專利名稱：三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信波分復(fù)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有寬通帶極低紋波的頻率響應(yīng)的波分復(fù)用器件。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)是現(xiàn)代光纖通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。波分復(fù)用/解復(fù)用就是指通過特殊的技術(shù)，將不同波長(zhǎng)的光合成復(fù)合光，以及將復(fù)合光中不同波長(zhǎng)的光分離出來。波分復(fù)用(解復(fù)用)器件就是實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)的器件。衍射蝕刻光柵是一種非常典型的集成型波分解復(fù)用器件，和其他的波分解復(fù)用器相比，衍射蝕刻光柵具有集成度高，體積小，波長(zhǎng)分辨率高等優(yōu)勢(shì)。另一種典型的集成型波分復(fù)用/解復(fù)用器件為陣列波導(dǎo)光柵。
現(xiàn)有技術(shù)中的蝕刻衍射光柵由輸入波導(dǎo)、自由傳播區(qū)、衍射光柵、輸出波導(dǎo)組成。復(fù)合光從輸入波導(dǎo)入射，進(jìn)入自由傳輸區(qū)自由發(fā)散傳播，經(jīng)過衍射光柵衍射之后，由于光柵不同齒之間存在相位差，再次通過自由傳播區(qū)聚焦，將各波長(zhǎng)的光聚焦在成像曲面上不同的位置，并由輸出波導(dǎo)輸出，實(shí)現(xiàn)色散功能，即將不同波長(zhǎng)的光分離開來，實(shí)現(xiàn)波分解復(fù)用的功能。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中相鄰光柵齒之間對(duì)于入射中心和出射中心的距離和的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍(該倍率為光柵的衍射級(jí)次)。
現(xiàn)有技術(shù)中的陣列波導(dǎo)光柵，由輸入波導(dǎo)、自由傳輸區(qū)、陣列波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)組成。復(fù)合光從輸入波導(dǎo)入射，進(jìn)入自由傳輸區(qū)自由發(fā)散傳輸，然后耦合到波導(dǎo)陣7中各條陣列波導(dǎo)，相鄰陣列波導(dǎo)存在一定長(zhǎng)度差，從而對(duì)各波長(zhǎng)的光產(chǎn)生不同的位相差，實(shí)現(xiàn)光柵的色散功能。經(jīng)過第二個(gè)自由傳輸區(qū)后，不同波長(zhǎng)的光會(huì)聚于像面上不同點(diǎn)，將輸出波導(dǎo)置于相應(yīng)的位置，即可將不同波長(zhǎng)的光分離出來，實(shí)現(xiàn)波分解復(fù)用的功能。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中相鄰陣列波導(dǎo)之間對(duì)于入射中心和出射中心的距離以及波導(dǎo)長(zhǎng)度的和的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍(該倍率為陣列波導(dǎo)光柵的衍射級(jí)次)。
在現(xiàn)有技術(shù)中波分復(fù)用/解復(fù)用器(包括衍射蝕刻光柵、陣列波導(dǎo)光柵)的帶通是高斯型，當(dāng)信道的實(shí)際波長(zhǎng)偏移設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)時(shí)，器件對(duì)該信道的傳輸透過效率將迅速下降。這種很強(qiáng)的波長(zhǎng)選擇性使得傳統(tǒng)的波分復(fù)用器件對(duì)通信系統(tǒng)中的信道光源波長(zhǎng)的精度有非常高的要求。但是在實(shí)際情況中，大量的外部因素可能使工作波長(zhǎng)發(fā)生漂移(包括光源本身的漂移，溫漂，折射率變化等等)，這大大的限制了波分復(fù)用/解復(fù)用器件的應(yīng)用。
解決波分復(fù)用/解復(fù)用器件通帶平坦化對(duì)提高實(shí)際系統(tǒng)效率有著巨大的意義和價(jià)值。因此，很多方法被提出用來實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用器件頻譜平坦化。目前來實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用器件頻譜平坦化有如下幾種方法1)基于輸入結(jié)構(gòu)的優(yōu)化如美國(guó)專利No.5,706,377.公開的方法是利用Y分支實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。Y分支中的尖角將增大器件的插損。
2)基于光柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化如美國(guó)專利No.5,926,587.公開的方法是利用兩個(gè)級(jí)聯(lián)光柵的方法實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。
在美國(guó)專利Patent No.6,298,186.公開的方法是使用迭代算法，用IFFT對(duì)光柵齒進(jìn)行調(diào)整來達(dá)到預(yù)期希望的平坦化頻譜響應(yīng)。
A.Rign等發(fā)表的一篇題為“Multigrating method for flattened spectralresponse wavelength multi/demultiplexer’，Electron.Lett.，1997，33，(20)，pp.1701-1702.的文章中采用多光柵實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。其子光柵之間的比例是均勻的，通常以兩個(gè)子光柵構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。
3)基于輸出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化如M.R.Amersfoort等人發(fā)表的題為“Phased-array wavelength demultiplexerwith flattened wavelength response”，Electron.lett.，1994，30，(4)，pp.300-302的文章中，采用多模輸出波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了頻譜平坦化，但這種方法只適合于波分復(fù)用/解復(fù)用器件直接與探測(cè)器連接使用的場(chǎng)合。
以上大部分的平坦化設(shè)計(jì)達(dá)到的相對(duì)帶寬通常比較有限，設(shè)計(jì)方法不直觀，并且一般比較難控制通帶內(nèi)的紋波，使得器件在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用得到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種寬通帶、極低紋波、低串?dāng)_、頻譜響應(yīng)特性良好的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件。
本發(fā)明的目的是采用這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的它包括輸入波導(dǎo)、自由傳播區(qū)、衍射光柵和輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于自由傳播區(qū)的一側(cè)，衍射光柵位于自由傳播區(qū)的另一側(cè)，其特征在于整個(gè)光柵對(duì)應(yīng)的聚焦中心為3個(gè)，聚焦點(diǎn)距離由所要求的通帶寬度確定；對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子光柵互相交錯(cuò)排列，子光柵齒數(shù)比例由聚焦點(diǎn)距離確定。
本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)它包括依次設(shè)置的輸入波導(dǎo)、自由傳播區(qū)、陣列波導(dǎo)、自由傳播區(qū)和輸出波導(dǎo)，陣列波導(dǎo)位于兩個(gè)自由傳播區(qū)之間，相鄰陣列波導(dǎo)之間有一定的長(zhǎng)度差和相位差，整個(gè)波導(dǎo)陣列對(duì)應(yīng)的聚焦中心為3個(gè)，聚焦點(diǎn)距離由所要求的通帶寬度確定；對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子波導(dǎo)陣列互相交錯(cuò)排列，子陣列波導(dǎo)數(shù)目比例由聚焦點(diǎn)距離確定。
由于本發(fā)明所確定的聚焦點(diǎn)間距以及子光柵齒數(shù)(子陣列波導(dǎo)數(shù))克服了現(xiàn)有技術(shù)中兩種光柵所存在的缺陷，它能得到的頻譜響應(yīng)具有平坦通帶，極低紋波，低串?dāng)_等優(yōu)良性能。同時(shí)具有器件結(jié)構(gòu)緊湊，色散特性好等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是衍射蝕刻光柵結(jié)構(gòu)工作原理示意圖；圖3是衍射蝕刻光柵3焦點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖(圖1中A、B部分的放大圖)；圖4是本發(fā)明的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是陣列波導(dǎo)光柵3焦點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖(圖4中C、D部分的放大圖)；圖6是3焦點(diǎn)和2焦點(diǎn)方法紋波相對(duì)焦點(diǎn)間距變化比較圖；圖7是-1dB帶寬相對(duì)焦點(diǎn)間距變化圖；圖8是子像峰值比例相對(duì)焦點(diǎn)間距變化圖；圖9是3焦點(diǎn)方法和2焦點(diǎn)方法頻譜響應(yīng)曲線比較圖；圖10是3焦點(diǎn)方法色散特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示本發(fā)明包括輸入波導(dǎo)1、自由傳播區(qū)2、衍射光柵3和輸出波導(dǎo)4，輸入波導(dǎo)1和輸出波導(dǎo)4位于自由傳播區(qū)2的一側(cè)，衍射光柵3位于自由傳播區(qū)2的另一側(cè)，光柵的聚焦中心由傳統(tǒng)的1個(gè)變?yōu)?個(gè)(如圖3所示)，聚焦點(diǎn)間距由所需要的帶寬決定。每個(gè)光柵齒中心位置的確定根據(jù)所要求的通帶寬度選擇合適的“聚焦點(diǎn)”，總體上三個(gè)子光柵(對(duì)應(yīng)三個(gè)聚焦點(diǎn))互相交錯(cuò)，齒數(shù)比例由聚焦點(diǎn)間距確定。具有相同聚焦點(diǎn)的不同光柵齒之間距離輸入點(diǎn)和輸出“聚焦點(diǎn)”光程之和滿足一定的相位差關(guān)系。PicPl‾+PlPf(l)‾-(PicP0‾+P0Pf(l)‾)=lmλ0/neff---(1)]]>其中，Pic，Pl，Pf(l)分別為入射中心，第l個(gè)光柵齒的中心，以及第l個(gè)光柵齒對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)。根據(jù)基爾霍夫—惠更斯衍射公式，光柵成像面上的場(chǎng)分布能夠?qū)懗蒃out(x,z)=121λΣn∫nthfacetEg(x′,z′)r2(cosθi+cosθd)e-ikr2ds′,---(2)]]>其中λ是光在芯層介質(zhì)中的波長(zhǎng)，k=2πλ]]>為波數(shù)，r2為光柵上點(diǎn)P′(x′，z′)到輸出點(diǎn)的距離，θi和θd分別為光相對(duì)于每個(gè)光柵齒的入射角和衍射角，光柵上的光場(chǎng)分布能夠近似表示為Eg(x′,z′)=121λ∫Ein(x,zin)r1(1+cosθ)e-ikr1dx,---(3)]]>其中r1為輸入波導(dǎo)端面一點(diǎn)P(x，zin)到光柵上點(diǎn)P′(x′，z′)距離，θ為PP′和入射波導(dǎo)端面垂線的夾角。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，每個(gè)光柵齒的聚焦中心Pf(l)為同一個(gè)點(diǎn)(即出射中心)，因此滿足r1n+r2n＝r10+r20+n·m·λ其中，r1n，r2n分別表示第n個(gè)光柵齒到入射中心和出射中心的距離。3焦點(diǎn)方法是使不同的光柵齒聚焦到在出射中心附近的的三個(gè)焦點(diǎn)中的一個(gè)，使得出射面上有三個(gè)大小不等，互相部分重疊的像，從而形成一個(gè)展寬的像，進(jìn)而達(dá)到改善頻譜響應(yīng)的目的。
根據(jù)所對(duì)應(yīng)的三個(gè)焦點(diǎn)，可以把光柵齒視為三個(gè)子光柵，當(dāng)三個(gè)光柵的齒互相交錯(cuò)的很均勻的時(shí)候，每一個(gè)光柵均在其對(duì)應(yīng)的聚焦中心附近形成一個(gè)和入射光場(chǎng)分布形狀相似，幅度較小的子像。子像間的峰值幅度大小和子光柵的光柵齒數(shù)成正比。當(dāng)近似入射光場(chǎng)為高斯型分布時(shí)，在出射面上的場(chǎng)分布可以近似表達(dá)為Eout(x′′)=(2πw2)14[E1e-(x′′-a)2w2+E2e-x′′2w2+E3e-(x′′+a)2w2]---(4)]]>其中2w為光場(chǎng)的有效寬度(即當(dāng)x＝w的時(shí)候，場(chǎng)值為中心值的e-1)，E1，E2，E3分別為三個(gè)子像的幅度，a為邊緣聚焦中心和中間聚焦中心之間的距離。為了使獲得的頻譜響應(yīng)對(duì)稱，通常選擇E1＝E3。
對(duì)于輸出波導(dǎo)為與輸入波導(dǎo)相同的單模波導(dǎo)的情形，衍射蝕刻光柵的頻譜響應(yīng)可由重疊積分公式求得I(λ)=|∫Eout(λ,x)·Ewg*(λ,x)dx|2∫Ein(λ,x′)·Ein*(λ,x′)dx′·∫Ewg(λ,x)·Ewg*(λ,x)dx---(5)]]>將(4)代入(5)，可以得到頻譜響應(yīng)為I(Δf)=|(2πw2)12e-(DΔf)2w2*[E1e-(DΔf-a)2w2+E2e-(DΔf)2w2+E3e-(DΔf+a)2w2]|2]]>=(2E1e-a2+DΔf22w2ch(aDΔfw2)+E2e-DΔf22w2)2---(6)]]>其一階導(dǎo)數(shù)為I′(Δf)=2(2E1e-a2+(DΔf)22w2ch(DΔf·aw2)+E2e-(DΔf)22w2)]]>·e-(DΔf)22w2(2E1w2e-a22w2(a·sh(DΔf·aw2)-DΔf·ch(DΔf·aw2)-E2·DΔfw2)---(7)]]>容易看到，頻譜響應(yīng)的一階倒數(shù)在Δf＝0即中心頻率處始終為零。為了使得頻譜響應(yīng)的紋波在中心頻率附近達(dá)到最小，應(yīng)該使得其二階倒數(shù)在中心頻率處為零，即I′′(0)=2(2E1·e-a22w2+E2)·(2E1w2·e-a22w2·(a2w2-1)-E2w2)=0---(8)]]>為了滿足這一條件，(8)右邊的兩個(gè)括號(hào)必須有一個(gè)為零。第一個(gè)括號(hào)為零必須要求E2/E1的值為負(fù)數(shù)，即要求子像之間相差π的相位(相干相消)，這也同時(shí)意味著較大的能量損耗。因此，在實(shí)際中不可取。第二個(gè)括號(hào)為零可以得到等式E2E1=2e-a22w2(a2w2-1)---(9)]]>
從(9)可以得到如下結(jié)論1.當(dāng)a＜w的時(shí)候，頻率中心處的變化曲率不能夠?yàn)榱?，除非子像之間有π的相位差(較大能量損失)，因此，三焦點(diǎn)方法作用不明顯，一般用二焦點(diǎn)即可。
2.當(dāng)a＞w的時(shí)候，只要子像幅度滿足(9)，能夠使得頻率響應(yīng)在中心頻率處曲率為零，完全消除紋波(如圖6所示，而用雙焦點(diǎn)方法將引入極大的紋波)。
由于子像間的幅度大小正比與子光柵間的光柵齒數(shù)，因此，只要按照互相交錯(cuò)的原則安排子光柵的排列，并使子光柵齒數(shù)間比例滿足N2N1=2e-a22w2(a2w2-1)---(10)]]>其中N1，N2為子光柵1和子光柵2的光柵齒數(shù)，即能夠?qū)崿F(xiàn)極低紋波的寬通帶頻率響應(yīng)。，即能夠?qū)崿F(xiàn)極低紋波的寬通帶頻率響應(yīng)。
圖7顯示了根據(jù)高斯近似得到的-1dB相對(duì)帶寬(-1dB帶寬與信道間隔的比)和a的變化關(guān)系。圖8顯示的是子像峰值比例相對(duì)焦點(diǎn)間距變化圖。圖8為3焦點(diǎn)方法和2焦點(diǎn)方法得到的頻率響應(yīng)紋波相對(duì)焦點(diǎn)間距變化比較圖?？梢钥吹?，3焦點(diǎn)方法能夠在焦點(diǎn)間距變大時(shí)仍然控制的很好。
在器件設(shè)計(jì)當(dāng)中，器件的色散特性也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。器件的色散特性DC(λ)一般定義如下，DC(λ)=∂τd∂λ,---(11)]]>其中，τd為器件的群延遲，定義為τd≈λ022πc∂φ(λ)∂λ,---(12)]]>其中，c為真空中的光速，φ(λ)為器件的相位響應(yīng)，由重疊積分∫Eout(λ,x′′)·Ewg*(λ,x′′)dx]]>決定。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，針對(duì)某一要求的-1dB通帶帶寬，由圖7決定焦點(diǎn)的間距。然后根據(jù)(9)來確定子像峰值大小比例(即子光柵的齒數(shù)比例)，直接進(jìn)行設(shè)計(jì)。
作為實(shí)例，假設(shè)對(duì)于一個(gè)信道間隔為100GHz、中心波長(zhǎng)為1550nm的系統(tǒng)，需要-1dB通帶寬度為60％。
從圖7中可以看到，對(duì)應(yīng)60％的相對(duì)帶寬，子像峰值幅度比為E2/E1＝0.88(這里選取子光柵齒數(shù)之比為3∶4)。式(1)中的Pf(l)改寫成 i＝0，±1，±2，...
圖9顯示了用本發(fā)明和用傳統(tǒng)的兩點(diǎn)聚焦方法得到的頻譜響應(yīng)曲線(模擬計(jì)算采用的公式(3)和(4))。用三點(diǎn)法得到的-1dB帶寬為62.00GHz，通帶紋波為0.013dB。正如所預(yù)料的，通帶紋波非常小。用兩點(diǎn)聚焦法得到的-1dB帶寬為60.95GHz，通帶紋波為1.1869dB。這個(gè)紋波值已經(jīng)超過了大多數(shù)密集波分復(fù)用系統(tǒng)所要求的最大紋波值，因此在應(yīng)用中將極大的限制系統(tǒng)的性能。
圖10顯示的是三點(diǎn)聚焦法實(shí)現(xiàn)寬通帶頻率響應(yīng)的色散特性曲線?？梢钥吹?，三焦點(diǎn)方法實(shí)現(xiàn)的頻帶展寬同樣擁有很好的色散特性(在通帶中的色散特性小于1ps/nm)。
采用三焦點(diǎn)方法能夠在保持極低紋波的情況下增加器件的通帶范圍。一般說來，三焦點(diǎn)方法的有效范圍為焦點(diǎn)距離a∈[w，2w]，對(duì)應(yīng)的-1dB相對(duì)帶寬范圍為45％至85％。這一范圍對(duì)于一個(gè)密集波分復(fù)用系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖4所示，陣列波導(dǎo)光柵包括輸入波導(dǎo)5、自由傳播區(qū)6、波導(dǎo)陣列7，自由傳播區(qū)6和輸出波導(dǎo)8，陣列波導(dǎo)位于兩個(gè)自由傳播區(qū)之間，相鄰陣列波導(dǎo)之間有一定的長(zhǎng)度差和相位差。整個(gè)波導(dǎo)陣列所對(duì)應(yīng)的聚焦中心為3個(gè)(如圖5所示)，聚焦點(diǎn)距離由所需要的通帶寬度確定，對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子波導(dǎo)陣列互相交錯(cuò)，子波導(dǎo)陣列1的會(huì)聚點(diǎn)為Poc1，子波導(dǎo)陣列2的會(huì)聚點(diǎn)為Poc，子波導(dǎo)陣列3的會(huì)聚點(diǎn)為Poc3，子波導(dǎo)陣列波導(dǎo)數(shù)目比例由聚焦點(diǎn)距離確定。每條波導(dǎo)的長(zhǎng)度L1應(yīng)滿足PicPinl‾+Ll+PoutlPf(l)‾-(PicPin0‾+L0+Pout0Pf(0)‾)=lmλ0/neff---(13)]]>其中，Pic，Pinl，Poutl，Pf(l)分別為入射中心，第1條波導(dǎo)的入口中心，第1條波導(dǎo)的出口中心，以及第1條波導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的聚焦中心。
焦點(diǎn)間距離根據(jù)所需通帶帶寬以及入射場(chǎng)有效寬度確定后，三個(gè)子波導(dǎo)陣列與子波導(dǎo)陣列2的波導(dǎo)數(shù)目比例由焦點(diǎn)間距決定，并滿足方程(10)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)極低紋波的寬通帶頻率響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，它包括輸入波導(dǎo)(1)、自由傳播區(qū)(2)、衍射光柵(3)和輸出波導(dǎo)(4)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于自由傳播區(qū)的一側(cè)，衍射光柵位于自由傳播區(qū)的另一側(cè)，其特征在于整個(gè)光柵結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的聚焦中心為3個(gè)，聚焦點(diǎn)距離由所需要的通帶寬度確定，對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子光柵交錯(cuò)排列，子光柵1的會(huì)聚點(diǎn)為Poc1，子光柵2的會(huì)聚點(diǎn)為Poc，子光柵3的會(huì)聚點(diǎn)為Poc3，子光柵齒數(shù)比例由聚焦點(diǎn)距離確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于衍射光柵(3)為由三個(gè)子光柵組成的光柵系統(tǒng)，每個(gè)光柵齒的槽面中心Pl應(yīng)滿足PicPl‾+PlPf(l)‾-(PicP0‾+P0Pf(l)‾)=lmλ0/neff]]>其中，Pic，Pl，Pf(l)分別為入射中心，第l個(gè)光柵齒的槽面中心，以及第l個(gè)光柵齒所對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于三個(gè)焦點(diǎn)間的距離a由所要求的通帶寬度決定。對(duì)應(yīng)一個(gè)給定的通帶寬度，有唯一的焦點(diǎn)間距a與之對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于子光柵的光柵齒交錯(cuò)分布，子光柵1和子光柵3的齒數(shù)相等，與子光柵2的齒數(shù)比例由焦點(diǎn)間距決定，并滿足下列方程N(yùn)2N1=2e-a22w2(a2w2-1)]]>其中，N1，N2為子光柵1和子光柵2的光柵齒數(shù)，a為焦點(diǎn)1和焦點(diǎn)2的距離，w為入射光場(chǎng)有效半寬。
5.三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，它包括輸入波導(dǎo)(5)、自由傳播區(qū)(6)、波導(dǎo)陣列(7)，自由傳播區(qū)(6)和輸出波導(dǎo)(8)，陣列波導(dǎo)位于兩個(gè)自由傳播區(qū)之間，相鄰陣列波導(dǎo)之間有一定的長(zhǎng)度差和相位差，其特征在于整個(gè)波導(dǎo)陣列所對(duì)應(yīng)的聚焦中心為3個(gè)，聚焦點(diǎn)距離由所需要的通帶寬度確定，對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子波導(dǎo)陣列互相交錯(cuò)排列，子波導(dǎo)陣列1的會(huì)聚點(diǎn)為Poc1，子波導(dǎo)陣列2的會(huì)聚點(diǎn)為Poc，子波導(dǎo)陣列3的會(huì)聚點(diǎn)為Poc3，子波導(dǎo)陣列波導(dǎo)數(shù)目比例由聚焦點(diǎn)距離確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于波導(dǎo)陣列(7)為由三個(gè)子波導(dǎo)陣列組成的波導(dǎo)陣列系統(tǒng)，每條波導(dǎo)的長(zhǎng)度Ll應(yīng)滿足PicPinl‾+Ll+PoutlPf(l)‾-(PicPin0‾+L0+Pout0Pf(0)‾)=lmλ0/neff]]>其中，Pic，Pinl，Poutl，Pf(l)分別為入射中心，第l條波導(dǎo)的入口中心，第l條波導(dǎo)的出口中心，以及第l條波導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的聚焦中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于三個(gè)焦點(diǎn)間的距離a由所要求的通帶寬度決定，對(duì)應(yīng)一個(gè)給定的通帶寬度，有唯一的焦點(diǎn)間距a與之對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件，其特征在于子波導(dǎo)陣列的波導(dǎo)交錯(cuò)分布排列，子波導(dǎo)陣列1和子波導(dǎo)陣列3的波導(dǎo)數(shù)目相等，與子波導(dǎo)陣列2的波導(dǎo)數(shù)目比例由焦點(diǎn)間距決定，并滿足下列方程N(yùn)2N1=2e-a22w2(a2w2-1)]]>其中，N1，N2為子波導(dǎo)陣列1和子波導(dǎo)陣列2的波導(dǎo)數(shù)目，a為焦點(diǎn)1和焦點(diǎn)2的距離，w為入射光場(chǎng)有效半寬。
全文摘要
本發(fā)明屬于光通信波分復(fù)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)的平頂型通帶波分復(fù)用器件。它包括輸入波導(dǎo)、自由傳播區(qū)、衍射光柵和輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于自由傳播區(qū)的一側(cè)，衍射光柵位于自由傳播區(qū)的另一側(cè)，光柵不同齒之間距離輸入輸出中點(diǎn)光程之和有一定的相位差，整個(gè)光柵對(duì)應(yīng)的輸出中心為3個(gè)，聚焦點(diǎn)距離由所要求的通帶寬度確定；對(duì)應(yīng)3個(gè)聚焦點(diǎn)的3個(gè)子光柵互相交錯(cuò)排列，子光柵齒數(shù)比例由聚焦點(diǎn)距離確定。本發(fā)明所確定的光柵齒中心位置克服了現(xiàn)有技術(shù)中兩種光柵所存在的缺陷，它能得到的頻譜響應(yīng)具有平坦通帶，極低紋波，低串?dāng)_等優(yōu)良性能。同時(shí)具有器件結(jié)構(gòu)緊湊，色散特性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/293GK1415991SQ0215092
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者石志敏, 何賽靈 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)