專利名稱：用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖接入網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是用于光纖到戶(FTTH)的單纖三向復(fù)用器，特別是一種基于平面集成光路技術(shù)(PLC, PlanarLightwave Circuit)的單纖三向復(fù)用器。
背景技術(shù)：
隨著光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長足進(jìn)展，以及IPTV、視頻點(diǎn)播和網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)量的增加，用戶對(duì)接入帶寬的需求進(jìn)一步增加，對(duì)光纖接入網(wǎng)絡(luò)要求越來越高，F(xiàn)TTH已經(jīng)成為光纖接入網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)方案，而無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)是FTTH的主流技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一。在用于FTTH的PON技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)光線路終端(OLT)和終端用戶之間通信的核心器件就是單纖三向復(fù)用器，研制出滿足通信帶寬要求、低成本、低損耗的單纖三向復(fù)用器是應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求，因此具有非常重要的意義。這些實(shí)際要求也是制約FTTH技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素。 單纖三向復(fù)用器的主要功能，是將OLT輸出的波長1490nm的語音信號(hào)和波長1550nm的視頻信號(hào)，以及用戶上傳的波長1310nm信號(hào)復(fù)用進(jìn)一根光纖，用戶可以通過接收機(jī)分別接收1490nm語音信號(hào)和波長1550nm視頻信號(hào)。目前實(shí)際應(yīng)用的單纖三向復(fù)用器基于分立器件技術(shù)，具有不易于封裝、耦合損耗大和成本高等缺點(diǎn)；而利用集成光學(xué)技術(shù)的單纖三向復(fù)用器，目前多集中于基于多模波導(dǎo)耦合器(匪I)和基于陣列波導(dǎo)光柵(AWG)兩大類，具有耦合損耗低，結(jié)構(gòu)緊湊以及易于大規(guī)模集成的優(yōu)點(diǎn)。其中匪I又具有偏振損耗低、加工容差大等優(yōu)點(diǎn)，但是由于利用傳統(tǒng)的自成像現(xiàn)象和波分復(fù)用原理設(shè)計(jì)，器件的長度很長、不夠緊湊。與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是采用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的匪I構(gòu)成的單纖三向復(fù)用器，參見附圖l，并采用基于弱導(dǎo)條件下額外自成像現(xiàn)象來減小器件的長度(Jong-KyimHong，Sang—Sun Lee，PLX—based novel triplexer with a simple structure foropticaltransceiver module application, IEEE Photonics TechnologyLetters， vol.26， No. 1，卯21-23，2008)，然而這種結(jié)構(gòu)中，匪I的輸出臂、輸入直通臂和輸入耦合臂均為帶彎曲段的波導(dǎo)，而彎曲波導(dǎo)的長度大，加工成本高，導(dǎo)致器件尺寸大、傳輸損耗高的缺點(diǎn)，并且沒有考慮帶寬要求。另外，現(xiàn)階段所有國內(nèi)外研究者更多關(guān)注于單纖三向復(fù)用器件核心芯片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)于單纖三向復(fù)用器中的輸入光纖工作狀態(tài)的監(jiān)控還沒有涉及。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的器件尺寸大，傳輸損耗高的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種器件尺寸小，傳輸損耗小用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器。 用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，包括輸入第一光信號(hào)的輸入光纖，發(fā)射第二光信號(hào)的第一發(fā)射機(jī)和發(fā)射第三光信號(hào)的第二發(fā)射機(jī)，所述的輸入光纖通過光分束器與一多模波導(dǎo)耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導(dǎo)耦合器的輸入直通臂將第一光信號(hào)傳送至接收機(jī)；所述的第一發(fā)射機(jī)與所述的多模波導(dǎo)耦合器的輸入耦合臂連接，所述的第二發(fā)射機(jī)通過彎曲波導(dǎo)與所述的多模波導(dǎo)耦合器連接，所述的第二、第三光信號(hào)由
3所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導(dǎo)包括彎曲段和與所述的輸入耦合臂平行的直線段；
其特征在于所述的輸入耦合臂為直波導(dǎo)，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形成平行波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號(hào)。 所述的第一光信號(hào)為波長為1310nm的光波，第二光信號(hào)為波長為1550nm的光波，第三光信號(hào)為波長為1490nm的光波。 進(jìn)一步，所述的單纖三向復(fù)用器還設(shè)有能分別獲取各光信號(hào)在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號(hào)在有輸入光功率的同時(shí)、有相應(yīng)的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊，所述的光分束器的輸出端與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接，所述的接收機(jī)的輸入端、第一發(fā)射機(jī)的輸出端、第二發(fā)射機(jī)的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接。 進(jìn)一步，所述的彎曲波導(dǎo)采用掩埋型玻璃基波導(dǎo)。所述的波導(dǎo)的芯層折射率為n。
=1.4603，包層折射率~ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導(dǎo)橫截面為6iimX6iim。 進(jìn)一步，所述的平行波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為8822iim，所述的輸入耦合臂與所述的
直線段的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導(dǎo)_彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。進(jìn)一步，所述的多模波導(dǎo)耦合器的寬度為18iim，長度為3870iim。 本發(fā)明的有益效果是1、多模波導(dǎo)耦合器的輸入耦合臂采用直波導(dǎo)，相對(duì)于傳統(tǒng)
的彎曲波導(dǎo)，其長度短、使器件結(jié)構(gòu)緊湊、降低了光信號(hào)的傳輸損耗，且加工簡(jiǎn)單，成本低。
2、加入單纖三向復(fù)用器的監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控OLT和用戶之間的工作光纖以及單纖三向復(fù)
用器中光纖與波導(dǎo)之間的連接狀態(tài)，保障通信的通暢。3、玻璃介質(zhì)光波導(dǎo)與光纖之間的耦
合損耗低。


圖1是已有技術(shù)單纖三向復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明一種用于光纖到戶的新型平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖 圖3(a)是匪I輸入1310nm工作波長時(shí)的光束傳輸曲線圖 圖3(b)是匪I輸入1490nm工作波長時(shí)的光束傳輸曲線圖 圖3(c)是匪I輸入1550nm工作波長時(shí)的光束傳輸曲線圖 圖4(a)是彎曲波導(dǎo)輸入1490nm波長時(shí)的光束傳輸曲線圖 圖4(b)是彎曲波導(dǎo)輸入1550nm波長時(shí)的光束傳輸曲線圖 圖5是本發(fā)明在波長范圍為1000nm至1800nm時(shí)掃描得到的模擬輸出譜
具體實(shí)施例方式
參照附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明 用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，包括輸入第一光信號(hào)的輸入光纖1 ，發(fā)射第二光信號(hào)的第一發(fā)射機(jī)2和發(fā)射第三光信號(hào)的第二發(fā)射機(jī)3，所述的輸入光纖1通過光分束器4與一多模波導(dǎo)耦合器5的輸出臂51連接；所述的多模波導(dǎo)耦合器5的輸入直通臂52將第一光信號(hào)傳送至接收機(jī)6 ;所述的第一發(fā)射機(jī)2與所述的多模波導(dǎo)耦合器5的輸入耦合臂53連接，所述的第二發(fā)射機(jī)3通過彎曲波導(dǎo)7與所述的多模波導(dǎo)耦合器5連接，所述的第二、第三光信號(hào)由所述的輸出臂51輸出；所述的彎曲波導(dǎo)7包括彎曲段71和與所述的輸入耦合臂53平行的直線段72 ; 所述的輸入耦合臂53為直波導(dǎo)，所述的輸入耦合臂53與所述的直線段72形成平行波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂53與所述的彎曲段71形成直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號(hào)。所述的第一光信號(hào)為波長為1310nm的光波，第二光信號(hào)為波長為1550nm的光波，第三光信號(hào)為波長為1490nm的光波。 第三光信號(hào)經(jīng)過直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域復(fù)用后進(jìn)入輸入耦合臂53，利用弱導(dǎo)條件下多模波導(dǎo)耦合器的額外自成像原理將第二光信號(hào)(1550nm光波)和第三光信號(hào)(1490nm光波)合波信號(hào)耦合進(jìn)輸出臂51，由輸入光纖將合波信號(hào)輸出。
多模波導(dǎo)耦合器的額外自成像原理是指在弱導(dǎo)條件下，由于古漢欣位移導(dǎo)致多模波導(dǎo)耦合器的多模區(qū)域中導(dǎo)模的相位失配，多模波導(dǎo)耦合器形成的額外自成像更容易被觀察到，并且隨著多模波導(dǎo)耦合器器件長度的增加，這種額外自成像的質(zhì)量比多模波導(dǎo)耦合器傳統(tǒng)自成像更好，因此可以利用額外自成像設(shè)計(jì)具有波分復(fù)用功能的多模波導(dǎo)耦合器波導(dǎo)耦合器。 所述的單纖三向復(fù)用器還設(shè)有能分別獲取各光信號(hào)在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號(hào)在有輸入光功率的同時(shí)、有相應(yīng)的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊8，所述的光分束器4的輸出端與所述的監(jiān)控模塊8的輸入端連接，所述的接收機(jī)6的輸入端、第一發(fā)射機(jī)2的輸出端、第二發(fā)射機(jī)3的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊8的輸入端連接。 所述的彎曲波導(dǎo)7采用掩埋型玻璃基波導(dǎo)。所述的波導(dǎo)的芯層折射率為n。二
1.4603，包層折射率~ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導(dǎo)橫截面為6iimX6iim。 所述的平行波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為8822 y m，所述的輸入耦合臂與所述的直線段
的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導(dǎo)_彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。 所述的多模波導(dǎo)耦合器5的寬度為18 ii m，長度為3870 y m。 參見附圖5，模擬器件的輸出譜可以發(fā)現(xiàn)1310nm、1490nm和1550nm波長的3dB帶寬分別為160nm、34nm和45nm，滿足ITU規(guī)定的100nm、20nm和20nm的通信要求。1490nm與1550nm之間隔離度為14. 6dB， 1310nm波長與1490nm、 1550nm之間的隔離度最優(yōu)值分別為21.6dB和23. 2dB，而實(shí)際傳輸時(shí)由于上行信號(hào)和下行信號(hào)的雙向傳輸隔度完全可以達(dá)到ITU規(guī)定的大于45dB要求，因?yàn)?310波長對(duì)其他兩個(gè)端口的串?dāng)_是由光纖和波導(dǎo)耦合時(shí)端面的回波反射產(chǎn)生的，可以通過改進(jìn)光纖與波導(dǎo)芯片的耦合封裝增加回波損耗。工作波長1310nm、1490nm和1550nm的耦合損耗(包括與光纖耦合損耗)分別為1. 5dB、0. 5dB和1. 3dB。 本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，包括輸入第一光信號(hào)的輸入光纖，發(fā)射第二光信號(hào)的第一發(fā)射機(jī)和發(fā)射第三光信號(hào)的第二發(fā)射機(jī)，所述的輸入光纖通過光分束器與一多模波導(dǎo)耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導(dǎo)耦合器的輸入直通臂將第一光信號(hào)傳送至接收機(jī)；所述的第一發(fā)射機(jī)與所述的多模波導(dǎo)耦合器的輸入耦合臂連接，所述的第二發(fā)射機(jī)通過彎曲波導(dǎo)與所述的多模波導(dǎo)耦合器連接，所述的第二、第三光信號(hào)由所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導(dǎo)包括彎曲段和與所述的輸入耦合臂平行的直線段；其特征在于所述的輸入耦合臂為直波導(dǎo)，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形成平行波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域，所述的直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述的單纖三向復(fù)用器還設(shè)有能分別獲取各光信號(hào)在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號(hào)在有輸入光功率的同時(shí)、有相應(yīng)的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊，所述的光分束器的輸出端與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接，所述的接收機(jī)的輸入端、第一發(fā)射機(jī)的輸出端、第二發(fā)射機(jī)的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述的彎曲波導(dǎo)采用掩埋型玻璃基波導(dǎo)。所述的波導(dǎo)的芯層折射率為1!。= 1.4603，包層折射率r^ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導(dǎo)橫截面為6iimX6iim。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述的平行波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為8822iim，所述的輸入耦合臂與所述的直線段的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導(dǎo)_彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述的多模波導(dǎo)耦合器的寬度為18 y m，長度為3870 y m。
全文摘要
用于光纖到戶的平面光波導(dǎo)型單纖三向復(fù)用器，包括輸入第一光信號(hào)的輸入光纖，第一發(fā)射機(jī)和第二發(fā)射機(jī)，輸入光纖通過光分束器與一多模波導(dǎo)耦合器的輸出臂連接；多模波導(dǎo)耦合器的輸入直通臂將第一光信號(hào)傳送至接收機(jī)；第一發(fā)射機(jī)與多模波導(dǎo)耦合器的輸入耦合臂連接，第二發(fā)射機(jī)通過彎曲波導(dǎo)與多模波導(dǎo)耦合器連接，第二、第三光信號(hào)由輸出臂輸出；彎曲波導(dǎo)包括彎曲段和與輸入耦合臂平行的直線段；輸入耦合臂為直波導(dǎo)，輸入耦合臂與直線段形成平行波導(dǎo)耦合區(qū)域，輸入耦合臂與彎曲段形成直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域，直波導(dǎo)-彎曲波導(dǎo)耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合第二、第三光信號(hào)。本發(fā)明具有器件尺寸小，傳輸損耗小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101741475SQ20101010019
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者樂孜純, 張明, 胡勁華 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)