專利名稱：色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及用于色散補(bǔ)償?shù)难b置。
技術(shù)背景色散補(bǔ)償(DC)被廣泛用于對光通信網(wǎng)中的色散的補(bǔ)償?？烧{(diào)色 散補(bǔ)償(TDC)被用于提供一種補(bǔ)償量可調(diào)節(jié)(即，可調(diào))的色散補(bǔ) 償。已提出的TDC例如包括環(huán)形諧振器、虛象相控陣列(VIPA)、 級聯(lián)Mach-Zehnder干涉儀(MZI)、溫度調(diào)諧型標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)、帶 熱透鏡的波導(dǎo)光柵路由器(WGR)以及帶可變形反射鏡的體光柵。級聯(lián)MZI被認(rèn)為是一種很有前途的方式，因為它表現(xiàn)出低損耗 并且可以與標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅波導(dǎo)一起被制造在小型平面光波線路(PLC) 中。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的基于MZI的TDC—般需要多級和多個控制 電壓，難以制造，并且具有高功耗，使得它們復(fù)雜又昂貴。在圖la中示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的TDCH殳計。該TDC由兩個M 臂干涉儀(即，波導(dǎo)光柵路由器WGR#1和WGR#2 )組成，每個M 臂干涉儀由相鄰波導(dǎo)程長差為AL的M個波導(dǎo)(即，臂)和兩個星形 耦合器組成。兩個WGR在它們的星形耦合器邊界中的一個帶有可調(diào) 節(jié)透鏡器件的邊界上被耦合在一起。兩個星形耦合器和透鏡的組合可 以被視為一個可調(diào)節(jié)的耦合器。可調(diào)節(jié)透鏡器件是一個可以提供二次相位分布-kxV(2f)的動態(tài)2D元件，其中k是自由空間傳播常數(shù)，x是 沿透鏡軸的距離，f是焦距。f是可控的，以便允許調(diào)諧TDC。透鏡 器件的屈光度s被定義為s=l/f。當(dāng)透鏡焦距f等于星形耦合器的半徑 時，耦合為零，即與星形耦合器中的一個相連的每個波導(dǎo)(以對角方 式)耦合到另一個星形耦合器的僅一個波導(dǎo)。圖la中的TDC的操作可以如下解釋對于一個給定的輸入信號 (從左側(cè)輸入)，信號借助于WGRW在透鏡器件處波長展開。信號 的每個波譜部分投射到透鏡器件的不同部分上。當(dāng)透鏡器件的焦距等 于星形耦合器半徑的長度時，信號的所有波鐠部分都被引導(dǎo)，使得波 譜部分的場分布被集中在WGR#2的波導(dǎo)陣列中。因此，所有的波譜 部分在TDC中都具有相同的有效程長。因而TDC的色散為零。如果透鏡的焦距被調(diào)節(jié)為比星形耦合器的半徑長，那么信號的較 長波長(與更加靠近信號的中心波長的那些波長相比)被主要引向 WGR #2的較短波導(dǎo)，而較短的波長被主要引向WGR #2的較長波導(dǎo)。 這導(dǎo)致較長的波長與較短的波長相比在通過TDC時要穿過更短的距 離，使TDC產(chǎn)生負(fù)色散。如果透鏡焦距被調(diào)節(jié)為比星形耦合器半徑 短，那么情況正好相反，TDC產(chǎn)生正色散。圖la的現(xiàn)有技術(shù)的TDC的一個問題是較短和較長的波長隨色散 幅度的增加而損耗增大(即，TDC呈現(xiàn)圓形通帶)，這是因為較短和 較長的波長的波鐠部分的場分布未被集中在WGR #2的波導(dǎo)陣列中。 因此，這些波鐠部分沒有高效地耦合到輸出波導(dǎo)中，產(chǎn)生圓形通帶。示出在圖lb中的另一個現(xiàn)有技術(shù)的TDC解決了圖la的TDC 的通帶變圓的問題。圖lb的TDC具有三個MZI以及耦合MZI的兩 個可調(diào)節(jié)透鏡，其中每個MZI由兩個波導(dǎo)組成。兩個"靠外"的MZI 具有相鄰波導(dǎo)程長差A(yù)L，中央MZI的波導(dǎo)程長差為2AL。這個TDC 的通帶不隨色散幅度的增大而變圓(到第一級)。然而，在這樣的基 于MZI的TDC下，最大可實現(xiàn)的色散實際上是有限的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種用于色散補(bǔ)償?shù)难b置，它可被有利地實施在平面光波線路(PLC)中，使它小型、可靠、可大批量生產(chǎn)并且是全固態(tài) 的。在一個優(yōu)選的實施例中，DC包括第一lxM耦合器、被耦合到第一 1 xM耦合器的第一 MxN耦合器、被耦合到第一 MxN耦合器的第二 MxN耦合器以及被耦合到第二 MxN耦合器的第二 lxM耦合器。 M和N是大于2的整數(shù)，以便增大最大可實現(xiàn)的DC色散。第一和第 二 MxN耦合器的耦合比被選擇為使得DC提供期望的色散補(bǔ)償量。在另一個優(yōu)選實施例中，提供的DC包括第一lxM耦合器、被 耦合到第一 1 xM耦合器的第一 MxN耦合器、被串行耦合到第一 MxN 耦合器的至少一個NxN耦合器、被耦合到所述至少一個NxN耦合器 的第二 MxN耦合器以及被耦合到第二 MxN耦合器的第二 lxM耦合 器。使用相鄰波導(dǎo)程長差約為AL的M個波導(dǎo)的陣列將lxM耦合器 分別耦合到MxN耦合器。使用相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo) 的陣列分別耦合MxN耦合器和NxN耦合器。第一MxN耦合器、所 述至少一個NxN耦合器和第二MxN耦合器的耦合比被選擇為使得色 散補(bǔ)償器提供期望的色散補(bǔ)償量。


結(jié)合附圖將更好地理解以上發(fā)明內(nèi)容部分以及下面的具體實施 方式部分。為了圖示說明本發(fā)明，在附圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的實施例。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不嚴(yán)格限于示出的布局和裝備。在附圖中圖la-b是現(xiàn)有才支術(shù)的TDC;圖2是根據(jù)本發(fā)明的DC的一個實施例的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的示意圖；以及圖4a-b是可被使用在根據(jù)本發(fā)明的DC中的透鏡裝置的實施方案。
具體實施方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的DC 200的示意圖。DC 200與 現(xiàn)有技術(shù)的DC相比呈現(xiàn)更寬、更平的通帶，還提供了增大的最大可 實現(xiàn)的色散補(bǔ)償。DC 200優(yōu)選地包括第一 lxM耦合器210、被耦合 到第一 lxM耦合器210的第一 MxN耦合器220、被耦合到第一 MxN 耦合器220的第二 MxN耦合器230以及被耦合到第二 MxN耦合器 230的第二 lxM耦合器240。使用相鄰波導(dǎo)程長差約為AL的M個波導(dǎo)的陣列215來耦合第一 lxM耦合器210和第一 MxN耦合器220。 -使用相鄰波導(dǎo)程長差同 樣約為AL的M個波導(dǎo)的陣列235來耦合第二MxN耦合器230和第二 lxM耦合器240。使用相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo)的陣 列225來耦合第一 MxN耦合器220和第二 MxN耦合器230。 M和N 不一定相等，但都大于2。優(yōu)選地N大于或等于M，以在色散不為零 時減少DC 200的損耗?？梢岳斫?，通過增加波導(dǎo)陣列215、 225、 235 中的波導(dǎo)的數(shù)量(即，增大M、 N超過2),就可以增大DC 200的 最大可實現(xiàn)的色散(在固定的帶寬下)。增加波導(dǎo)的數(shù)量還為DC 200 提供了更寬、更平的通帶。MxN耦合器220、 230優(yōu)選地包括兩個星形耦合器，它們與用于 控制穿過星形耦合器的光的耦合的裝置有效地耦合。用于控制耦合的 裝置例如可以是設(shè)在星形耦合器邊界上的透鏡裝置，下面將參考圖 4a-b來描述。第一 MxN耦合器220和第二 MxN耦合器230的耦合比被優(yōu)選 地選擇為使得色散補(bǔ)償器200提供期望的色散補(bǔ)償量(下面將討論)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一 MxN耦合器220和第二 MxN 耦合器230的耦合比是可調(diào)節(jié)的，從而允許控制由色散補(bǔ)償器200提 供的色散量(即，調(diào)諧或改變色散補(bǔ)償量)，使得色散補(bǔ)償器200成 為一個TDC。在一個優(yōu)選實施例中，第一MxN耦合器220和第二MxN耦合 器230分別包括用于控制它們的耦合比的可調(diào)節(jié)透鏡裝置(在圖2中
未示出)?？烧{(diào)節(jié)透鏡裝置可以包括例如圖4a所示的熱光透鏡或類 似的其它裝置。圖4a的熱光透鏡包括多個條帶狀的加熱器410，它們 被設(shè)計為當(dāng)電流通過加熱器410時，產(chǎn)生折射率變化的二次分布， 象透鏡一樣。透鏡的屈光度正比于驅(qū)動透鏡的電功率?？商鎿Q地，MxN耦合器220、 230和可調(diào)節(jié)透鏡裝置可以使用耦 合在MxK耦合器455、 456之間的K個移相器450來實現(xiàn)，如圖4b 的MxN耦合器所示。(圖4b的MxN耦合器也可以被實施為與下面 參考圖3描述的實施例一起使用的NxN耦合器。)K個移相器450 優(yōu)選地利用二次分布來驅(qū)動，象透鏡一樣。優(yōu)選地K>M。透鏡的屈 光度受二次相位分布的幅度的控制。在MxN耦合器220、 230可調(diào)節(jié)的實施例中，可以使用控制器 250 (示出在圖2中)來調(diào)節(jié)或控制MxN耦合器220、 230?？刂破?250優(yōu)選地向MxN耦合器220、 230提供單個驅(qū)動信號，以控制MxN 耦合器220、 230的耦合比(例如控制可調(diào)節(jié)透鏡裝置)，從而調(diào)節(jié) 由色散補(bǔ)償器200提供的色散量。對于正色散補(bǔ)償，第一和第二 MxN耦合器220、 230的耦合比 被優(yōu)選地選擇(或控制)為使得穿過耦合器傳播(例如，從M個波 導(dǎo)的陣列(215或235)到N個波導(dǎo)的陣列225 )的光的較長波長被基本 上耦合到N個波導(dǎo)的陣列225中的較長波導(dǎo)。因此，波長越長，它要 穿過器件傳播所用的時間越長，導(dǎo)致正色散。對于負(fù)色散補(bǔ)償，第一和第二 MxN耦合器220、 230的耦合比 被優(yōu)選地選擇(或控制)為使得穿過耦合器傳播(例如，從M個波 導(dǎo)的陣列(215或235)到N個波導(dǎo)的陣列225 )的光的較短波長被基本 上耦合到N個波導(dǎo)的陣列225中的較長波導(dǎo)。因此，波長越短，它要 穿過器件傳播所用的時間越長，導(dǎo)致負(fù)色散。在另一個優(yōu)選實施例中，色散補(bǔ)償器200還包括有效耦合在第一 和第二MxN耦合器220、 230之間的半波板260,使得色散補(bǔ)償器提 供基本上與極化(偏振)無關(guān)的色散補(bǔ)償。這是因為波板使得兩個本 征極化在穿過器件的半路上互換。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在耦合lxM和MxN耦合器的波 導(dǎo)陣列中采用增多數(shù)量的波導(dǎo)的DC可能由于愈加長的程長而呈現(xiàn)不 期望發(fā)生的相位誤差。具體地說，增加波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)數(shù)量增大了 DC的分辨率。程長誤差(例如由于制造問題產(chǎn)生的)可能導(dǎo)致隨分 辨率升高呈指數(shù)上升的損耗。因此，在增加DC中的波導(dǎo)數(shù)量(即， 為了獲得更寬、更平的帶寬和更小的信號失真)的好處和隨DC分辨 率升高而對制造瑕疵更加敏感的害處之間存在一個折衷。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，如圖3所示，提供DC 300, 它解決了上面討論的相位誤差問題。在不增加波導(dǎo)陣列中的臂數(shù)的情 況下，通過向DC中加入更多的耦合器和波導(dǎo)陣列，可以增大最大可 實現(xiàn)的色散，同時顯著降低上述對相位誤差問題的敏感度。DC 300優(yōu)選地包括第一 lxM耦合器310、被耦合到第一 lxM耦 合器310的第一 MxN耦合器320、被串行耦合到第一 MxN耦合器320 的至少一個NxN耦合器330、 340、被耦合到所述至少一個NxN耦合 器(330、 340)的第二MxN耦合器350以及被耦合到第二 MxN耦合 器350的第二 lxM耦合器360。使用相鄰波導(dǎo)程長差約為AL的M個波導(dǎo)的陣列315耦合第一 lxM耦合器310和第一 MxN耦合器320。使用相鄰波導(dǎo)程長差同樣 約為AL的M個波導(dǎo)的陣列355耦合第二MxN耦合器350和第二lxM 耦合器360。第一和第二 MxN耦合器320、 350被分別使用相鄰波導(dǎo)程長差 約為2AL的N個波導(dǎo)的陣列(例如325 )耦合到所述至少一個NxN 耦合器(330,340)。在具有超過一個NxN耦合器的實施例中，使用 相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo)的陣列(例如335 )來耦合NxN 耦合器(例如330、 340)。第一MxN耦合器320、所述至少一個NxN耦合器(330, 340) 和第二 MxN耦合器350的耦合比被優(yōu)選地選擇為使得色散補(bǔ)償器300 提供期望的色散補(bǔ)償量(下面將討論)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一MxN耦合器320、所述至少一
個NxN耦合器(330， 340)和第二 MxN耦合器350是可調(diào)節(jié)的。具 體地說，這些耦合器的耦合比是可調(diào)節(jié)的，從而允許控制由色散補(bǔ)償 器300提供的色散量(即，調(diào)諧或改變色散補(bǔ)償量)，使得色散補(bǔ)償 器300成為一個TDC。優(yōu)選地，上述控制是通過單個控制信號完成的， 簡化了 TDC的特性描述和操作。在優(yōu)選實施例中，例如可以使用上面參考圖2描述的可調(diào)節(jié)透鏡裝置等來調(diào)節(jié)耦合器(320、 330、 340.......350)。耦合器(320、 330、340、 ......350)可以使用控制器370來調(diào)節(jié)或控制。優(yōu)選地，第一MxN耦合器320和第二 MxN耦合器由總信號強(qiáng)度為s+s。的驅(qū)動信號來驅(qū) 動，所述至少一個NxN耦合器(330, 340)使用總信號強(qiáng)度為 s+s。 的驅(qū)動信號來驅(qū)動，其中s是驅(qū)動信號強(qiáng)度，s。是控制耦合器的耦合 比，使得DC300提供零色散補(bǔ)償?shù)尿?qū)動信號的強(qiáng)度。優(yōu)選地，21， 更優(yōu)選地， 約為2。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到由于MxN耦合 器320、 350將具有中心場分布的波導(dǎo)陣列(315、 355)耦合到具有 偏心場分布的波導(dǎo)陣列(例如325),而NxN耦合器(330， 340)耦 合兩個都具有偏心場分布的波導(dǎo)陣列(例如325、 335)，因此NxN 耦合器(330,340)需要比MxN耦合器(320,350)更強(qiáng)的"透鏡屈光 度"，以準(zhǔn)確地實現(xiàn)期望的耦合。為了提供正色散補(bǔ)償，第一和第二 MxN耦合器320、 350的耦 合比被選擇為使得穿過MxN耦合器(例如MxN耦合器320 )傳播到 至少一個NxN耦合器(例如NxN耦合器330)的光的較長波長基本 上被耦合到與該MxN耦合器(例如MxN耦合器320 )耦合的N個波 導(dǎo)的陣列(例如N個波導(dǎo)的陣列325)的較長波導(dǎo)。另外，所述至少 一個NxN耦合器(330,340)的耦合比被選擇為使得穿過所述至少一 個NxN耦合器(330,340)傳播的光的較長波長基本上被耦合到分別 與所述至少一個NxN耦合器(330， 340)耦合的N個波導(dǎo)的陣列的較 長波導(dǎo)。為了提供負(fù)色散補(bǔ)償，第一和第二 MxN耦合器320、 350的耦 合比被選擇為使得穿過MxN耦合器(例如MxN耦合器320 )傳播到 至少一個NxN耦合器(例如NxN耦合器330 )的光的較短波長基本 上被耦合到與該MxN耦合器(例如MxN耦合器320 )耦合的N個波 導(dǎo)的陣列(例如N個波導(dǎo)的陣列325)的較長波導(dǎo)。另外，所述至少 一個NxN耦合器(330,340)的耦合比被選擇為使得穿過所述至少一 個NxN耦合器(330,340)傳播的光的較短波長基本上被耦合到分別 與所述至少一個NxN耦合器(330， 340)耦合的N個波導(dǎo)的陣列的較 長波導(dǎo)。如上面參考圖2所述，圖3的DC300還可以包括有效耦合在所 述至少一個NxN耦合器(330， 340)之間的半波板380，使得色散補(bǔ) 償器300提供基本上與極化無關(guān)的色散補(bǔ)償。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會 認(rèn)識到為了實現(xiàn)基本上與極化無關(guān)的色散補(bǔ)償，半波板必須被放置 在DC 300的對稱軸上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到圖3的DC 300可以被實施為一 種簡化結(jié)構(gòu)，其中只有兩個波導(dǎo)被用于耦合每一個耦合器(310、 320、 330、 340、 ......350、 360)(即，M和N都是2 )。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識到上述實施例可以被等效地實施在 采用反射鏡(平面鏡)和環(huán)形器的反射(雙向)結(jié)構(gòu)中，在平面光波 線路器件中通常這樣做。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到可以對上述實施例作出改變，而不 偏離其廣泛的發(fā)明構(gòu)思。因此可以理解，本發(fā)明不限于所公開的具體 實施方式，而是旨在覆蓋在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)的全部l務(wù)改方案。
權(quán)利要求
1.一種色散補(bǔ)償器，包括第一1×M耦合器；被耦合到第一1×M耦合器的第一M×N耦合器；被耦合到第一M×N耦合器的第二M×N耦合器；和被耦合到第二M×N耦合器的第二1×M耦合器；其中M和N都大于2，并且其中，選擇第一M×N耦合器和第二M×N耦合器的耦合比，使得所述色散補(bǔ)償器提供期望的色散補(bǔ)償量。
2. 如權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，其中，分別使用相鄰波導(dǎo) 程長差約為AL的M個波導(dǎo)的陣列來耦合第一 lxM耦合器和第一 MxN耦合器以及耦合第二 MxN耦合器和第二 lxM耦合器，并且其 中，使用相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo)的陣列來耦合第一 MxN 耦合器和第二 MxN耦合器。
3. 如權(quán)利要求2所述的色散補(bǔ)償器，其中，選擇第一和第二 MxN 耦合器的耦合比，使得穿過這些耦合器傳播的光的較長波長基本上被 耦合到所述N個波導(dǎo)的陣列的較長波導(dǎo)，以提供正色散補(bǔ)償。
4. 如權(quán)利要求2所述的色散補(bǔ)償器，其中，選擇第一和第二 MxN 耦合器的耦合比，使得穿過這些耦合器傳播的光的較短波長基本上被 耦合到所述N個波導(dǎo)的陣列的較長波導(dǎo)，以提供負(fù)色散補(bǔ)償。
5. 如權(quán)利要求l所述的色散補(bǔ)償器，其中，第一MxN耦合器和 第二 MxN耦合器的耦合比是可調(diào)節(jié)的，從而控制由所述色散補(bǔ)償器 提供的色散量。
6. 如權(quán)利要求l所述的色散補(bǔ)償器，其中，第一MxN耦合器和 第二 MxN耦合器每一個都包括可調(diào)節(jié)透鏡裝置，用于控制該MxN 耦合器的耦合比。
7. 如權(quán)利要求6所述的色散補(bǔ)償器，其中，所述可調(diào)節(jié)透鏡裝 置每一個都包括熱光透鏡。
8. 如權(quán)利要求6所述的色散補(bǔ)償器，其中，所述可調(diào)節(jié)透鏡裝置每一個都包括多個移相器。
9. 如權(quán)利要求1所述的色散補(bǔ)償器，還包括有效耦合在第一和 第二 MxN耦合器之間的半波板，使得所述色散補(bǔ)償器提供基本上與 極化無關(guān)的色散補(bǔ)償。
10. —種色散補(bǔ)償器，包括 第一 lxM耦合器；被耦合到第一 lxM耦合器的第一MxN耦合器； 被串行耦合到第一 MxN耦合器的至少一個NxN耦合器； 被耦合到所述至少一個NxN耦合器的第二MxN耦合器；和 被耦合到第二MxN耦合器的第二 lxM耦合器； 其中，分別使用相鄰波導(dǎo)程長差約為AL的M個波導(dǎo)的陣列來耦合第一 lxM耦合器和第一 MxN耦合器以及耦合第二 MxN耦合器和第二lxM耦合器；并且其中，分別使用相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo)的陣列將第 一和第二 MxN耦合器耦合到所述至少 一個NxN耦合器；并且其中，使用相鄰波導(dǎo)程長差約為2AL的N個波導(dǎo)的陣列來耦合所述至少一個NxN耦合器；并且其中，選擇第一MxN耦合器、所述至少一個NxN耦合器和第二 MxN耦合器的耦合比，使得所述色散補(bǔ)償器提供期望的色散補(bǔ)償量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種色散補(bǔ)償器裝置(200)，包括第一1×M耦合器(210)、被耦合到第一1×M耦合器的第一M×N耦合器(220)、被耦合到第一M×N耦合器的第二M×N耦合器(230)以及被耦合到第二M×N耦合器的第二1×M耦合器(240)。M和N都大于2，以便增大DC的最大可實現(xiàn)的色散。第一和第二M×N耦合器的耦合比被選擇為使得該DC提供期望的色散補(bǔ)償量。
文檔編號G02B6/34GK101164002SQ200680010256
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者克里斯托弗·多爾 申請人:朗迅科技公司