專利名稱：波長選擇器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種波長選擇器，適用于做光通信無源/有源器件。
背景技術(shù)：
大容量高速光通信網(wǎng)絡(luò)，需要各種高性能光無源器件，特別是陣列化的具有高波長選擇性的光無源器件，如波分復(fù)用/解復(fù)用器(WDMUX/WMUX，Wavelength demutipler/wavelength mutiplexer)、波長選擇開關(guān)(WSS，Wavelength-selective switches)、波長選擇路由(WSR，wavelength-selective routing)、波長選擇耦合器(WSC，Wavelength-selective coupler)、波長分插復(fù)用器(WADM，Wavelengthadd/drop mutiplexer)等，同時(shí)還要求這些器件尺寸小、插入損耗低、信道隔離度及與光纖的兼容性好等?，F(xiàn)有器件還不能充分滿足這些要求。例如方向耦合器(Directional Coupler)和波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器，波長分辨率低，主要用于雙波長或間隔較大的多波長應(yīng)用領(lǐng)域。再如光纖布喇格光柵(FBG，F(xiàn)iber Bragg Grating)，它通過沿光纖軸向?qū)ζ湔凵渎蔬M(jìn)行周期性調(diào)制，產(chǎn)生布喇格反射，是一種窄帶陷波濾波器或窄帶反射器，波長分辨率高，但它是一種獨(dú)立元件，難以陣列化。采用類似原理的分布式布喇格反射器(Distributed Braggreflector，DBR)，雖然可采用光集成技術(shù)制作，而且同樣具有很高的波長選擇性，但由于反射后的光波沿原傳播方向反向傳播，這樣應(yīng)用起來很不方便，主要用于制作DBR半導(dǎo)體激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供兩種可以用于實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用、光開關(guān)、光路由等各種功能的波長選擇器(WS，Wavelength selector)，該波長選擇器波長分辨率高，尺寸小，插入損耗低，可以采用光集成技術(shù)批量制造，解決從輸入光波導(dǎo)中提取任一波長而不顯著影響其他波長的問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供的第一種波長選擇器，它包括輸入光波導(dǎo)，過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間有一個(gè)耦合區(qū)，在該耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列；在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)內(nèi)，過渡光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)，且過渡光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)在耦合區(qū)的起始端外側(cè)直接相連。
本發(fā)明的技術(shù)方案同時(shí)提供的第二種波長選擇器，它包括輸入光波導(dǎo)，過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間有一個(gè)耦合區(qū)，在該耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列；在耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，過渡光波導(dǎo)通過一個(gè)Y型結(jié)與輸出光波導(dǎo)相連，且在Y型結(jié)的與過渡光波導(dǎo)相對的那一側(cè)，輸出光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)。
所述的第一種，通過調(diào)整過渡光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)的周期長短調(diào)整輸出光波的波長大小，通過調(diào)整周期性波導(dǎo)的分布長度和/或微擾變化強(qiáng)弱和/或在耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的間隔、長度、折射率與尺寸分布來調(diào)整輸出光波的光強(qiáng)大小。
所述的第二種波長選擇器，通過調(diào)整輸出光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)的周期長短調(diào)整輸出光波的波長大小，通過調(diào)整周期性波導(dǎo)的分布長度和/或微擾變化強(qiáng)弱和/或在耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的間隔、長度、折射率與尺寸分布來調(diào)整輸出光波的光強(qiáng)大小。
所述的第一種波長選擇器，過渡光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)由分段式光波導(dǎo)構(gòu)成，或通過光波導(dǎo)的折射率或/和厚度或/和寬度尺寸做周期性微擾變化來實(shí)現(xiàn)。
所述的第二種波長選擇器，輸出光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)由分段式光波導(dǎo)構(gòu)成，或通過光波導(dǎo)的折射率或/和厚度或/和寬度尺寸做周期性微擾變化來實(shí)現(xiàn)。
所述的第一種波長選擇器，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，輸入光波導(dǎo)與過渡光波導(dǎo)分別經(jīng)過一段距離后通過一個(gè)Y型結(jié)相連，在它們相連前所分別經(jīng)過的距離，應(yīng)盡量使得從輸入光波導(dǎo)的輸入端輸入的光波，在經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。
所述的第二種波長選擇器，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，輸入光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)分別經(jīng)過一段距離后通過一個(gè)Y型結(jié)相連，在它們相連前所分別經(jīng)過的距離，應(yīng)盡量使得從輸入光波導(dǎo)的輸入端輸入的光波，在經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。
所述的第一種和第二種波長選擇器，通過外應(yīng)力、熱形變和壓電陶瓷的電致伸縮調(diào)節(jié)波長選擇器中光波導(dǎo)的幾何尺寸與相對位置，和/或通過電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)和半導(dǎo)體材料的等離子體色散效應(yīng)改變光波導(dǎo)的折射率。
所述的第一種和第二種波長選擇器，輸入光波導(dǎo)、過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)處于同一光波導(dǎo)層平面或分別處于兩個(gè)不同的光波導(dǎo)層平面。
本說明書中所用術(shù)語說明(1)、分段式光波導(dǎo)由多段光波導(dǎo)串接組成的光波導(dǎo)，每段光波導(dǎo)之間有一個(gè)很小的間隙，而且每段光波導(dǎo)的中心一般互相對準(zhǔn)。由于每段光波導(dǎo)之間的間隙很小，盡管在間隙處會(huì)發(fā)生光的反射和散射，形成一定程度的微擾，但光波仍然沿光波導(dǎo)向前傳播。
本發(fā)明的基本原理是綜合利用方向耦合器的光波場耦合原理和布喇格反射濾波原理來構(gòu)造一個(gè)新的器件，實(shí)現(xiàn)高分辨波長選擇，即利用類似方向耦合器的耦合原理把光波從輸入光波導(dǎo)中取出來，再利用布喇格反射濾波原理對所取出的波長進(jìn)行嚴(yán)格篩選、分離，為了避免對其他波長光波造成嚴(yán)重影響，必要時(shí)還可把經(jīng)過布喇格反射濾波篩選后剩下的光波再送回輸入光波導(dǎo)。為了方便講述按照上述原理構(gòu)造的波長選擇器的工作原理，下面分別簡單回顧一下方向耦合器和布喇格反射濾波器的工作原理。
在方向耦合器中，當(dāng)輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)在一段耦合區(qū)內(nèi)相隔很近地平行排列時(shí)，輸入光波導(dǎo)中的光波會(huì)逐步向輸出光波導(dǎo)轉(zhuǎn)移，假設(shè)輸入光波導(dǎo)中的光波矢振幅為A1(z)，輸出光波導(dǎo)中的光波矢振幅為A2(z)，z為從耦合區(qū)的起始處開始(z＝0)光波在光波導(dǎo)中傳播的距離，則根據(jù)微擾理論可用如下方程組描述A1(z)和A2(z)之間的耦合 式中，K12和K21是輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)之間的耦合系數(shù)，Δ＝β1-β2，β1和β2分別為輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)中光波的傳播常數(shù)。對某一波長的光波，如果它正好滿足相位匹配條件，即β1＝β2，或Δ＝0，由(1)和(2)可以解出A2(z)＝K21/K212Sin(|K21|z)(3)由(3)式可以看出輸出光波導(dǎo)中的光場隨距離z呈正弦周期性變化。當(dāng)z＝π/2|K21|＝Lc時(shí)，輸出光波導(dǎo)中的光強(qiáng)I＝|A2(z)|2達(dá)到最大，這就是一個(gè)常規(guī)方向耦合器的工作原理，長度Lc即為該方向耦合器的耦合長度。但是由于對近似滿足相位匹配條件的光波，β1≈β2，輸出光波導(dǎo)中A2(z)也有較大值，因此常規(guī)方向耦合器的波長分辨率并不高。
在布喇格反射濾波器中，光波導(dǎo)的折射率或結(jié)構(gòu)尺寸沿光波導(dǎo)的長度方向z做微擾周期變化，假設(shè)其折射率微擾Δn2(x，z)的變化周期為Λ，可將周期函數(shù)Δn2(x，z)展開成傅立葉級(jí)數(shù)，Δn2(x,z)=Δn2(x)Σ-∞∞amExp[im2πΛz]------(4)]]>對某一波長的光波，記光波導(dǎo)中正向和反向傳播光波的傳播常數(shù)分別為β+和β-，如果它們正好滿足相位匹配條件，2πm/Λ＝β+-β-，則傳播常數(shù)為β+正向傳播光波由于Δn2(x，z)的第m次諧波的調(diào)制耦合到傳播常數(shù)為β-的反向傳播光波，設(shè)正向和反向傳播光波的光波矢振幅分別為A+(z)和A-(z)，根據(jù)微擾理論，可用如下方程組描述A+(z)和A-(z)之間的耦合 式中，K12和K21是正向和反向傳播光波之間的耦合系數(shù)。解方程(5)、(6)可以發(fā)現(xiàn)，對某一特定波長的光波，由于它們正好滿足相位匹配條件，只要光波導(dǎo)微擾區(qū)的分布長度足夠長，可以實(shí)現(xiàn)近似100％的反射，這就是布喇格反射濾波原理。
在本發(fā)明提出的波長選擇器中，如果周期性波導(dǎo)位于輸出光波導(dǎo)上，而不在過渡光波導(dǎo)上，則輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)在耦合區(qū)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)常規(guī)方向耦合器；同時(shí)位于輸出光波導(dǎo)上的周期性波導(dǎo)構(gòu)成一個(gè)常規(guī)布喇格反射濾波器，此種結(jié)構(gòu)形式的波長選擇器可以看作是一個(gè)常規(guī)方向耦合器和一個(gè)常規(guī)布喇格反射濾波器的簡單串接。其工作過程首先是由過渡光波導(dǎo)通過方向耦合器從輸入光波導(dǎo)中取出一定波長分布范圍內(nèi)的光波，再通過輸出光波導(dǎo)上的周期性波導(dǎo)的布喇格反射精選出特定波長的光波，同時(shí)由于過渡光波導(dǎo)通過一個(gè)Y型結(jié)與輸出光波導(dǎo)相連，當(dāng)輸出光波導(dǎo)中由布喇格反射回來的光波反向通過Y型結(jié)時(shí)，一定比例的光波繼續(xù)沿輸出光波導(dǎo)傳播，并從輸出光波導(dǎo)的輸出端口輸出，一定比例的光波會(huì)反向回到過渡光波導(dǎo)，并進(jìn)一步通過方向耦合器耦合回到輸入光波導(dǎo)，從輸入光波導(dǎo)的輸入端口反向輸出。
在本發(fā)明提出的波長選擇器中，如果周期性波導(dǎo)位于過渡光波導(dǎo)上，且位于輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)內(nèi)，則輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間的耦合行為會(huì)偏離常規(guī)方向耦合器，而過渡光波導(dǎo)上的周期性波導(dǎo)的行為也會(huì)在某些方面偏離常規(guī)布喇格反射器，因此此時(shí)不能把波長選擇器看作是一個(gè)常規(guī)方向耦合器和一個(gè)常規(guī)布喇格反射器的簡單串接或并聯(lián)，應(yīng)該對其特性進(jìn)行綜合分析。記輸入光波導(dǎo)中正向傳播和反向傳播光波矢振幅分別為A1(z)和A4(z)，同時(shí)記過渡光波導(dǎo)中正向傳播和反向傳播光波矢振幅分別為A2(z)和A3(z)，則從耦合區(qū)的起始端開始，沿輸入光波的傳播方向，類似方向耦合器的耦合機(jī)理，A1(z)會(huì)耦合到A2(z)，記它們之間的耦合系數(shù)分別為K12、K21；同時(shí)，在過渡光波導(dǎo)中，類似布喇格反射機(jī)理，A2(z)會(huì)耦合到A3(z)，記它們之間的耦合系數(shù)分別為K23、K32；接著，類似方向耦合器的耦合機(jī)理，過渡光波導(dǎo)中反向傳播的A3(z)會(huì)耦合回到輸入光波導(dǎo)中，形成反向傳播的A4(z)，記它們之間的耦合系數(shù)分別為K34、K43。綜合上述各步可以看出，一方面A1(z)會(huì)耦合到A2(z)，使A2(z)增加，另一方面，A2(z)會(huì)耦合到A3(z)，使A2(z)減小。同樣一方面A2(z)會(huì)耦合到A3(z)，使A3(z)增加，另一方面，A3(z)會(huì)耦合到A4(z)，使A3(z)減小。這樣當(dāng)滿足相位匹配條件時(shí)，可以寫出A1(z)、A2(z)、A3(z)和A4(z)間的耦合方程組 盡管方程(7)-(10)的解比較復(fù)雜，但我們可以據(jù)此進(jìn)行定性分析。由于A3(z)為波長選擇器的輸出光波的光波矢振幅，如果A3(z)恒等于零，即波長選擇器無輸出，它就不能起到從輸入光波導(dǎo)中選擇、分離一定波長光波的目的。通過反證法可以證明，A3(z)不會(huì)恒等于零。因?yàn)橐坏〢3(z)恒等于零，則其導(dǎo)數(shù)也恒等于零，由方程(10)可知，A4(z)為常數(shù)，再由方程(9)可知A2(z)必須為常數(shù)，且A4(z)＝K32/K34A2(z)。如果A2(z)為不等于零的常數(shù)，則由方程(7)可知，A1(z)不恒等于零，再由方程(8)可知A2(z)的導(dǎo)數(shù)不為零，這與A2(z)為常數(shù)相矛盾，因此A2(z)必須為等于零的常數(shù)，這樣A1(z)為常數(shù)，即保持輸入時(shí)的初始值不變，而A2(z)、A3(z)和A4(z)全部為零，這種情況只有輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很遠(yuǎn)，它們之間的耦合為零才可能出現(xiàn)。而在波長選擇器的耦合區(qū)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列，因此必定有一定大小的、光波矢振幅為A3(z)的光波輸出。
下面再考慮A3(z)取極大的情況。在最佳情況下，假設(shè)在耦合區(qū)起始區(qū)A3(z)達(dá)到極大，此時(shí)，A3(z)的導(dǎo)數(shù)為零，根據(jù)方程(9)有A4(0)＝K32/K34A2(0)。由于在起始區(qū)，A2(0)0，因此A4(0)，這說明總光能主要由|A3(0)|2和|A1(0)|2構(gòu)成，但|A3(0)|2與|A1(0)|2之比，即波長選擇器對特定波長的光波的反射率的大小，必須根據(jù)方程組(7)-(10)確定。另外過渡光波導(dǎo)不必要在整個(gè)耦合區(qū)都做成周期性波導(dǎo)，例如可以在耦合區(qū)的起始端故意留一段為常規(guī)光波導(dǎo)，這樣可能起到調(diào)整|A3(0)|2與|A1(0)|2之比的作用?？傊梢酝ㄟ^調(diào)整耦合區(qū)內(nèi)輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的間隔、長度、折射率與尺寸分布等，來調(diào)整耦合系數(shù)K12和K21，以及K34和K43，同時(shí)可以通過調(diào)整過渡光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)的微擾變化強(qiáng)弱來調(diào)整耦合系數(shù)K23和K32，這樣當(dāng)K12、K21、K23、K32、K34和K43以及周期性波導(dǎo)的分布長度都根據(jù)方程組(7)-(10)調(diào)整到合適大小時(shí)，就可調(diào)整|A3(0)|2達(dá)到最大或達(dá)到某一預(yù)定值。
另外除波長選擇器選擇分離出的特定波長光波外(我們稱該特定波長為波長選擇器的工作波長)，所有其他波長的光波也都會(huì)在一定程度上耦合進(jìn)入過渡光波導(dǎo)，但由于它們不滿足布喇格條件，不會(huì)被周期性波導(dǎo)反射。為了減小對這些非工作波長光波的損耗，可以在耦合區(qū)的結(jié)束端，把傳輸這些光波的過渡光波導(dǎo)或輸出光波導(dǎo)以Y型結(jié)的方式與輸入光波導(dǎo)的輸出端相連，使它們重新回到輸入光波導(dǎo)。為了避免這些經(jīng)過不同路徑過來的光波由于干涉相互抵消，應(yīng)該調(diào)整輸出光波導(dǎo)或過渡光波導(dǎo)和輸入光波導(dǎo)在匯合前的長度，使得經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光波的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。當(dāng)然也可拋棄這些被耦合出去的非工作波長光波，或把它們引導(dǎo)到其他地方用于檢測或其他用途。
另外通過外應(yīng)力、熱形變、壓電陶瓷的電致伸縮等調(diào)節(jié)波長選擇器中光波導(dǎo)的幾何尺寸、相對位置，或通過電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、半導(dǎo)體材料的體色散效應(yīng)等改變光波導(dǎo)的折射率，可以動(dòng)態(tài)地改變波長選擇器的工作波長，從而用于制作波長選擇性光開關(guān)、光調(diào)制器等各種光網(wǎng)絡(luò)器件和光譜儀、傳感測量儀等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明所涉及的波長選擇器，由于采用了布喇格反射原理，其波長分辨率大大超過方向耦合器，同時(shí)它的輸入與輸出光波導(dǎo)是分離的，使用方便，因此它繼承了布喇格反射器和方向耦合器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它們各自的缺陷，結(jié)構(gòu)緊湊，損耗小，便于多級(jí)串接組合。


圖1為本發(fā)明在周期性波導(dǎo)采用等長度分段式光波導(dǎo)制作在過渡光波導(dǎo)上，且位于過渡光波導(dǎo)與輸入光波導(dǎo)的耦合區(qū)內(nèi)，同時(shí)過渡光波導(dǎo)與輸入光波導(dǎo)的輸出端通過Y型結(jié)相連時(shí)，波長選擇器的實(shí)施例示意圖。
圖2為本發(fā)明在周期性波導(dǎo)采用折射率微擾方式制作在輸出光波導(dǎo)上，且位于過渡光波導(dǎo)與輸入光波導(dǎo)的耦合區(qū)外時(shí)，波長選擇器的
具體實(shí)施例方式
圖1中輸入光波導(dǎo)1與過渡光波導(dǎo)2在耦合區(qū)4內(nèi)相距很近地平行排列，過渡光波導(dǎo)2在耦合區(qū)4的起始端外側(cè)與輸出光波導(dǎo)3直接相連，這里耦合區(qū)4的起始端指輸入光波沿輸入光波導(dǎo)1進(jìn)入耦合區(qū)4時(shí)所首先經(jīng)過的那一端，即圖1中耦合區(qū)4的左端，相對應(yīng)地，耦合區(qū)4的另一端為其結(jié)束端。在耦合區(qū)4的結(jié)束端外側(cè)，輸入光波導(dǎo)1與過渡光波導(dǎo)2分別經(jīng)過一定距離后通過Y型結(jié)相連。在耦合區(qū)4內(nèi)，過渡光波導(dǎo)2采用分段式光波導(dǎo)形成周期型波導(dǎo)，由于類似方向耦合器的耦合機(jī)理，輸入光波導(dǎo)1中的波長為λi的光波滿足相位匹配條件，耦合到過渡光波導(dǎo)2中，與波長λi相近的光波λi-1、λi+1等也分別在一定程度上耦合到過渡光波導(dǎo)2中，但只有λi滿足布喇格反射條件，被反射到與過渡光波導(dǎo)2直接相連的輸出光波導(dǎo)3中，并從輸出光波導(dǎo)3的輸出端口輸出，當(dāng)然也可能有一定比例的波長為λi的光波又耦合進(jìn)入輸入光波導(dǎo)1反向傳播，從輸入光波導(dǎo)1的輸入端口反向輸出。通過調(diào)整耦合區(qū)4內(nèi)輸入光波導(dǎo)1和過渡光波導(dǎo)2的間隔、長度、折射率與尺寸分布等參數(shù)，同時(shí)通過調(diào)整過渡光波導(dǎo)2在耦合區(qū)4內(nèi)的周期性波導(dǎo)的微擾變化強(qiáng)弱以及分布長度等，可調(diào)整從輸出光波導(dǎo)3的輸出端口輸出的光波λi的大小，使其達(dá)到最大或達(dá)到某一預(yù)定值。為了避免對與波長λi相近的λi-1、λi+1等光波的損耗，在耦合區(qū)4的結(jié)束端的外側(cè)，過渡光波導(dǎo)2與輸入光波導(dǎo)1分別經(jīng)過一定距離后，通過Y型結(jié)相連，這樣λi-1、λi+1等光波又重新回到輸入光波導(dǎo)1中，以便于與下一級(jí)波長選擇器級(jí)連。為了避免這些經(jīng)過不同路徑過來的λi-1、λi+1等光波由于干涉相互抵消，應(yīng)該調(diào)整輸入光波導(dǎo)1和過渡光波導(dǎo)2在匯合前的長度，使得經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光波的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。
圖2中輸入光波導(dǎo)1與過渡光波導(dǎo)2在耦合區(qū)4內(nèi)相距很近地平行排列，構(gòu)成一個(gè)常規(guī)方向耦合器，過渡光波導(dǎo)2在耦合區(qū)4的結(jié)束端外側(cè)與輸出光波導(dǎo)3通過Y型結(jié)相連。在該Y型結(jié)的與過渡光波導(dǎo)2相對的一側(cè)，輸出光波導(dǎo)3采用折射率微擾變化方式形成周期型波導(dǎo)，構(gòu)成一個(gè)常規(guī)布喇格反射器5。在耦合區(qū)4內(nèi)，輸入光波導(dǎo)1中的波長為λi的光波滿足相位匹配條件，耦合到過渡光波導(dǎo)2中，與波長λi相近的光波λi-1、λi+1等也分別在一定程度上耦合到過渡光波導(dǎo)2中，它們通過Y型結(jié)輸出到輸出光波導(dǎo)3中，但只有λi滿足布喇格條件，被接近100％地反射，并反向通過同一Y型結(jié)，此時(shí)一定比例的波長為λi的光波繼續(xù)沿輸出光波導(dǎo)3傳播，并從輸出光波導(dǎo)3的左輸出端口輸出，同時(shí)一定比例的波長為λi的光波會(huì)返回過渡光波導(dǎo)2，并進(jìn)一步耦合到輸入光波導(dǎo)1中反向傳播，從輸入光波導(dǎo)1的位于左側(cè)的輸入端口反向輸出。通過控制Y型結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如過渡光波導(dǎo)2與輸出光波導(dǎo)3的夾角、間歇等，調(diào)整波長為λi的光波在反向通過Y型結(jié)時(shí)的分配比例。同時(shí)不滿足布喇格反射條件的波長為......λi-1、λi+1、......等的光波繼續(xù)沿輸出光波導(dǎo)3傳播從其右輸出端口輸出。
本發(fā)明所提出的波長選擇器，盡管一個(gè)波長選擇器只能選出一個(gè)特定波長，即對應(yīng)一個(gè)信道，但采用光集成技術(shù)，對應(yīng)多個(gè)光波長的波長選擇器可按一定方式串接起來組成多個(gè)通道。例如把多個(gè)具有不同工作波長的波長選擇器集成到同一塊器件上，且它們的輸出光波導(dǎo)相串連，則可構(gòu)成一個(gè)光波復(fù)用器，同樣把多個(gè)具有不同工作波長的波長選擇器集成到同一塊器件上，且它們的輸入光波導(dǎo)相串連，則可構(gòu)成一個(gè)光波解復(fù)用器。進(jìn)一步由光波解復(fù)用器和光波復(fù)用器可以組成路由器。
權(quán)利要求
1.一種波長選擇器，它包括輸入光波導(dǎo)，過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間有一個(gè)耦合區(qū)，在該耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列；在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)內(nèi)，過渡光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)，且過渡光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)在耦合區(qū)的起始端外側(cè)直接相連。
2.一種波長選擇器，它包括輸入光波導(dǎo)，過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間有一個(gè)耦合區(qū)，在該耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列；在耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，過渡光波導(dǎo)通過一個(gè)Y型結(jié)與輸出光波導(dǎo)相連，且在Y型結(jié)的與過渡光波導(dǎo)相對的那一側(cè)，輸出光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長選擇器，其特征在于，通過調(diào)整過渡光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)的周期長短調(diào)整輸出光波的波長大小，通過調(diào)整周期性波導(dǎo)的分布長度和/或微擾變化強(qiáng)弱和/或在耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的間隔、長度、折射率與尺寸分布來調(diào)整輸出光波的光強(qiáng)大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長選擇器，其特征在于，通過調(diào)整輸出光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)的周期長短調(diào)整輸出光波的波長大小，通過調(diào)整周期性波導(dǎo)的分布長度和/或微擾變化強(qiáng)弱和/或在耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的間隔、長度、折射率與尺寸分布來調(diào)整輸出光波的光強(qiáng)大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長選擇器，其特征在于，過渡光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)由分段式光波導(dǎo)構(gòu)成，或通過光波導(dǎo)的折射率或/和厚度或/和寬度尺寸做周期性微擾變化來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長選擇器，其特征在于，輸出光波導(dǎo)中的周期性波導(dǎo)由分段式光波導(dǎo)構(gòu)成，或通過光波導(dǎo)的折射率或/和厚度或/和寬度尺寸做周期性微擾變化來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長選擇器，其特征在于，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，輸入光波導(dǎo)與過渡光波導(dǎo)分別經(jīng)過一段距離后通過一個(gè)Y型結(jié)相連，在它們相連前所分別經(jīng)過的距離，應(yīng)盡量使得從輸入光波導(dǎo)的輸入端輸入的光波，在經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長選擇器，其特征在于，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)的耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，輸入光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)分別經(jīng)過一段距離后通過一個(gè)Y型結(jié)相連，在它們相連前所分別經(jīng)過的距離，應(yīng)盡量使得從輸入光波導(dǎo)的輸入端輸入的光波，在經(jīng)過不同路徑最后匯合在一起時(shí)的光程盡可能相等或近似為波長的整數(shù)倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的波長選擇器，其特征在于，通過外應(yīng)力、熱形變和壓電陶瓷的電致伸縮調(diào)節(jié)波長選擇器中光波導(dǎo)的幾何尺寸與相對位置，和/或通過電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)和半導(dǎo)體材料的等離子體色散效應(yīng)改變光波導(dǎo)的折射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的波長選擇器，其特征在于，輸入光波導(dǎo)、過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)處于同一光波導(dǎo)層平面或分別處于兩個(gè)不同的光波導(dǎo)層平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波長選擇器，它綜合利用方向耦合器的光波場耦合原理和布喇格反射濾波原理來實(shí)現(xiàn)高分辨波長選擇，它包括輸入光波導(dǎo)，過渡光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，在輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)之間有一個(gè)耦合區(qū)，在該耦合區(qū)內(nèi)，輸入光波導(dǎo)和過渡光波導(dǎo)相隔很近地平行排列；在耦合區(qū)內(nèi)，過渡光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)，且過渡光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)在耦合區(qū)的起始端外側(cè)直接相連，或者，在耦合區(qū)結(jié)束端的外側(cè)，過渡光波導(dǎo)通過一個(gè)Y型結(jié)與輸出光波導(dǎo)相連，且在Y型結(jié)的與過渡光波導(dǎo)相對的那一側(cè)，輸出光波導(dǎo)有一段為周期性波導(dǎo)。其尺寸小，插入損耗低，便于多級(jí)連組合實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用、光開關(guān)、光路由等各種功能，同時(shí)可以采用光集成技術(shù)批量制造。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1540376SQ03122029
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請人:李志揚(yáng)