平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域與集成光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種平面單片集 成波分復(fù)用-解復(fù)用器及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從二十世紀(jì)九十年代以來，波分復(fù)用成為擴(kuò)容的主要方式，波分復(fù)用技術(shù)成為大 容量高速光通信的主流技術(shù)，而波分復(fù)用器作為其核心器件，需求日益迫切，且成百信道的 超密集波分復(fù)用(UDWDM)成為重點(diǎn)發(fā)展方向。
[0003] 目前商用化的波分復(fù)用器主要有光纖光柵型(FBG)、介質(zhì)膜干涉濾波器型（TFF)、 熔錐型(FBT)和集成光波導(dǎo)型（I0W)。其中，TFF型、FBT型結(jié)構(gòu)及原理所限明顯不適應(yīng)UDWDM 用，F(xiàn)BG型的過分溫度敏感性也使其應(yīng)用受到很大限制，而I0W型波分復(fù)用器是以光集成技 術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，具有平面波導(dǎo)技術(shù)的所有潛在優(yōu)點(diǎn)，諸如適于批量生產(chǎn)、重復(fù) 性好、尺寸小，可在光掩膜過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光路、與光纖的對準(zhǔn)容易等等，因而代表了一 種先進(jìn)的WDM器件技術(shù)，但其插入損耗、信道數(shù)與信道間隔距UDWDM的要求還有很大差距。
[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于波導(dǎo)短 程透鏡與二元光柵的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器及其實(shí)現(xiàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器，結(jié)構(gòu) 簡單合理，將二元光柵與波導(dǎo)短程透鏡用于波分復(fù)用器設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)器件信道間隔小、損耗 低、串?dāng)_小、擴(kuò)展信道容易、耦合效率高的波分復(fù)用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種平面單片集成波 分復(fù)用-解復(fù)用器，包括:芯片，所述芯片的一端設(shè)置有1個(gè)端口的光纖和N個(gè)端口的光纖陣 列，所述芯片上設(shè)置有一個(gè)光波導(dǎo)短程透鏡和一個(gè)二元光柵，上述結(jié)構(gòu)之間通過波導(dǎo)實(shí)現(xiàn) 光路連接。
[0007] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述1個(gè)端口的光纖為輸入光纖，所述N個(gè)端口的光 纖陣列為輸出光纖陣列，實(shí)現(xiàn)解復(fù)用過程。
[0008] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述1個(gè)端口的光纖為輸出光纖，所述N個(gè)端口的光 纖陣列為輸入光纖陣列，實(shí)現(xiàn)復(fù)用過程。
[0009] 本發(fā)明還提供了上述平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，包括： A:解復(fù)用器，所述1個(gè)端口的光纖為輸入光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸出光纖陣 列，解復(fù)用實(shí)現(xiàn)過程包括以下步驟： a、 擴(kuò)束:光波導(dǎo)短程透鏡將由輸入光纖輸入的多波長光束進(jìn)行擴(kuò)束，成為寬口徑的平 行光束； b、 衍射:擴(kuò)束后的平行光束被反射二元光柵衍射，不同波長的光被衍射到不同方向； c、 聚焦:光波導(dǎo)短程透鏡將不同方向的光聚焦到輸出光纖陣列的對應(yīng)不同波長的不同 端口； B:復(fù)用器，所述1個(gè)端口的光纖為輸出光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸入光纖陣列， 復(fù)用實(shí)現(xiàn)過程包括以下步驟： a、 擴(kuò)束:光波導(dǎo)短程透鏡將由N個(gè)輸入光纖陣列任一端口輸入的光束進(jìn)行擴(kuò)束，成為沿 不同方向出射的平行光束； b、 衍射:擴(kuò)束后不同方向（對應(yīng)不同波長）的平行光束被反射二元光柵衍射到不同方 向； c、 聚焦:光波導(dǎo)短程透鏡將不同方向的光聚焦到同一輸出光纖。
[0010] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，1個(gè)端口的光纖內(nèi)傳輸?shù)氖荖波長(波分復(fù)用）光信 號。
[0011] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，入射波分復(fù)用光信號按照波長越長的光離輸入端越 近的原則出射到N個(gè)不同的輸出端。
[0012] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述二元光柵的周期及傾角由中心波長和波長間隔 及光路確定，遵守衍射定律。
[0013] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，解復(fù)用過程中的輸入光纖與復(fù)用過程中得輸出光纖 內(nèi)傳輸?shù)氖荖波長、按照波分復(fù)用原則設(shè)置的光信號。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是:基于二元光柵衍射波長范圍寬、插損低、光譜分辨率高、插 損低，從而利于更大帶寬，更低插損，更多信道、更高隔離度分波實(shí)現(xiàn)，同時(shí)波導(dǎo)短程透鏡研 非常利于擴(kuò)束與聚焦性能提高，將二元光柵與波導(dǎo)短程透鏡用于波分復(fù)用器設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn) 器件信道間隔小、損耗低、串?dāng)_小、擴(kuò)展信道容易、耦合效率高的波分復(fù)用。
[0015] -方面具有二元光學(xué)器件衍射效率很高、分辨率高等優(yōu)勢，另一方面具有波導(dǎo)短 程透鏡可消球差和色差、孔徑角大等優(yōu)點(diǎn)，反射式光柵加一個(gè)短程透鏡又保證了器件的尺 寸大大縮小。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖，其中： 圖1是本發(fā)明波解復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)過程示意圖； 圖2是本發(fā)明波復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)過程示意圖； 圖3是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例的輸出光譜分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0018] 參見圖1~2,從輸入光纖輸入的多波長光束，要想實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用功能擴(kuò)束、衍射、聚 焦這幾個(gè)步驟。
[0019] 擴(kuò)束與聚焦由波導(dǎo)短程透鏡3來實(shí)現(xiàn):多波長的光束從輸入光纖入射經(jīng)平面波導(dǎo)5 后進(jìn)入波導(dǎo)短程透鏡從而被擴(kuò)束;衍射后的平行光束經(jīng)平面波導(dǎo)后再次進(jìn)入波導(dǎo)短程透鏡 被聚焦，形成不同的出射光點(diǎn)，進(jìn)入到輸出光纖陣列的不同端口； 衍射由二元光柵4來實(shí)現(xiàn)，入射的多波長光束經(jīng)二元光柵后發(fā)生衍射，不同的光束被衍 射到不同方向，遵循衍射定律。
[0020] 實(shí)現(xiàn)方法基于光柵色散原理，實(shí)現(xiàn)方案采用波導(dǎo)短程透鏡光路與二元光柵的集 成，入射的復(fù)合光經(jīng)過擴(kuò)束、衍射、聚焦等步驟，將不同波長的光聚焦到不同的方向，傳輸至 相應(yīng)的輸出端口。
[0021] 本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)單片集成波分復(fù)用的方法中，擴(kuò)束與聚焦通過口徑大、像差小的波 導(dǎo)短程透鏡實(shí)現(xiàn);衍射由衍射效率高、分辨率高的二元光柵實(shí)現(xiàn)。通過中心波長、波長間隔 和光路確定二元光柵的周期參數(shù)和傾斜角，再選取合適焦距的波導(dǎo)短程透鏡，實(shí)現(xiàn)光波分 復(fù)用功能。
[0022] 圖3中，所述1個(gè)端口的光纖1為輸入光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列2為輸出光纖陣 列，具體實(shí)施例中采用1端口輸入、8端口輸出的波導(dǎo)短程透鏡與二元光柵集成的解復(fù)用功 能的器件，二元光柵采用閃耀二元光柵。選取參數(shù)：中心波長為2=155#?的多波長光束從 輸入光纖入射到平面光波導(dǎo)中，波導(dǎo)材料為，其波導(dǎo)層等效折射率?，襯 底折射率，波導(dǎo)覆蓋層為空氣巧=1，之后進(jìn)入凹坑半徑cilrnm，有效區(qū)半徑 = ，焦距的短程透鏡，被展開為平行光束，之后被光柵常數(shù)鵪=沾2微 米，傾斜角為的閃耀二元光柵衍射，不同波長的光被衍射到不同方向，最后被短程 透鏡聚焦到輸出光纖陣列的不同端口，其輸出光譜分布如圖4所示，實(shí)現(xiàn)光波解復(fù)用功能。
[0023] 本發(fā)明采用大口徑的波導(dǎo)短程透鏡光路和二元光柵衍射機(jī)構(gòu)，可以形成一個(gè)簡潔 的單片集成波導(dǎo)型波分復(fù)用結(jié)構(gòu)，利于降低成本與工藝難度、打破批量生產(chǎn)的制約、實(shí)現(xiàn)快 速波分復(fù)用功能。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng) 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器，其特征在于，包括:芯片，所述芯片的一端設(shè) 置有1個(gè)端口的光纖和N個(gè)端口的光纖陣列，所述芯片上設(shè)置有一個(gè)光波導(dǎo)短程透鏡和一個(gè) 二元光柵，上述結(jié)構(gòu)之間通過波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)光路連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器，其特征在于，所述1個(gè)端口 的光纖為輸入光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸出光纖陣列，實(shí)現(xiàn)解復(fù)用過程。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器，其特征在于，所述1個(gè)端口 的光纖為輸出光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸入光纖陣列，實(shí)現(xiàn)復(fù)用過程。4. 一種如權(quán)利要求1所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于，包括： A:解復(fù)用器，所述1個(gè)端口的光纖為輸入光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸出光纖陣 列，解復(fù)用實(shí)現(xiàn)過程包括以下步驟： a、 擴(kuò)束:光波導(dǎo)短程透鏡將由輸入光纖輸入的多波長光束進(jìn)行擴(kuò)束，成為寬口徑的平 行光束； b、 衍射:擴(kuò)束后的平行光束被反射二元光柵衍射，不同波長的光被衍射到不同方向； c、 聚焦:光波導(dǎo)短程透鏡將不同方向的光聚焦到輸出光纖陣列的對應(yīng)不同波長的不同 端口； B:復(fù)用器，所述1個(gè)端口的光纖為輸出光纖，所述N個(gè)端口的光纖陣列為輸入光纖陣列， 復(fù)用實(shí)現(xiàn)過程包括以下步驟： a、 擴(kuò)束:光波導(dǎo)短程透鏡將由N個(gè)輸入光纖陣列任一端口輸入的光束進(jìn)行擴(kuò)束，成為沿 不同方向出射的平行光束； b、 衍射:擴(kuò)束后不同方向的平行光束被反射二元光柵衍射到不同方向； c、 聚焦:光波導(dǎo)短程透鏡將不同方向的光聚焦到同一輸出光纖。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，1 個(gè)端口的光纖內(nèi)傳輸?shù)氖荖波長光信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 入射波分復(fù)用光信號按照波長越長的光離輸入端越近的原則出射到N個(gè)不同的輸出端。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 所述二元光柵的周期及傾角由中心波長和波長間隔及光路確定，遵守衍射定律。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器，包括：芯片，所述芯片的一端設(shè)置有1個(gè)端口的光纖和N個(gè)端口的光纖陣列，所述芯片上設(shè)置有一個(gè)光波導(dǎo)短程透鏡和一個(gè)二元光柵，上述結(jié)構(gòu)之間通過波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)光路連接；本發(fā)明還公開了上述平面單片集成波分復(fù)用-解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其中，擴(kuò)束與聚焦由波導(dǎo)短程透鏡實(shí)現(xiàn)，衍射由二元光柵來實(shí)現(xiàn)。通過上述方式，本發(fā)明簡單合理，將二元光柵與波導(dǎo)短程透鏡用于波分復(fù)用器設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)器件信道間隔小、損耗低、串?dāng)_小、擴(kuò)展信道容易、耦合效率高的波分復(fù)用，可以形成一個(gè)簡潔的單片集成波導(dǎo)型波分復(fù)用結(jié)構(gòu)，利于降低成本與工藝難度、打破批量生產(chǎn)的制約、實(shí)現(xiàn)快速波分復(fù)用功能。
【IPC分類】G02B6/293
【公開號】CN105549155
【申請?zhí)枴緾N201510663614
【發(fā)明人】朱京平, 單永峰, 陳煒, 朱兆康, 侍鎮(zhèn)山, 崔忠
【申請人】揚(yáng)州瑞威光電科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年10月15日