專利名稱：用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖接入網絡領域，尤其是用于光纖到戶(FTTH)的單纖三向復 用器，特別是一種基于平面集成光路技術(PLC，Planar Lightwave Circuit)的單纖三向復用器。
背景技術：
隨著光纖接入網絡技術的長足進展，以及IPTV、視頻點播和網絡游戲等業(yè)務量的 增加，用戶對接入帶寬的需求進一步增加，對光纖接入網絡要求越來越高，F(xiàn)TTH已經成為光 纖接入網絡的主要技術方案，而無源光網絡(P0N)技術是FTTH的主流技術，它可以實現(xiàn)視 頻、語音、數(shù)據三網合一。在用于FTTH的P0N技術中，實現(xiàn)光線路終端(0LT)和終端用戶 之間通信的核心器件就是單纖三向復用器，研制出滿足通信帶寬要求、低成本、低損耗的單 纖三向復用器是應用領域的實際需求，因此具有非常重要的意義。這些實際要求也是制約 FTTH技術推廣的關鍵因素。單纖三向復用器的主要功能，是將0LT輸出的波長1490nm的語音信號和波長 1550nm的視頻信號，以及用戶上傳的波長1310nm信號復用進一根光纖，用戶可以通過 接收機分別接收1490nm語音信號和波長1550nm視頻信號。目前實際應用的單纖三向 復用器基于分立器件技術，具有不易于封裝、耦合損耗大和成本高等缺點；而利用集成 光學技術的單纖三向復用器，目前多集中于基于多模波導耦合器(MMI)和基于陣列波導 光柵(AWG)兩大類，具有耦合損耗低，結構緊湊以及易于大規(guī)模集成的優(yōu)點。其中匪I 又具有偏振損耗低、加工容差大等優(yōu)點，但是由于利用傳統(tǒng)的自成像現(xiàn)象和波分復用原 理設計，器件的長度很長、不夠緊湊。與本實用新型最接近的現(xiàn)有技術是采用兩個級聯(lián) 的匪I構成的單纖三向復用器，參見附圖1，并采用基于弱導條件下額外自成像現(xiàn)象來 減小器件的長度(Jong-KyunHong, Sang-Sun Lee, PLC-based novel triplexer with a simple structurefor optical transceiver module application, IEEE Photonics TechnologyLetters，vol. 26, No. 1，pp21_23，2008)，然而這種結構中，MMI 的輸出臂、輸入直 通臂和輸入耦合臂均為帶彎曲段的波導，而彎曲波導的長度大，加工成本高，導致器件尺寸 大、傳輸損耗高的缺點，并且沒有考慮帶寬要求。另外，現(xiàn)階段所有國內外研究者更多關注 于單纖三向復用器件核心芯片結構的設計，對于單纖三向復用器中的輸入光纖工作狀態(tài)的 監(jiān)控還沒有涉及。
發(fā)明內容為克服現(xiàn)有技術的器件尺寸大，傳輸損耗高的缺點，本實用新型提供了一種器件 尺寸小，傳輸損耗小用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器。用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光 纖，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機，所述的輸入光纖通過 光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；所述的第一發(fā)射機與所述的多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，所 述的第二發(fā)射機通過彎曲波導與所述的多模波導耦合器連接，所述的第二、第三光信號由 所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導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，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形 成平行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導-彎曲波導耦合區(qū) 域，所述的直波導-彎曲波導耦合區(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。所述的第一光信號為波長為1310nm的光波，第二光信號為波長為1550nm的光波， 第三光信號為波長為1490nm的光波。進一步，所述的單纖三向復用器還設有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和 輸出端的光功率、并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應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 機的輸入端、第一發(fā)射機的輸出端、第二發(fā)射機的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端 連接。進一步，所述的彎曲波導采用掩埋型玻璃基波導。所述的波導的芯層折射率為n。 =1.4603，包層折射率ns = 1.4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為611111\611111。進一步，所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822 ym，所述的輸入耦合臂與所述的 直線段的間距為1. 2 y m ；所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 u m。進一步，所述的多模波導耦合器的寬度為1811111，長度為387011111。本實用新型的有益效果是1、多模波導耦合器的輸入耦合臂采用直波導，相對于 傳統(tǒng)的彎曲波導，其長度短、使器件結構緊湊、降低了光信號的傳輸損耗，且加工簡單，成本 低。2、加入單纖三向復用器的監(jiān)控模塊，實時監(jiān)控0LT和用戶之間的工作光纖以及單纖三 向復用器中光纖與波導之間的連接狀態(tài)，保障通信的通暢。3、玻璃介質光波導與光纖之間 的耦合損耗低。

圖1是已有技術單纖三向復用器結構示意圖圖2是本實用新型一種用于光纖到戶的新型平面光波導型單纖三向復用器結構 示意圖圖3(a)是匪I輸入1310nm工作波長時的光束傳輸曲線圖圖3(b)是匪I輸入1490nm工作波長時的光束傳輸曲線圖圖3(c)是匪I輸入1550nm工作波長時的光束傳輸曲線圖圖4(a)是彎曲波導輸入1490nm波長時的光束傳輸曲線圖圖4(b)是彎曲波導輸入1550nm波長時的光束傳輸曲線圖圖5是本實用新型在波長范圍為lOOOnm至1800nm時掃描得到的模擬輸出譜
具體實施方式
參照附圖，進一步說明本實用新型用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖
1，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機2和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機3，所述的輸入光纖1通 過光分束器4與一多模波導耦合器5的輸出臂51連接；所述的多模波導耦合器5的輸入 直通臂52將第一光信號傳送至接收機6 ；所述的第一發(fā)射機2與所述的多模波導耦合器5 的輸入耦合臂53連接，所述的第二發(fā)射機3通過彎曲波導7與所述的多模波導耦合器5連 接，所述的第二、第三光信號由所述的輸出臂51輸出；所述的彎曲波導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，所述的輸入耦合臂53與所述的直線段72形成平 行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂53與所述的彎曲段71形成直波導-彎曲波導耦合區(qū) 域，所述的直波導-彎曲波導耦合區(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。所述的第一光信號為波長為1310nm的光波，第二光信號為波長為1550nm的光波，第 三光信號為波長為1490nm的光波。第三光信號經過直波導-彎曲波導耦合區(qū)域復用后進入輸入耦合臂53，利用弱 導條件下多模波導耦合器的額外自成像原理將第二光信號(1550nm光波)和第三光信號 (1490nm光波)合波信號耦合進輸出臂51，由輸入光纖將合波信號輸出。多模波導耦合器的額外自成像原理是指在弱導條件下，由于古漢欣位移導致多 模波導耦合器的多模區(qū)域中導模的相位失配，多模波導耦合器形成的額外自成像更容易被 觀察到，并且隨著多模波導耦合器器件長度的增加，這種額外自成像的質量比多模波導耦 合器傳統(tǒng)自成像更好，因此可以利用額外自成像設計具有波分復用功能的多模波導耦合器 波導耦合器。所述的單纖三向復用器還設有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和輸出端 的光功率、并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應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 6的輸入端、第一發(fā)射機2的輸出端、第二發(fā)射機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7采用掩埋型玻璃基波導。所述的波導的芯層折射率為n。= 1.4603，包層折射率ns = 1.4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為611111\611111。所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822 u m，所述的輸入耦合臂與所述的直線段 的間距為1. 2 y m ；所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 u m。所述的多模波導耦合器5的寬度為18 u m,長度為3870 u 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,而實際傳輸時由于上行信號和下行信號的雙向傳輸隔度完全可以達 到ITU規(guī)定的大于45dB要求，因為1310波長對其他兩個端口的串擾是由光纖和波導耦合 時端面的回波反射產生的，可以通過改進光纖與波導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。本說明書實施例所述的內容僅僅是對實用新型構思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新 型的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機，所述的輸入光纖通過光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；所述的第一發(fā)射機與所述的多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，所述的第二發(fā)射機通過彎曲波導與所述的多模波導耦合器連接，所述的第二、第三光信號由所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導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，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形成平行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導 彎曲波導耦合區(qū)域，所述的直波導 彎曲波導耦合區(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。
2.如權利要求1所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于 所述的單纖三向復用器還設有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和輸出端的光功率、 并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應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，所述的接收機的輸入端、第一 發(fā)射機的輸出端、第二發(fā)射機的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接。
3.如權利要求2所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于 所述的彎曲波導采用掩埋型玻璃基波導，所述的波導的芯層折射率為n。= 1. 4603，包層折 射率~ = 1. 4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為6 y mX 6 y m。
4.如權利要求3所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于 所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822 ym，所述的輸入耦合臂與所述的直線段的間距為 1.2um ；所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 u m。
5.如權利要求4所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于 所述的多模波導耦合器的寬度為18 u m,長度為3870 u m。
專利摘要用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖，第一發(fā)射機和第二發(fā)射機，輸入光纖通過光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；第一發(fā)射機與多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，第二發(fā)射機通過彎曲波導與多模波導耦合器連接，第二、第三光信號由輸出臂輸出；彎曲波導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，輸入耦合臂與直線段形成平行波導耦合區(qū)域，輸入耦合臂與彎曲段形成直波導-彎曲波導耦合區(qū)域，直波導-彎曲波導耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合第二、第三光信號。本實用新型具有器件尺寸小，傳輸損耗小的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/26GK201654271SQ201020100230
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權日2010年1月19日
發(fā)明者樂孜純, 張明, 胡勁華 申請人:浙江工業(yè)大學