專利名稱：在輸入和輸出平板區(qū)域中具有不同半徑的陣列波導(dǎo)光柵(awg)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無熱(溫度不敏感)AWG。更具體而言，本發(fā)明涉及由具有不同半徑的兩個平板區(qū)域構(gòu)成的新穎性AWG配置。
背景技術(shù)：
通常利用加熱器或者帕爾特冷卻器穩(wěn)定/溫度控制AWG復(fù)用器以穩(wěn)定信道波長。 這要求幾瓦特的恒定電功率消耗以及用于溫度控制的其它設(shè)備。參考圖1，示出了具有類似形成的輸入12和輸出14平板波導(dǎo)區(qū)域的典型AWG 10。圖1還示出了涉及機械補償方案的用于熱穩(wěn)定的技術(shù)。在該方案中，在輸入結(jié)點和平板區(qū)域12之間的界面處切斷輸入波導(dǎo)。 將單獨輸入芯片附接到金屬桿20，該金屬桿20固定到穩(wěn)定支柱。金屬桿隨著環(huán)境溫度改變長度并且沿著平板波導(dǎo)12的界面偏移輸入波導(dǎo)以補償AWG中經(jīng)過波長的熱漂移。本發(fā)明解決了在將固定有金屬桿的可移動芯片附接到AWG的平板區(qū)域時嚴(yán)格對準(zhǔn)容限的問題。將在T處陣列波導(dǎo)中的有效波長表示為λ。/η。(Τ)，其中η。= β。Λ(β。波導(dǎo)的傳播常數(shù))。在溫度從T改變到Τ+ΔΤ時，有效系數(shù)nc變?yōu)閚c (Τ+ Δ Τ) = η。(T) + Δ T · ηε/(1Τ0 硅玻璃中η。的溫度依賴性為dn。/dT= 1. 1 X I05 (1/deg) 0將在T+Δ T處波導(dǎo)的有效波長表示為
_7]義0 _義ο二nc dT
nc(T + AT) (T) + ^.AT~ nc{T)
Λ ' dT(1) 根據(jù)等式(1)已知，溫度改變Δ T的有效系數(shù)變化與量為下面等式的波長改變 Δ λ等效
「00091 Δ2 = ΔΓ
L0009」nc dT(2)由于相對于波長改變的焦點位置χ的分散由K. Okamoto在Fundamental s of Optical Waveguides, 2nd Edition (Elsevier, New York, 2006)第九章中給出為
Δχ _ Ncf ΔΖ.Δ “ ~ nsdlo ,(3)因此，通過下面等式獲得焦點位置χ相對于溫度變化的偏移_ Ngf AL dHc AT
_3」 _ nsd dT nc(4)另一方面，補償桿的熱膨脹以下面等式偏移輸入波導(dǎo)Ax1 = -(Qrod-Qchip)LAT (5)其中L是補償桿的長度，并且Cirad和α。_分別是金屬桿和AWG芯片的熱膨脹系數(shù) (α rod > a。hip)。在輸入波導(dǎo)偏移Δ X1時，輸出側(cè)處的焦點位置移動八抖=八\。在八抖 = _Δχ保持時，取消由于溫度改變導(dǎo)致的焦點位置的偏移。通過下面的等式使用等式(4) 和( 獲得對于金屬桿的長度L的無熱條件(arod - achlp) L = Ncf^(6) v ' nsd nc dl對于具有平板界面處的輸入/輸出波導(dǎo)間隔D = 27 μ m，平板陣列界面處的陣列波導(dǎo)間隔d= 15μπι，第一和第二平板的焦點長度f = 19. 854mm，路徑長度差異AL = 31. 0 μ m，信道間隔Δ λ =0.8nm(100GHz)，信道數(shù)量N = 64，以及操作波長λ。= 1.55 μ m 的典型AWG，對于以20°C居中的溫度變化AT = 士50°C，焦點位置的偏移為大約Δχ = 士 19. 4μ m。在將可移動芯片附接到原始AWG芯片時，輸入波導(dǎo)到第一平板區(qū)域的正確位置的對準(zhǔn)要求精細的精確度。對于100-GHzAWG，典型的中心波長精確度為士0. 032nm(±5GHz)。 由于輸入/輸出波導(dǎo)間隔D = 20 μ m與0. 8nm(IOOGHz)的信道間隔相對應(yīng)，因此這與士1 μ m 的位置精確度相對應(yīng)。由于士 1 μ m的對準(zhǔn)精確度非常嚴(yán)格，因此初始對準(zhǔn)和上膠處理的任何故障容易導(dǎo)致不符合規(guī)范的中心波長(頻率)。這是機械無熱化AWG的較低產(chǎn)量和較高成本的主要原因。本發(fā)明實現(xiàn)較大的對準(zhǔn)容限，從而實現(xiàn)無熱AWG的較高產(chǎn)量和較低成本。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點并且提供其它的優(yōu)點，在一個方面，本發(fā)明涉及一種陣列波導(dǎo)光柵，所述陣列波導(dǎo)光柵具有朝向輸入平板波導(dǎo)延伸的多個輸入信號波導(dǎo)， 所述輸入平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸入平板波導(dǎo)半徑為特征；以及從輸出平板波導(dǎo)延伸的多個輸出信號波導(dǎo)，所述輸出平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸出平板波導(dǎo)半徑為特征。所述輸入平板波導(dǎo)半徑與所述輸出平板波導(dǎo)半徑不同。還關(guān)于所述輸入或者輸出信號波導(dǎo)實現(xiàn)機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述信號波導(dǎo)。所述機械致動穩(wěn)定裝置可以包括單獨芯片區(qū)域，所述輸入或者輸出信號朝向所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)橫跨所述芯片區(qū)域，所述芯片區(qū)域可根據(jù)溫度移動從而相對于所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)偏移所述輸入或者輸出信號波導(dǎo)。更加接近所述單獨芯片的所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)具有更大的半徑并且因此對于所述單獨芯片的移動具有更大的容限。公開了改善的陣列波導(dǎo)光柵電路，具有如這里公開的多個陣列波導(dǎo)光柵，在一個示例中，包括至少兩對交織的陣列波導(dǎo)光柵。此外，經(jīng)過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)其它的特征和優(yōu)點。這里詳細描述了本發(fā)明的其它實施例和方面并且被認(rèn)為是請求保護的本發(fā)明的一部分。


在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中具體地指出了并且清楚地請求保護了被認(rèn)為是本發(fā)明的主題。通過下面結(jié)合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的前述和其它目的，特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中圖1是傳統(tǒng)的機械無熱化AWG的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明在輸入和輸出平板區(qū)域中具有不同半徑(例如第一平板中的曲率半徑大于第二平板中的曲率半徑f)的無熱AWG的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明在輸入和輸出平板區(qū)域中具有不同半徑(例如第二平板中的曲率半徑f大于第一平板中的曲率半徑的無熱AWG的示意圖；圖4是具有信道間隔Δ λ = 0. 8nm(100GHz)和信道數(shù)量Neh = 32的AWG的周期屬性的圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明在一個芯片中并入兩對無熱雙波段AWG的電路的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明使用雙波段無熱AWG的WDM-PON架構(gòu)的示意圖；圖7描述了干涉濾波器的帶通濾波特性；圖8是用于OLT應(yīng)用的雙波段無熱AWG電路的示意圖；圖9示出了 C-波段和L-波段AWG的解復(fù)用屬性；以及圖10是用于RN應(yīng)用的雙波段無熱AWG電路的示意圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明在輸入和輸出平板區(qū)域中具有不同半徑的無熱AWG的示意性配置。圖2示出了其中第一平板112中的曲率半徑大于第二平板114中的曲率半徑f的類型I無熱AWG 100。圖3示出了其中第一平板212中的曲率半徑&小于第二平板214中的曲率半徑f的類型II無熱AWG 200。該技術(shù)可以結(jié)合上面討論的分別涉及金屬桿120、220的補償技術(shù)一起使用。在根據(jù)本發(fā)明的類型I無熱AWG 100的一個實施例中，示例性參數(shù)包括第一平板的曲率半徑= 29. 414mm，輸入波導(dǎo)間隔D1 = 40 μ m，第二平板的曲率半徑f = 19. 854mm, 以及輸出波導(dǎo)間隔D = 27 μ m0其它示例性參數(shù)可以與傳統(tǒng)AWG(圖1)中的參數(shù)相同，分別是路徑長度差異AL = 31. Oym,信道間隔Δ λ = 0. 8nm(100GHz)，信道數(shù)量N = 64，以及操作波長λ。= υ5μπι。在一個實施例中，&和D1應(yīng)該比f和D大大約50%。通過下面等式獲得焦點位置χ相對于于溫度變化的偏移=(7)
Hsc^ 似 nc與傳統(tǒng)的AWG (圖1)相比較，在輸入波導(dǎo)偏移ΔΧι時，輸出處的焦點位置移動八χ* =(Vf1) · ΔΧι。在Δχ* = -Δχ保持時，抵消由于溫度改變導(dǎo)致的焦點位置的偏移。然后通過使用等式( 和(7)將用于類型I AWG的無熱條件表示為^ = ^^=-Uarod-achlp)L^T =-^1^(8)
JlJinsa al nc其中Z是類型I無熱AWG中補償桿的長度。上面的等式簡化為[ccrod OCchip)^r-L = ,-----^f-( 9 )
J\nsd nc
通過等式(6)和(9)的比較，已知￡與L相關(guān)為L = ^Jl00)等式(10)表明輸入波導(dǎo)應(yīng)該比傳統(tǒng)的無熱AWG(圖1)多移動A/f (圖2中的1. 5) 倍。換句話說，對準(zhǔn)精確度變?yōu)槭?1.5 μ m，其與傳統(tǒng)的無熱AWG技術(shù)相比大50%。對于無熱AWG，大50%的對準(zhǔn)容限允許實現(xiàn)較高的產(chǎn)量和較低的成本。在根據(jù)本發(fā)明的類型II無熱AWG 200(圖幻的一個實施例中，示例性參數(shù)包括第二平板的曲率半徑f = 29. 414mm，輸出波導(dǎo)間隔D = 40 μ m，第一平板的曲率半徑f\ = 19. 854mm，和輸入波導(dǎo)間隔D1 = 27 μ m0其它示例性參數(shù)可以與傳統(tǒng)AWG(圖1)中的參數(shù)相同，分別是路徑長度差異AL = 31.0 μ m，信道間隔Δ λ = 0. Snm(IOOGHz)，信道數(shù)量N =64，以及操作波長λ。= υ5μπι。在一個實施例中，f和D應(yīng)該比4和D1大大約50%。將焦點位置χ相對于溫度變化的偏移給出為(11)
nsd α nc注意這里f = 29. 414mm，其比等式(4)中的f大大約50%。在類型IIAWG中，輸出波導(dǎo)應(yīng)該移動以取消由于環(huán)境溫度改變導(dǎo)致的焦點位置移動。將輸出波導(dǎo)對于溫度改變 ΔT的偏移表示為t^ = (arod-achlp)LM(12)其中Z是類型II無熱AWG中補償桿的長度。通過下面等式根據(jù)等式(11)和(12) 獲得對于類型IIAWG的無熱條件(a rod- achlp) L = Ncf^ · — · ^ ·(13)
nsd nc dl由于f( = 29. 414mm)比傳統(tǒng)的無熱AWG大大約50%，輸入波導(dǎo)應(yīng)該比傳統(tǒng)AWG多移動1.5倍。換句話說，對準(zhǔn)精確度變?yōu)槭?1.5μπι，其比傳統(tǒng)無熱AWG技術(shù)大50%。對于無熱AWG，大50%的對準(zhǔn)容限允許更高的產(chǎn)量和更低的成本。在圖2和圖3中，對于類型I無熱AWG，第一平板的曲率半徑比第二平板的曲率半徑f大大約50%，并且對于類型II無熱AWG，第二平板的曲率半徑f比第一平板的曲率半徑大大約50%。因此，獲得了比傳統(tǒng)的無熱AWG大50%的士 1. 5 μ m的對準(zhǔn)容限。在類型I無熱AWG中第一平板的曲率半徑是第二平板的曲率半徑f的兩倍時并且在類型II無熱AWG中第二平板的曲率半徑f是第一平板的曲率半徑f\的兩倍時，可以獲得是傳統(tǒng)的無熱AWG的兩倍的士2. 0 μ m的對準(zhǔn)容限。通常，但是并非限制，根據(jù)本發(fā)明，平板半徑之間的差異應(yīng)該至少為大約30%。本發(fā)明還解決了在來自ITU-T (國際電信聯(lián)合電信標(biāo)準(zhǔn)部門)電網(wǎng)規(guī)范的雙波段AWG濾波器中波長未對準(zhǔn)的問題。由于AWG的操作原理，該問題難于解決。通常，利用AWG的周期屬性以實現(xiàn)WDM-PON系統(tǒng)中的雙波段操作(例如參見S. J. Park, et al.， "Fiber-to-the-Home services based on Wavelength-Division-Multiplexing Passive Optical Network，，，IEEE Jour, of Lightwave Tech. , vol. 22, no. 11, pp. 2582-2591, Nov. 2004.)。圖4中示出了 AWG的典型周期屬性。AWG的信道間隔Δ λ和信道數(shù)量N。h為 Δ λ = 0. 8nm(100GHz)和N。h = 32。圖4中的單獨線路類型表明在第1號，第16號和第32 號輸出端口處的解復(fù)用屬性。
在AWG的每一個輸出端口處能夠解復(fù)用具有不同波長的信號。為具有不同波長的信號分別標(biāo)注被稱為AWG的“衍射級次”的唯一號碼m。根據(jù)下面的等式，衍射級次m與 AWG 的中心帶通波長 λ。(輸出端口 N。h/2)相關(guān)(K. Okamoto，F(xiàn)undamentals of Optical Waveguides, 2nd Edition, Elsevier, New York,2006, chapter 9)
權(quán)利要求
1.一種陣列波導(dǎo)光柵，包括朝向輸入平板波導(dǎo)延伸的多個輸入信號波導(dǎo)，所述輸入平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸入平板波導(dǎo)半徑為特征；以及從輸出平板波導(dǎo)延伸的多個輸出信號波導(dǎo)，所述輸出平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸出平板波導(dǎo)半徑為特征；其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑與所述輸出平板波導(dǎo)半徑不同。
2.如權(quán)利要求1所述的陣列波導(dǎo)光柵，還包括關(guān)于所述輸入信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述輸入信號波導(dǎo)，并且其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑大于所述輸出平板波導(dǎo)半徑。
3.如權(quán)利要求2所述的陣列波導(dǎo)光柵，其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑比所述輸出平板波導(dǎo)半徑大至少大約30%。
4.如權(quán)利要求1所述的陣列波導(dǎo)光柵，還包括關(guān)于所述輸出信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述輸出信號波導(dǎo)，并且其中所述輸出平板波導(dǎo)半徑大于所述輸入平板波導(dǎo)半徑。
5.如權(quán)利要求4所述的陣列波導(dǎo)光柵，其中所述輸出平板波導(dǎo)半徑比所述輸入平板波導(dǎo)半徑大至少大約30%。
6.如權(quán)利要求1所述的陣列波導(dǎo)光柵，還包括關(guān)于所述輸入和/或輸出信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述信號波導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求6所述的陣列波導(dǎo)光柵，其中所述機械致動穩(wěn)定裝置包括單獨芯片區(qū)域，所述輸入或者輸出信號朝向所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)橫跨所述芯片區(qū)域，所述芯片區(qū)域可根據(jù)溫度移動從而相對于所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)偏移所述輸入或者輸出信號波導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求7所述的陣列波導(dǎo)光柵，其中更接近所述單獨芯片的所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)具有更大半徑并且因此對于所述單獨芯片的移動具有更大容限。
9.一種包括多個如權(quán)利要求6所述的陣列波導(dǎo)光柵的陣列波導(dǎo)光柵電路。
10.如權(quán)利要求9所述的陣列波導(dǎo)光柵，其中所述多個陣列波導(dǎo)光柵包括至少兩對交織的陣列波導(dǎo)光柵。
11.一種用于穩(wěn)定陣列波導(dǎo)光柵的方法，包括提供朝向輸入平板波導(dǎo)延伸的多個輸入信號波導(dǎo)，所述輸入平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸入平板波導(dǎo)半徑為特征；并且提供從輸出平板波導(dǎo)延伸的多個輸出信號波導(dǎo)，所述輸出平板波導(dǎo)以位于其端部之間的輸出平板波導(dǎo)半徑為特征；其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑與所述輸出平板波導(dǎo)半徑不同。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用關(guān)于所述輸入信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述輸入信號波導(dǎo)，并且其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑大于所述輸出平板波導(dǎo)半徑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述輸入平板波導(dǎo)半徑比所述輸出平板波導(dǎo)半徑大至少大約30%。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用關(guān)于所述輸出信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述輸出信號波導(dǎo)，并且其中所述輸出平板波導(dǎo)半徑大于所述輸入平板波導(dǎo)半徑。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述輸出平板波導(dǎo)半徑比所述輸入平板波導(dǎo)半徑大至少大約30%。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用關(guān)于所述輸入和/或輸出信號波導(dǎo)實現(xiàn)的機械致動穩(wěn)定裝置，用于根據(jù)環(huán)境溫度偏移所述信號波導(dǎo)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述機械致動穩(wěn)定裝置包括單獨芯片區(qū)域，所述輸入或者輸出信號朝向所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)橫跨所述芯片區(qū)域，所述芯片區(qū)域可根據(jù)溫度移動從而相對于所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)偏移所述輸入或者輸出信號波導(dǎo)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中更接近所述單獨芯片的所述輸入或者輸出平板波導(dǎo)具有更大半徑并且因此對于所述單獨芯片的移動具有更大容限。
19.一種穩(wěn)定陣列波導(dǎo)光柵電路的方法，包括如權(quán)利要求16所述穩(wěn)定多個陣列波導(dǎo)光柵。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個陣列波導(dǎo)光柵包括至少兩對交織的陣列波導(dǎo)光柵。
全文摘要
本發(fā)明公開一種陣列波導(dǎo)光柵(AWG)電路，在所述平板區(qū)域中具有不同的半徑以補充和/或更換使能無熱AWG的其它機械技術(shù)。本發(fā)明還公開無熱AWG的雙波段交織對，具有改善的成本、空間和中心波長屬性，例如用于光學(xué)線路終端(OLT)和遠程結(jié)點(RN)應(yīng)用。
文檔編號G02B6/26GK102388329SQ201080016255
公開日2012年3月21日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者岡本克奇 申請人:艾迪株式會社