0.92；其餘的數字表示以此類推，在此不做一一舉例。另，ΔL對應光在單個馬赫-曾德爾干涉結構（MZI）的上下相移臂上傳輸產生相移的波導長度；Lπ對應光在單個馬赫-曾德爾干涉結構（MZI）之上下相移臂上傳輸產生π相移的波導長度。最終可以合成得到一個近似矩形之波形，實現了將每個前述平頂波分複用結構110之平頂波段頻寬變寬，使其能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光的中心波長加上預設的偏移量閾值對應的頻帶範圍。

上述藉由將每個前述平頂波分複用結構設計為一種數位濾波器之形式能夠使得每個前述平頂波分複用結構110的平頂頻寬變寬，使其能夠容忍波導寬度、波導傾角、波導高度以及溫度變化等因素所引起的中心波長偏移問題，而且無需設置任何回饋調節，不僅提高了工作效率，而且降低了器件損耗。

圖5為本申請一實施例中採用陣列波導光柵結構作為平頂波分複用結構之示意圖。如圖5所示，在本實施例中，每個前述平頂波分複用結構由陣列波導光柵結構構成，該陣列波導光柵結構（Array Waveguide Gratings，AWG）130中包括複數個陣列波導131（也稱之為波導通道），陣列波導131採用直線型的波導結構。示例性地，該陣列波導131的通道數量為6個，當然也可以係其它數量，本專利在此不做限制。具體地，該陣列波導光柵結構130採用刻蝕工藝，在絕緣體矽（Silicon On Insulator，SOI）材料上製作，該SOI材料包括頂層矽、埋氧層二氧化矽以及襯底矽，頂層矽厚度為220nm，即可在頂層矽上刻蝕形成陣列波導131等結構，刻蝕深度例如為220nm。工作時，兩路入射光訊號λ1和λ3在經過陣列波導光柵結構130中之複數個陣列波導131之相位調製後合成一束第一級合波光訊號（λ1/λ3）。同樣地，兩路入射光訊號λ2和λ4在經過陣列波導光柵結構130中之複數個陣列波導131之相位調製後合成一束第一級合波光訊號（λ2/λ4）。採用上述陣列波導光柵結構130形成平頂波分複用結構也能夠使得平頂波分複用結構之平頂波段頻寬變寬，使其能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設的偏移量閾值對應之頻帶範圍，並且相對於由複數個級聯的馬赫-曾德爾干涉儀結構構成的平頂波分複用結構而言，上述陣列光柵結構130具有結構緊湊、尺寸小、插入損耗低、波分複用間隔窄且工藝難度較低等優點。

圖6為本申請一實施例中採用刻蝕衍射光柵結構作為平頂波分複用結構之示意圖。如圖6所示，在本實施例中，每個前述平頂波分複用結構由刻蝕衍射光柵結構構成，示例性地，該刻蝕衍射光柵結構140包括輸入波導（141、142）、輸出波導143、羅蘭圓144以及凹面光柵145，羅蘭圓144內部為自由傳播區域，凹面光柵145的反射面由複數個子曲面（圖未示出）組成，複數個子曲面能夠實現光訊號之解複用。其中，輸入波導（141、142）和輸出波導143均設置在羅蘭圓144上。工作時，兩路入射光訊號λ1和λ3在經過羅蘭圓144之內部後，生成兩個輸入模斑，隨後兩個輸入模斑進入羅蘭圓144的自由傳播區域傳播，入射到凹面光柵145之反射面，經凹面光柵145反射、聚焦後，從輸出波導143輸出一束第一級合波光訊號（λ1/λ3）。同樣地，兩路入射光訊號λ2和λ4在經過羅蘭圓144之內部後，生成兩個輸入模斑，隨後兩個輸入模斑進入羅蘭圓144的自由傳播區域傳播，入射到凹面光柵145之反射面，經凹面光柵145反射、聚焦後，從輸出波導143輸出一束第一級合波光訊號（λ2/λ4）。上述由刻蝕衍射光柵結構140構成之平頂波分複用結構也能夠使得該平頂波分複用結構之平頂波段頻寬變寬，使其能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，並且上述刻蝕衍射光柵結構140相對於由複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉儀結構構成之平頂波分複用結構而言，對加工精度要求較低、整體集成度高、輸出波導尺寸相對較小以及整體尺寸更加優化。

圖7為本申請一實施例中採用模式複用器件和多模布拉格光柵構成的組合結構作為平頂波分複用結構的示意圖。如圖7所示，在本實施例中，每個前述平頂波分複用結構150由一個模式複用器151以及一個多模布拉格光柵152的組合結構構成，其中，模式複用器151用於使輸入光入射到前述多模布拉格光柵152內，該模式複用器151包括第一埠、第二埠和第三埠，前述第一埠和第二埠分別用於輸入或輸出光訊號，前述第三埠連接前述多模布拉格光柵152的輸出埠。工作時，兩路入射光訊號λ1和λ3（例如均為TE0模式）分別向前述模式複用器151之第一埠輸入以及向前述多模布拉格光柵152之輸入埠輸入，示例性地，該λ3波長之入射光訊號（例如TE0模式）經前述多模布拉格光柵152以及前述模式複用器151後，該λ3（TE0）波長之入射光訊號之偏振態模式不發生任何變化，直接從前述模式複用器151之第二埠出射；而該λ1波長之入射光訊號（例如TE0模式）經過前述模式複用器151後轉變為TE1模式或者更高階模式之光並從前述模式複用器151之前述第三埠入射到前述多模布拉格光柵152內，經前述多模布拉格光柵152反射後轉變為TE0模式，然後該λ1波長之光訊號以TE0模式經前述模式複用器151後從前述模式複用器151的第二埠輸出，TE0模式之λ1波長之光訊號與TE0模式之λ3波長之光訊號合波後，輸出之第一級合波訊號（λ1/λ3），其依然為TE0模式之線偏振光。同樣地，兩路入射光訊號λ2和λ4（例如均為TE0模式）分別向前述模式複用器151之第一埠輸入以及向前述多模布拉格光柵152之輸入埠輸入，同樣地，該λ4波長之入射光訊號（例如TE0模式）經前述多模布拉格光柵152以及前述模式複用器151後，該λ4（TE0）波長之光訊號之偏振態模式不發生任何變化，直接從前述模式複用器151之第二埠出射；而該λ2波長之入射光訊號（例如TE0模式）經過前述模式複用器151後轉變為TE1模式或者更高階模式之光從前述模式複用器151之前述第三埠入射到前述多模布拉格光柵152內，經前述多模布拉格光柵152反射後轉變為TE0模式，然後λ2波長的光訊號以TE0模式經前述模式複用器151後從前述模式複用器151的第二埠輸出，TE0模式的λ2波長的光訊號與TE0模式的λ4波長的光訊號合波後，輸出的第一級合波訊號（λ2/λ4），其依然為TE0模式之線偏振光。上述採用模式複用器件和多模布拉格光柵構成之組合結構之平頂波分複用結構也能夠使得該平頂波分複用結構之平頂波段頻寬變寬，使其能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光的中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍。

圖8為本申請一實施例中採用反向布拉格光柵定向耦合器結構作為平頂波分複用結構之示意圖。如圖8所示，在本實施例中，每個前述平頂波分複用結構110由一個反向布拉格光柵定向耦合器結構構成，該反向布拉格光柵定向耦合器160包括第一反向布拉格光柵定向耦合結構161和第二反向布拉格光柵定向耦合結構162。工作時，兩路入射光訊號λ1和λ3（例如均為TE模式）分別由第二反向布拉格光柵定向耦合結構162正向埠以及第一反向布拉格光柵定向耦合結構161之反向埠輸入，由於λ3波長光訊號係由前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161之反向埠輸入，故前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161對λ3波長光訊號（TE）不起作用，λ3波長光訊號直接從前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161的正向埠出射；而由於λ1波長光訊號（TE）係由前述第二反向布拉格光柵定向耦合結構162的正向埠輸入，故前述第二反向布拉格光柵定向耦合結構162對λ1波長光訊號（TE）起作用，該λ1波長光訊號從前述第二反向布拉格光柵定向耦合結構162的正向埠輸入後會經過前述第二反向布拉格光柵定向耦合結構162之中心位置附近運行到前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161中，並從前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161之正向埠輸出，使得兩路入射光訊號λ1（TE）和λ3（TE）具有一定之光程差，最終在前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161的正向埠輸出的光訊號λ3（TE）和光訊號λ1（TE）發生彙聚耦合後生成第一級合波光訊號（λ1（TE）/λ3（TE））。同樣地，基於前述同樣之設置方式，在前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161的反向埠輸入的光訊號λ4（TE）和在前述第二反向布拉格光柵定向耦合結構162的正向埠輸入的光訊號λ2（TE），最終在前述第一反向布拉格光柵定向耦合結構161的正向埠發生彙聚耦合後生成第二級合波光訊號（λ2（TE）/λ4（TE））。前述採用反向布拉格光柵定向耦合器結構的平頂波分複用結構也能夠使得該平頂波分複用結構的平頂波段頻寬變寬，使其能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到的入射光的中心波長加上預設的偏移量閾值對應的頻帶範圍。

可選地，在本申請的其他實施例中，前述至少兩個平頂波分複用結構由下列結構的任意組合構成：複數個級聯的馬赫-曾德爾干涉結構、陣列波導光柵結構、刻蝕衍射光柵結構、模式複用器和多模布拉格光柵構成的組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構。

圖9為本申請一實施例中採用由複數個級聯的馬赫-曾德爾干涉結構、陣列波導光柵結構、刻蝕衍射光柵結構的任意組合構成的平頂波分複用結構的模擬光譜圖。圖10為圖9中示出的光譜圖中的中心波長為1291nm附近的光束的光譜圖。

當前述第一級複用模組100由前述複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構、前述陣列波導光柵結構和前述刻蝕衍射光柵結構之任意組合構成時，最終所生成的總的模擬光譜圖如圖9所示，其中，一個平頂波分複用結構以TE（Transverse Electric mode，橫電模）偏振模式實現了中心波長分別為1271nm/1311nm波長（Wavelength）的通道（channel）的共用，另一個平頂波分複用結構以TM（Transverse Magnetic mode，橫磁模）偏振模式實現了中心波長分別為1291nm/1331nm波長（Wavelength）的通道（channel）的共用。最終生成的第二級合波訊號中，包含第一組光波分量和第二組光波分量，其中，前述第一組光波分量和前述第二組光波分量具有不同的偏振態。

示例性地，在圖10中，對應中心波長為1291nm的光路通道的平頂波段頻寬接近為34nm，是故，其對應的波分複用結構即使受到波導寬度、高度、傾角以及溫度變化等因素引起該中心波長為1291nm的光束向長波段偏移（red shift）或者向短波段偏移（blue shift），也能夠保證在中心波長1291nm±6nm的範圍內均為平坦區。亦即，在該光路通道（channel）內生成的第一級合波光訊號能夠容忍波導寬度、高度、傾角以及溫度變化等因素對中心波長偏移的影響，降低了對波導寬度、高度或傾角的敏感性。

圖11為本申請一實施例中採用由模式複用器和多模布拉格光柵構成的組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構的任意組合構成的平頂波分複用結構生成的一組光波分量的模擬光譜圖，圖12為本申請一實施例中採用由模式複用器和多模布拉格光柵構成的組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構的任意組合構成的平頂波分複用結構生成的另一組光波分量的模擬光譜圖。

在圖11中，中心波長為1291nm的光束通路的平頂波段的頻寬大於12nm，能夠保證在中心波長1291nm±6nm的範圍內均為平坦區，中心波長為1331nm的光束通路的平頂波段的頻寬也大於12nm，能夠保證在中心波長1331nm±6nm的範圍內均為平坦區。圖12中，中心波長為1271nm的光束通路的平頂波段的頻寬大於12nm，能夠保證在中心波長1271nm±6nm的範圍內均為平坦區，中心波長為1311nm的光束通路的平頂波段的頻寬大於12nm，能夠保證在中心波長1311nm±6nm的範圍內均為平坦區。是故，其對應的平頂波分複用結構即使受到波導寬度、高度、傾角以及溫度變化影響等因素引起該中心波長的波段向長波段偏移（red shift）或者向短波段偏移（blue shift），也能夠保證在中心波長±6nm的範圍內均為平坦區。亦即，在該光路通道內生成的第一級合波光訊號能夠容忍波導寬度、高度、傾角以及溫度變化等因素對中心波長偏移的影響，降低了平頂波分複用結構對波導寬度、高度或傾角的敏感性。

圖13為本申請又一實施例所提供的片上集成波分複用器的結構示意圖，圖14為圖13示出的片上集成波分複用器中的偏振旋轉器（PR）的結構示意圖；圖15為圖13示出的片上集成波分複用器中的偏振合束器（PBC）的結構示意圖。

如圖13所示，與前述實施例不同的係，在本實施例中，片上集成波分複用器2000中的第二級複用模組係偏振合束器（Polarization Beam Combiner，PBC）230，前述片上集成波分複用器2000還包括偏振旋轉器（polarization rotator，PR）220，前述偏振旋轉器220的輸入埠與前述第一複用模組100的一個輸出埠光耦合，以接收該輸出埠輸出的光，前述偏振旋轉器220的輸出埠與前述偏振合束器230的一個輸入埠光耦合，以向前述偏振合束器230輸出光，其中，前述偏振合束器230用於將接收到的兩路具有不同偏振態的光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器220用於改變接收到的光束的偏振態。

示例性地，前述第一級複用模組100具有複數個輸入埠和兩個輸出埠；前述偏振合束器230包括兩個輸入埠和一個輸出埠；前述第一級複用模組100的兩個輸出埠分別連接前述偏振合束器230的兩個輸入埠；具有相同偏振態的多路入射光訊號（λ1，λ2，λ3，λ4（波長從小到大排列））分別向前述第一級複用模組100的複數個輸入埠輸入，經前述第一級複用模組100合波之後，由前述第一級複用模組100的兩個輸出埠輸出的兩路第一級合波光訊號中，一路與前述偏振合束器230一個輸入埠直接光耦合，以將前述第一級合波光訊號輸入至前述偏振合束器230的一個輸入埠上；另一路藉由前述偏振旋轉器220與前述偏振合束器230的另一個輸入埠光耦合，以將前述第一級合波光訊號經前述偏振旋轉器220將其偏振態旋轉90°之後的光束光耦合到偏振合束器230的另一輸入埠上，最後經偏振合束器230合束輸出一路具有相互垂直的兩個偏振態的第二級合波光訊號，其中，前述第二級合波光訊號包含第一組光波分量和第二組光波分量，前述第一組光波分量和第二組光波分量具有不同的偏振態。

可選地，前述偏振旋轉器（PR）220和前述偏振合束器（PBC）230也可以係矽基的偏振旋轉器（PR）和矽基的偏振合束器（PBC）。

如圖14所示，在本實施例中，前述偏振旋轉器220用於將接收到之光束之原始偏振態改變成與前述原始偏振態垂直之偏振態。該偏振旋轉器（PR）220包括一脊波導221和位於脊波導221一側之部分平面波導222。其中，脊波導221包括依次連接之第一楔形結構221a、線性結構221b和第二楔形結構221c。第一楔形結構221a作為偏振旋轉器220之輸入端，其寬度沿光路方向逐漸變窄直至與線性結構221b平齊並連接，第二楔形結構221c之寬度沿光路方向逐漸變寬，直至與外部光波導連接。部分平面波導222之高度低於脊波導221之高度，包括位於脊波導221同一側且相互連接之第三楔形結構222a和第四楔形結構222b。第三楔形結構222a緊鄰第一楔形結構221a之側面，第四楔形結構222b緊鄰線性結構221b之側面，第三楔形結構222a之尖端緊貼第一楔形結構221a較寬一端之側面，第四楔形結構222b之尖端臨近第二楔形結構221c較窄一端。線偏振光從脊波導221之第一楔形結構221a較寬之一端入射，在第一楔形結構221a和線性結構221b段，光模式分佈到脊波導221和平面波導222內，使其偏振態發生旋轉，在入射到第二楔形結構221c時偏振態已經旋轉90度，再藉由第二楔形結構221c耦合到外部光波導內。在其它實施例中，也可以採用圖3所示之偏振旋轉-合束器（PSR）作為偏振旋轉器，線偏振光從交叉埠入射，經交叉波導耦合到直通波導，最後經模式變換結構輸出之線偏振光之偏振態旋轉了90度。

如圖15所示，在本實施例中，該偏振合束器230由三個相同之模式轉換耦合器組成，每個模式轉換耦合器包括一個單模接入波導和一個多模匯流排波導。其中，第一模式轉換耦合器231和第二模式轉換耦合器232並聯，並位於偏振合束器230之輸入端。上述第一模式轉換耦合器231之單模接入波導231a和第二模式轉換耦合器232之單模接入波導232a分別連接偏振旋轉器220之輸出端和一個平頂波分複用結構110之輸出端。第三模式轉換耦合器233級聯上述兩個模式轉換耦合器231、232，第三模式轉換耦合器233之多模匯流排波導233b連接第一模式轉換耦合器231之多模匯流排波導231b之輸出端，第三模式轉換耦合器233之單模接入波導233a連接第二模式轉換耦合器232之單模接入波導232a之輸出端。在本實施例中，採用三個模式轉換耦合器組成之偏振合束器230結合偏振旋轉器220對由前面兩個平頂波分複用結構110輸出之兩路具有相同線偏振態的第一級合波光訊號進行偏振合束，減小了串擾。而且由於模式轉換耦合器具有低損耗大頻寬之特性，進一步降低了光學損耗，提高了器件之光學頻寬。

圖16為本申請另一實施例所提供之片上集成波分複用器之結構示意圖，如圖16所示，與前述實施例不同的係，本實施例中之第二級複用模組200係偏振合束器（Polarization Beam Combiner，PBC）230，前述片上集成波分複用器3000還包括至少一個偏振旋轉器（polarization rotator，PR）220，針對每個前述偏振旋轉器220，其輸入埠用於接收一路前述入射光，其輸出埠與前述至少兩個平頂波分複用結構110中的一個的輸入埠光耦合，以向該平頂波分複用結構110輸出光，其中，前述偏振合束器230用於將接收到之兩路具有不同偏振態之光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器220用於改變接收到之光束之偏振態，並且由前述至少一個偏振旋轉器220改變偏振態之光僅由前述第一級複用模組100之一個輸出埠輸出。

示例性地，在本實施例中，前述第一級複用模組100具有複數個輸入埠和兩個輸出埠；前述偏振合束器230包括兩個輸入埠和一個輸出埠；前述平頂寬頻之波分複用組合結構100之兩個輸出埠分別連接前述偏振合束器230之兩個輸入埠；針對每個前述偏振旋轉器220，其輸出埠用於接收一路入射光，用於改變接收到之光束之偏振態，至少兩路入射光訊號分別藉由與之對應之前述偏振旋轉器220與一個前述平頂波分複用結構110之輸入埠光耦合，經前述偏振旋轉器220將前述至少兩路入射光訊號之偏振態旋轉90°之後耦合到前述平頂寬頻之片上集成波分複用器110之一個輸入埠上，然後由前述平頂波分複用結構110之輸出埠輸出合波後之第一級合波光訊號；至少兩路入射光訊號直接入射至前述平頂波分複用結構110一個輸入埠上，然後由前述平頂波分複用結構110之輸出埠輸出合波後之第一級合波光訊號，由於前述第一級複用模組100之兩個輸出埠輸出之兩束第一級合波光訊號之偏振態模式不同，故經前述偏振合束器230合波後輸出具有相互垂直之兩個偏振態之合波光訊號（第二級合波光訊號）。

本申請還提出了一種晶片，前述晶片包括前述任一實施例所述的片上集成波分複用器。

在本申請實施例所提供之片上集成波分複用器及晶片中，第一級複用模組中之每個平頂波分複用結構之頻寬能夠覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，由此每個平頂波分複用結構能夠傳輸兩路中心波長相差較大之光束，從而能夠克服由各種因素導致之中心波長偏移所引起之相鄰通道串擾問題；而且第一級複用模組以及第二級複用模組在工作過程中，無需任何回饋調節，提高了工作效率，降低了器件損耗，並有利於降低片上集成波分複用器對波導寬度、波導高度、波導傾角以及周圍環境溫度變化的敏感性。

在上述實施例中，對各個實施例之描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述之部分，可以參見其他實施例之相關描述。

以上結合實施例對本申請所提供之片上集成波分複用器及晶片進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本申請之原理及實施方式進行了闡述，以上實施例之說明只係用於幫助理解本申請之技術方案及其核心思想；本領域之普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載之技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而該等修改或者替換，並不使相應技術方案之本質脫離本申請各實施例的技術方案之範圍。

10’:馬赫-曾德爾干涉儀 11’:耦合器 12’:連接臂 13’:監視探測器 1000:片上集成波分複用器 100:第一級複用模組 110,120,121,122,123,124,125:平頂波分複用結構 130:陣列波導光柵結構 131:陣列波導 140:刻蝕衍射光柵結構 141,142:輸入波導 143:輸出波導 144:羅蘭圓 145:凹面光柵 150:平頂波分複用結構 151:模式複用器 152:多模布拉格光柵 160:反向布拉格光柵定向耦合器 161:第一反向布拉格光柵定向耦合結構 162:第二反向布拉格光柵定向耦合結構 2000:片上集成波分複用器 200:第二級複用模組（偏振旋轉分束器） 210:偏振旋轉分束器 211:直通波導 212:交叉波導 213:直通埠 214:交叉埠 215:模式變換結構 220:偏振旋轉器 221:脊波導 221a:第一楔形結構 221b:線性結構 221c:第二楔形結構 222:平面波導 222a:第三楔形結構 222b:第四楔形結構 230:第二級複用模組（偏振合束器） 231:第一模式轉換耦合器 231a,232a,233a:單模接入波導 232:第二模式轉換耦合器 233:第三模式轉換耦合器 231b,233b:多模匯流排波導 300:耦合結構 3000:片上集成波分複用器

圖1為先前之矽光晶片中之MZI型片上集成波分複用器之結構示意圖； 圖2a為本申請一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖； 圖2b為本申請另一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖； 圖2c為本申請又一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖； 圖3為本申請實施例中之偏振旋轉分束器（PSR）之結構示意圖； 圖4a至圖4e係本申請實施例中採用複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構構成平頂波分複用結構之多種實施方式之示意圖； 圖5為本申請一實施例中採用陣列波導光柵結構作為平頂波分複用結構之示意圖； 圖6為本申請一實施例中採用刻蝕衍射光柵結構作為平頂波分複用結構之示意圖； 圖7為本申請一實施例中採用模式複用器件和多模布拉格光柵構成之組合結構作為平頂波分複用結構之示意圖； 圖8為本申請一實施例中採用反向布拉格光柵定向耦合器結構作為平頂波分複用結構之示意圖； 圖9為本申請一實施例中採用由複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構、陣列波導光柵結構、刻蝕衍射光柵結構的任意組合構成的平頂波分複用結構的模擬光譜圖； 圖10為圖9所示之光譜圖中之中心波長為1291nm附近之光束之光譜圖； 圖11為本申請一實施例中採用由模式複用器和多模布拉格光柵構成之組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構之任意組合構成之平頂波分複用結構生成之一組光波分量之模擬光譜圖； 圖12為本申請實施例中採用由模式複用器和多模布拉格光柵構成之組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構之任意組合構成之平頂波分複用結構生成之另一組光波分量之模擬光譜圖； 圖13為本申請又一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖； 圖14為圖13所示之片上集成波分複用器中之偏振旋轉器（PR）之結構示意圖； 圖15為圖13所示之片上集成波分複用器中之偏振合束器（PBC）之結構示意圖； 圖16為本申請又一實施例提供之片上集成波分複用器之結構示意圖。

1000:片上集成波分複用器

100:第一級複用模組

110:平頂波分複用結構

120:平頂波分複用結構

200:第二級複用模組(偏振旋轉分束器)

Claims (14)

1. 一種片上集成波分複用器，其中前述片上集成波分複用器包括第一級複用模組和第二級複用模組，前述第一級複用模組具有複數個輸入埠和兩個輸出埠，前述第二級複用模組具有兩個輸入埠和一個輸出埠，前述第一級複用模組之前述兩個輸出埠分別與前述第二級複用模組對應之輸入埠光耦合；前述第一級複用模組包括至少兩個平頂波分複用結構，每個前述平頂波分複用結構具有兩個輸入埠和一個輸出埠，其中，每個前述平頂波分複用結構之頻寬覆蓋由其兩個輸入埠分別接收到之入射光之中心波長加上預設之偏移量閾值對應之頻帶範圍，前述第一級複用模組將由前述複數個輸入埠接收到之具有同一偏振態之入射光進行合波以生成兩路第一級合波光訊號，並將前述兩路第一級合波光訊號分別輸入至前述第二級複用模組對應之輸入埠，前述第二級複用模組將其兩個輸入埠接收到之前述兩路第一級合波光訊號進行合波以生成第二級合波光訊號，其中前述第二級合波光訊號包含第一組光波分量和第二組光波分量，前述第一組光波分量和第二組光波分量具有不同之偏振態；前述第二級複用模組對第一組光波分量和第二組光波分量進行偏振合波。
2. 如請求項1所述之片上集成波分複用器，其中當把具有預定波長間隔之λ1、λ2、λ3……λn波長分割光訊號輸入前述第一級複用模組之前述複數個輸入埠時，其中n

   

   4，且n為偶數，前述λ1、λ2、λ3……λn按照波長大小順序依次排列；從前述至少兩個平頂波分複用結構中其中一個之輸入埠輸入奇數通道之入射光訊號，從前述至少兩個平頂波分複用結構中的另一個的輸入埠輸入偶數通道之入射光訊號。
3. 如請求項2所述之片上集成波分複用器，其中每個前述平頂波分複用結構之兩個輸入埠接收到之入射光之中心波長之間的差值大於預設之波長差閾值。
4. 如請求項1所述之片上集成波分複用器，其中前述至少兩個平頂波分複用結構由下列結構之任意組合構成：複數個級聯之馬赫-曾德爾干涉結構、陣列波導光柵結構、刻蝕衍射光柵結構、模式複用器和多模布拉格光柵構成之組合結構、反向布拉格光柵定向耦合器結構。
5. 如請求項1所述之片上集成波分複用器，其中前述片上集成波分複用器係矽基波分複用器。
6. 如請求項1所述之片上集成波分複用器，其中前述片上集成波分複用器還包括耦合結構，前述耦合結構與前述第二級複用模組的輸出埠相連，用於將前述第二級複用模組的輸出埠輸出的前述第二級合波光訊號與外部光纖陣列進行耦合，以將合波完成的光訊號進行輸出。
7. 如請求項1至6中任意一項所述之片上集成波分複用器，其中前述第二級複用模組係偏振旋轉分束器，前述偏振旋轉分束器將接收到之前述兩路第一級合波光訊號合波成具有相互垂直之偏振態之前述第一組光波分量和前述第二組光波分量。
8. 如請求項7所述之片上集成波分複用器，其中前述偏振旋轉分束器包括直通波導和交叉波導、分別連接前述直通波導和交叉波導之直通埠和交叉埠，以及連接前述直通波導之模式變換結構；前述直通波導與前述交叉波導組成模式複用結構；前述直通埠和交叉埠均包括條波導轉脊波導之楔形結構；前述模式變換結構為雙層楔形之模式變換結構。
9. 如請求項1至6中任意一項所述之片上集成波分複用器，其中前述第二級複用模組係偏振合束器，前述片上集成波分複用器還包括偏振旋轉器，前述偏振旋轉器之輸入埠與前述第一複用模組之一個輸出埠光耦合，以接收該輸出埠輸出之光，前述偏振旋轉器之輸出埠與前述偏振合束器之一個輸入埠光耦合，以向前述偏振合束器輸出光，其中，前述偏振合束器用於將接收到之兩路具有不同偏振態之光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器用於改變接收到之光束之偏振態；其中，前述偏振旋轉器將接收到之光束之原始偏振態改變成與前述原始偏振態垂直之偏振態。
10. 如請求項1至6中任意一項所述之片上集成波分複用器，其中前述第二級複用模組係偏振合束器，前述片上集成波分複用器還包括至少一個偏振旋轉器，針對每個前述偏振旋轉器，其輸入埠用於接收一路前述入射光，其輸出埠與前述至少兩個平頂波分複用結構中之一個之輸入埠光耦合，以向該平頂波分複用結構輸出光，其中，前述偏振合束器用於將接收到之兩路具有不同偏振態之光束合波成一路光束，前述偏振旋轉器用於改變接收到之光束的偏振態，並且由前述至少一個偏振旋轉器改變偏振態之光僅由前述第一級複用模組之一個輸出埠輸出；其中，每個前述偏振旋轉器將接收到之光束之原始偏振態改變成與前述原始偏振態垂直之偏振態。
11. 如請求項1至6中任意一項所述之片上集成波分複用器，其中每個前述平頂波分複用結構包括至少兩個1dB平頂，其中，每個1dB平頂係光衰減1dB範圍內所對應之波長範圍，每個1dB平頂所對應之波長範圍大於20納米。
12. 如請求項11所述之片上集成波分複用器，其中同一個平頂波分複用結構之相鄰的兩個1dB平頂之間隔小於5納米。
13. 如請求項11所述之片上集成波分複用器，其中前述至少兩個平頂波分複用結構中，其中一個之平頂波分複用結構中之1dB平頂所對應之波長範圍與其中另一個之平頂波分複用結構中之1dB平頂所對應之波長範圍部分重疊。
14. 一種晶片，其包括如請求項1至6中任意一項所述之片上集成波分複用器。