一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于阵列波导光栅的混合光合束?波分解复用器，包括衬底以及在衬底上自下而上依次排列的包层、导波层；导波层为图形层，沿水平面上向右方向依次刻蚀有输入波导、输入自由传输区、阵列波导、输出自由传输区和输出波导阵列，厚度均相同；本发明提供的基于阵列波导光栅的混合光合束?波分解复用器集分波和合束于一身，下行通信时，可以像普通的阵列波导光栅(AWG)一样实现波分解复用功能，上行通信时，可以实现合束功能；可以在一定程度上降低无源光网络(PON)的建造成本。
【专利说明】
一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器
技术领域
[0001]本发明属于集成光子器件领域，更具体地，涉及一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器。
【背景技术】
[0002]随着互联网技术的飞速发展，人们对网络带宽的需求不断增长。为了满足用户不断增长的带宽需求，光纤接入技术无源光网络(Passive Optical NetworlPONMiI^lJfS应用。
[0003]在现有的PON中，如EP0N(EthernetPassive Optical Network)和GP0N(GigabitPassive Optical Network)大都基于时分复用技术。下行信号采用广播的方式，通过光功率分束器将信号分配给每个光网络单元(Optical Network Unit，0NU)。ONU只接收发送给自己的指定数据;上行时分复用的方式，光线路终端(Optical Line Terminal，0LT)为所有ONU分配一个时隙，每个ONU只能在属于自己的时隙内发送数据，然后通过光功率分束器将所有ONU的信号合到一起，传送到0LT。基于时分复用的PON带宽有限，此外，光功率分束器的插入损耗很大且随着ONU数目的增加而不断增加(1: 32的光功率分束器的插入损耗至少为15dB),因此会大大限制ONU数目及网络传输距尚。
[0004]近年来，随着高清电视，视频点播和网络游戏等互联网业务的兴起，传统的EPON和GPON已经无法满足用户对带宽的巨大需求。为此，又提出了波分复用(WDM)无源光网络，采用波分复用技术，利用波分复用/解复用器来代替光功率分束器，并且每个ONU各自都分配一个专用的上行和下行波长。下行传输时，通过波分解复用器将对应波长的信号分配给相应的0NU;上行传输时，通过波分复用器将所有ONU的不同波长的信号整合到一根光纤，传送给OLT。因此在OLT与所有ONU之间实现了点对点传输，大大提高了网络带宽。在WDM-PON中，一般用阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)来作为光波分复用/解复用器，相比使用光功率分束器的时分复用无源光网络，功率损耗大大降低，且损耗基本不随ONU数目增加而增加，因此极大降低了对传输距离和ONU数目的限制，以及提高传输信噪比，减少误码率。
[0005]但是WDM-PON中需要大量的发射机和接收机，使其造价昂贵，难以得到大规模广泛应用。因此人们又提出各种能够降低成本的优化方案。其中，混合TWDM-PON能够很好的权衡性能和成本而引起广泛关注，即信号下行传输时，与一般的WDM-PON相同，通过波分解复用器将对应波长的信号分配给相应的0NU;信号上行传输时，所有ONU共用一个信号波长，采用时分复用技术，通过光功率分束器来实现合束。采用混合TWDM-PON需要分别用到的光模块中就需要包含独立的光波分解复用器以及光功率合束器，造成模块尺寸较大，结构复杂，成本高等问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器，其目的在于，用于混合WDM-PON中，使之能够对下行信号实现解复用，同时对上行信号实现光功率合束。
[0007]本发明的技术方案:一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器，包括衬底(9)以及在所述衬底(9)上自下而上依次排列生成的包层(8)和导波层(7);
[0008]所述导波层(7)上沿Z方向依次刻蚀有输入波导一(I)、输入波导二(2)、输入自由传输区(3)、阵列波导(4)、输出自由传输区(5)和输出波导阵列(6)，它们厚度相同；其中，所述Y方向是指与衬底垂直的方向，所述Z方向是指沿水平面向右方向，即光传输方向；
[0009]所述输入波导一(I)为刻蚀形成在导波层的矩形区域，其右侧与输入自由传输区(3)的左侧相连;输入波导二(2)为刻蚀形成在导波层的矩形区域，在靠近输入自由传输区
(3)左上部和左下部各设一个，均与自由传输区(3)相连;输入波导一和输入波导二的作用是将光纤中的光导引入该器件；
[0010]所述输入自由传输区(3)在波导层上刻蚀形成，其左侧为向左方外凸的弧形即罗兰圆弧，与输入波导一(I)相连;其右侧为向右外凸弧形即光栅圆弧，其曲率半径是所述罗兰圆弧的两倍，与阵列波导(4)左侧相连，；输入自由传输区(3)的作用是用于光的自由传输，实现夫狼禾费衍射;所述输出自由传输区(5)与输入自由传输区(3)在光传播方向上镜像对称，其右侧罗兰圆弧为输出端，与输出波导阵列(6)的左侧相连;其左侧光栅圆弧与阵列波导(4)相连;输出自由传输区(5)的作用也是用于光的自由传输，实现夫琅禾费衍射；
[0011]所述阵列波导(4)为波导层上刻蚀形成的一组条形波导，每个条形波导两端为矩形，中间为圆弧状，阵列波导(4)左端为其输入端，其各个条形波导与光栅圆弧相连，并且在连接处等间距排列；阵列波导的右侧为其输出端，其端面各个条形波导与输出自由传输区
(5)的左侧输入光栅圆弧相连，并且在连接处等间距排列；
[0012]输出波导阵列(6)由波导层上刻蚀形成的一组等间距排列的条形波导组成，用于将输出光耦合到输出的光纤阵列中去;条形波导数量和后面的光纤阵列相同。
[0013]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器用于下行和上行工作时，阵列波导
(4)依其各条形波导的长度特征，可等效为第一阵列波导和第二阵列波导，两个阵列波导(即第一阵列波导和第二阵列波导)中相邻条形波导的长度差均满足公式AL=mAQ/nc;，A0是波分解复用的中心波长，nc是λο所对应的等效折射率，m为正整数;其中:第一波导阵列中，m取值优选为80-90;第二波导阵列中，m取值优选为1-3。
[0014]进一步的，当该复用器用于下行工作时，阵列波导(4)的第一阵列波导与普通阵列波导光栅AWG相同，其相邻条形波导的长度差均满足公式△ Lo=mAQ/n。，所述阵列波导⑷的第二阵列波导满足A L1=HiAoA^也就是说相邻通道的光程差是波长的整数倍，相位差是2π的整数倍，使其对波分解复用不产生影响，即第二阵列波导对下行中心波长透明，且其长度又比第一阵列波导小很多，因此对下行工作几乎不产生影响；
[0015]下行工作用于光波分解复用，工作时，输入波导一(I)接收入射的多个波长的光束，经自由传输区(3)发生夫琅禾费衍射，在阵列波导(4)的左侧输入端面得到入射场的衍射远场分布，然后耦合进入阵列波导(4)中；因阵列波导(4)端面位于光栅圆上，因此衍射光场以相同的相位到达阵列波导(4)的左侧输入端面;经阵列波导(4)传输后，因相邻的第一阵列波导保持有相同的长度差，且第二阵列波导对下行工作几乎没有影响，因而对下行复用的各个波长而言，在阵列波导(4)输出端，相邻的阵列波导的输出光保持有相同的相位差，对于不同波长的光，此相位差不同；于是，不同波长的光从阵列波导(4)出射，在输出自由传输区(5)再次发生夫琅禾费衍射并聚焦到不同的输出波导(6)位置处;经输出波导(6)，其每一个输出波导接收并导引一个波长的光，接收被色散开的各个波长的光，实现了多个波长光的波长分配即下行波分解复用的功能。
[0016]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器用于上行时，第二阵列波导结构中各条形波导长度不同，靠近中间的条形波导长度最大，向两侧依次减小，长度差别呈等腰三角形状，中部最长，两端最短，相邻波导长度差A L1由公式Δ L1 = π/ λο/ηο,πι7 = I，2，3确定，因此第二阵列波导类似于一个三棱镜，可以将一束光分为两束后在输出阵列波导(6)输出波导面处形成双光束干涉条纹，条纹间距与输出阵列波导的输入端口排列间距一致，从而实现了光功率分束的功能;此外，上行工作第一阵列波导还需要满足公式A1 = Iic/ ALoV，π/= 1,2,3；以免第一阵列波导对分束/合束产生影响，&为上行工作波长，Δ Lo为第一阵列波导相邻波导长度差，η。'为通过等效折射法求得的第一阵列波导的等效折射率；
[0017]上行工作用于实现合束功能，基于光路可逆原理，以下行分束进行说明；工作时，由两个输入波导二(2)接收入射的分束波长的光束，在输入自由传输区(3)发生夫狼禾费衍射，并在阵列波导(4)的左侧输入端面发生双光束干涉，然后耦合进入阵列波导(4)的左侧输入端面中；由于满足公式A1 = Iic/ Δ Lo/m7，使得第一阵列波导对分束波长透明，因此第一阵列波导对分束光不产生影响，第二阵列波导长度轮廓呈一个等腰三角形分布，因此类似于一个光学上的棱镜，将光场均分为向上和向下的两束光;这两束光在输出自由传输区(5)衍射并在输出阵列波导(6)输入端发生双光束干涉，且整个光场能量集中在比输出波导阵列(6)范围稍大的一个横向尺寸范围内，通过调整阵列波导间距以及输入波导二的位置来能控制干涉条纹间距、位置与输出波导阵列(6)的间距与位置一致;经输出阵列波导(6)输出后实现了下行光功率多路分束的功能。
[0018]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器中，所述η。和n/采用等效折射率法计算得到。
[0019]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器中，所述衬底为单晶硅;所述包层厚度为3微米?5微米，其材料包括二氧化硅、磷化铟、铟镓砷磷、砷化镓、铝镓砷、氮化镓，铟镓氮或铝镓氮等可形成平面光波导的介质材料.
[0020]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器中，所述导波层材料，包括非晶硅、铟镓砷磷、砷化镓、氮化镓、铟镓氮或铝镓氮等可形成平面光波导的介质材料。
[0021]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器中，所述输入波导一(I)的尺寸为选取以保证其单模波导工作模式为准。
[0022]进一步的，所述的混合光合束-波分解复用器中，调节干涉光束的偏转角通过控制阵列波导间距实现，进而实现干涉条纹间距的控制；调节输出干涉条纹的位置通过控制输入波导二的位置实现。
[0023]本发明提供的基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器，通过调整Y方向波导层的厚度来调整各部分的有效折射率;下行工作与普通AWG功能相同，实现密集波分解复用，上行工作实现对特定光波长的合束功能，一个器件集分波和合束两个功能于一身。
[0024]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0025](I)由于下行采用波分解复用技术而上行采用时分复用技术，因此下行传输速率远大于上行传输速率，正好符号实际中在无源光网络中用户的下载速率远大于上传速率的情况。
[0026](2)上行传输采用时分复用技术，所有ONU端使用相同波长的激光器，因此ONU端的激光器光源具有可替代性，大大降低建网成本。
[0027](3)本发明提供的混合光合束-波分解复用器，基于平面光波导技术，可由平面波导技术的标准光刻及刻蚀工艺制作，由任何能够形成平面光波导的介质材料实现，与现有制作工艺兼容；另一方面，上行合束和下行分波功能在一个改进的AWG的基础上就可以实现，减小了器件尺寸，便于集成。
【附图说明】
[0028]图1是本发明实施例1提供的基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器的结构图(插图分别为结构剖视图和阵列波导4的等效长度图)；
[0029]图2是本发明实施例1提供的混合光合束-波分解复用器下行波分解复用频谱响应图；
[0030]图3是本发明实施例1提供的混合光合束-波分解复用器的分束输出光场分布图；
[0031]在附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1_输入波导一，2-输入波导二，3-输入自由传输区，4-阵列波导，5-输出自由传输区，6-输出波导阵列，7-导波层，8_包层，9_衬底。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]本发明提供的基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器，包括衬底以及在所述衬底上自下而上依次排列的包层和导波层；
[0034]其中，所述导波层沿生长方向厚度为4.7?5.3微米，导波层上制作有输入/输出波导、输入/输出自由传输区、阵列波导;其中导波层上制作有输入/输出波导和阵列波导通过离子反应刻蚀制作而成，刻蚀深度为1.8?2.2微米;输入/输出自由传输区不需要刻蚀;从左向右，排列顺序为输入波导1、输入波导二2、输入自由传输区3、阵列波导4、输出自由传输区5、输出波导阵列6;导波层生长厚度影响各个通道之间的串扰，整个器件的插入损耗等性會K。
[0035]以下结合图1与实施例1具体阐述本发明提供的混合光合束-波分解复用器;实施例I提供的混合光合束-波分解复用器，包括衬底9、包层8、导波层7;包层8和导波层7在衬底9上自下而上依次生长;其中，衬底9采用晶体硅，包层8采用二氧化硅，导波层7采用非晶硅；所述生长方法，可以使用成熟的PECVD技术，即等离子体增强化学气相沉积法。
[0036]如图1所示，传输方向为Z方向，纵向材料生长方向为Y方向，横向光的衍射扩散方向为X方向。
[0037]其中，波导层制作有沿Z方向依次排列的输入波导一1、输入波导二2、输入自由传输区3、阵列波导4、输出自由传输区5、输出波导阵列6;
[0038]其中，如图1所示的，输入波导一1、输入波导二2、阵列波导4与输出波导阵列6均为水平截面，即垂直于Y方向的平面呈矩形的长方体;168个阵列波导4的入射端口和出射端口分别等间隔的排列在两个光栅圆弧上，32个输出波导等间隔的排列在一个罗兰圆弧形成输出波导阵列6;各输出波导尺寸为:X方向宽度为3微米，Y方向波导层高度为5微米；
[0039]如图1中所示意的，导波层中，输入波导I和2的右侧输出端面和输入自由传输区3的左侧输入端面相连;输入自由传输区3的右侧输出端面与阵列波导4左侧输入端面相连；阵列波导4的右侧输出端面与输出自由传输区5的左侧输入端面相连;输出自由传输区5的右侧输出端面与输出波导阵列6的左侧输入端面相连；
[0040]如图1插图所示，是实施例1提供的混合光合束-波分解复用器其沿X-Y面的剖视图，其中，衬底9沿Y方向的厚度为320微米?350微米;包层8沿Y方向的厚度为3微米?5微米;导波层7沿Y方向生长厚度为4.7?5.3微米，刻蚀深度为1.8?2.2微米。
[0041]以下结合实施例1的工作原理进一步阐述本发明提供的混合光合束-波分解复用器:
[0042]实施例1提供的混合光合束-波分解复用器，从功能上分为下行通信波分解复用和上行光功率合束，下行工作与普通AWG功能相同，实现密集波分解复用，上行工作实现对特定光波长的合束功能，一个器件集分波和合束两个功能于一身
[0043]光在垂直方向上始终是被由包层8、波导层7和空气所构成的平板波导结构导引；
[0044]下行工作时，输入波导一I接收入射的32个波长的光束，经自由传输区3发生夫琅禾费衍射，在阵列波导4的左侧输入端面得到入射场的衍射远场分布，然后耦合进入阵列波导4中；因阵列波导4端面位于光栅圆上，因此衍射光场以相同的相位到达阵列波导4的左侧输入端面;经阵列波导4传输后，因相邻的第一阵列波导保持有相同的长度差，且第二阵列波导对下行工作几乎没有影响，因而对下行复用的各个波长而言，在阵列波导4输出端，相邻的阵列波导的输出光保持有相同的相位差，对于不同波长的光，此相位差不同；于是，不同波长的光从阵列波导4出射，在输出自由传输区5再次发生夫琅禾费衍射并聚焦到不同的输出波导6位置处;经输出波导6，其每一个输出波导接收并导引一个波长的光，接收被色散开的32个波长的光，实现了 32个波长光的波长分配即下行波分解复用的功能。
[0045]上行工作用于实现合束功能，基于光路可逆原理，以下行分束进行说明；工作时，由两个输入波导二2接收入射的分束波长的光束，在输入自由传输区3发生夫狼禾费衍射，并在阵列波导4的左侧输入端面发生双光束干涉，然后耦合进入阵列波导4的左侧输入端面中；由于满足公式A1 = Iic/ ALo/n/，使得第一阵列波导对分束波长透明，因此第一阵列波导对分束光不产生影响，第二阵列波导长度轮廓呈一个等腰三角形分布，因此类似于一个光学上的棱镜，将光场均分为向上和向下的两束光;这两束光在输出自由传输区5衍射并在输出阵列波导6输入端发生双光束干涉，且整个光场能量集中在比输出波导阵列6范围稍大的一个横向尺寸范围内，通过调整阵列波导间距以及输入波导二的位置来能控制干涉条纹间距、位置与输出波导阵列(6)的间距与位置一致;经输出阵列波导6输出后实现了下行光功率32路分束的功能。
[0046]实施例1里，由波分解复用输入波导I输入的多波长光信号，经过下行解复用后，32个波长中每个波长的光分别经由输出波导阵列6中32个波导输出；由分束输入波导2输入的光信号，经过分束后，光功率被输出波导阵列6均分，每一路波导输出的光功率是入射功率的1/32;输入输出波导均与水平截面为矩形的长方体，X方向宽度为2.8?3.2微米，Y方向厚度为4.7?5.3微米，输出波导之间的间距为16微米。
[0047]输入自由传输区3和输出自由传输区5只在纵向Y方向对光进行限制，在水平面上类似于光在自由空间传播，发生夫琅禾费衍射;与输入/输出波导的接触面为罗兰圆弧，罗兰圆弧直径为15.0?15.1毫米，与阵列波导的接触面为圆弧面(光栅圆)，光栅圆半径为15.0?15.1毫米;X方向最大宽度为6?7毫米，Y方向厚度为4.7?5.3微米。
[0048]阵列波导的设计在本设计中比较关键，如图1插图所示，长度分为两部分，第一部分类似于普通的阵列波导光栅(AWG)，相邻的阵列波导保持有相同的长度差24.7?24.8微米，使之对下行信号进行分波，且对分束波长透明；第二部分阵列波导长度轮廓呈一个等腰三角形分布，相邻的阵列波导之间的长度差为±0.9?0.91微米，因此类似于一个光学上的棱镜，将光场均分为向上和向下的两束光，且对下行分波信号影响很小.阵列波导为水平截面为矩形的长方体，X方向宽度为2.8?3.2微米，Y方向厚度为4.7?5.3微米，阵列波导之间的间距为12微米。
[0049]以下是对实施例1提供的基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器进行分束模拟仿真测试的结果:
[0050]分波信号中心波长为1555.8纳米，共32路，波长间隔为0.8纳米;分束信号波长为1307纳米。使用频域广角光束传输法(FD-WA-BPM)对器件进行仿真测量。
[0051 ]分波性能如图2所示的频谱响应可以看出，3 2个信道的插入损耗大致在2.5?3.7dB之间，边缘通道的插入损耗比中间通道的插入损耗相对要大一些。中间信道的串扰大致在26dB左右，两侧的边缘通道串扰大致在20dB左右。分束性能的输出光场分布如图3所示，插入损耗为2.7dB，非均匀性为1.8dB0
[0052]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于阵列波导光栅的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，包括衬底(9)以及在所述衬底(9)上自下而上依次排列生成的包层(8)和导波层(7); 所述导波层(7)上沿Z方向依次刻蚀有输入波导一(I)、输入波导二(2)、输入自由传输区(3)、阵列波导(4)、输出自由传输区(5)和输出波导阵列(6)，它们厚度相同；其中，所述Y方向是指与衬底垂直的方向，所述Z方向是指沿水平面向右方向，即光传输方向； 所述输入波导一(I)为刻蚀形成在导波层的矩形区域，其右侧与输入自由传输区(3)的左侧相连;输入波导二(2)为刻蚀形成在导波层的矩形区域，在靠近输入自由传输区(3)左上部和左下部各设一个，均与自由传输区(3)相连;输入波导一和输入波导二的作用是将光纤中的光导引入该器件； 所述输入自由传输区(3)在波导层上刻蚀形成，其左侧为向左方外凸的弧形即罗兰圆弧，与输入波导一(I)相连;其右侧为向右外凸弧形即光栅圆弧，其曲率半径是所述罗兰圆弧的两倍，与阵列波导(4)左侧相连，；输入自由传输区(3)的作用是用于光的自由传输，实现夫狼禾费衍射;所述输出自由传输区(5)与输入自由传输区(3)在光传播方向上镜像对称，其右侧罗兰圆弧为输出端，与输出波导阵列(6)的左侧相连;其左侧光栅圆弧与阵列波导(4)相连;输出自由传输区(5)的作用是用于光的自由传输，实现夫琅禾费衍射； 所述阵列波导(4)为波导层上刻蚀形成的一组条形波导，每个条形波导两端为矩形，中间为圆弧状，阵列波导(4)左端为其输入端，其各个条形波导与光栅圆弧相连，并且在连接处等间距排列；阵列波导的右侧为其输出端，其端面各个条形波导与输出自由传输区(5)的左侧输入光栅圆弧相连，并且在连接处等间距排列； 输出波导阵列(6)由波导层上刻蚀形成的一组等间距排列的条形波导组成，用于将输出光耦合到输出的光纤阵列中去;条形波导数量和后面的光纤阵列相同。2.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，用于下行和上行工作时，阵列波导(4)依其各条形波导的长度特征，可等效为第一阵列波导和第二阵列波导，两个阵列波导中相邻条形波导的长度差均满足公式A L = HiAqA1c^Aq是波分解复用的中心波长，ne是λο所对应的等效折射率，m为正整数。3.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，第一波导阵列中，111取值为80-90;第二波导阵列中，m取值为1-3。4.如权利要求2或3所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，当该复用器用于下行工作时，阵列波导(4)的第一阵列波导与普通阵列波导光栅AWG相同，其相邻条形波导的长度差均满足公式A Lo=mWn。，；所述阵列波导⑷的第二阵列波导满足AL1 = HiWn。，也就是说相邻通道的光程差是波长的整数倍，相位差是2π的整数倍，使其对波分解复用不产生影响，即第二阵列波导对下行中心波长透明，且其长度又比第一阵列波导小很多，因此对下行工作几乎不产生影响； 下行工作用于光波分解复用，工作时，输入波导一(I)接收入射的多个波长的光束，经自由传输区(3)发生夫琅禾费衍射，在阵列波导(4)的左侧输入端面得到入射场的衍射远场分布，然后耦合进入阵列波导(4)中；因阵列波导(4)端面位于光栅圆上，因此衍射光场以相同的相位到达阵列波导(4)的左侧输入端面;经阵列波导(4)传输后，因相邻的第一阵列波导保持有相同的长度差，且第二阵列波导对下行工作没有影响，因而对下行复用的各个波长而言，在阵列波导(4)输出端，相邻的阵列波导的输出光保持有相同的相位差，对于不同波长的光，此相位差不同；于是，不同波长的光从阵列波导(4)出射，在输出自由传输区(5)再次发生夫琅禾费衍射并聚焦到不同的输出波导(6)位置处;经输出波导(6)，其每一个输出波导接收并导引一个波长的光，接收被色散开的各个波长的光，实现了多个波长光的波长分配即下行波分解复用的功能。5.如权利要求或3所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，用于上行时，第二阵列波导结构中各条形波导长度不同，靠近中间的条形波导长度最大，向两侧依次减小，长度差别呈等腰三角形状，中部最长，两端最短，相邻波导长度差A L1由公式AL1 = H/ λο/ηο,πι7=1，2，3确定，因此第二阵列波导作用相当于一个三棱镜，能将一束光分为两束后在输出阵列波导(6)输出波导面处形成双光束干涉条纹，条纹间距与输出阵列波导的输入端口排列间距一致，从而实现了光功率分束的功能;此外，上行工作第一阵列波导还需要满足公式A1= Iic7 A Lo/m7 ,m7 = I，2，3;以免第一阵列波导对分束/合束产生影响A1为上行工作波长，ΔLo为第一阵列波导相邻波导长度差，η。'为通过等效折射法求得的第一阵列波导的等效折射率； 上行工作用于实现合束功能，基于光路可逆原理，以下行分束进行说明；工作时，由两个输入波导二 (2)接收入射的分束波长的光束，在输入自由传输区(3)发生夫狼禾费衍射，并在阵列波导(4)的左侧输入端面发生双光束干涉，然后耦合进入阵列波导(4)的左侧输入端面中；由于满足公式A1 = Ilc/ ALoV，使得第一阵列波导对分束波长透明，因此第一阵列波导对分束光不产生影响，第二阵列波导长度轮廓呈一个等腰三角形分布，因此类似于一个光学上的棱镜，将光场均分为向上和向下的两束光;这两束光在输出自由传输区(5)衍射并在输出阵列波导(6)输入端发生双光束干涉，且整个光场能量集中在比输出波导阵列(6)范围稍大的一个横向尺寸范围内，通过调整阵列波导间距以及输入波导二的位置来能控制干涉条纹间距、位置与输出波导阵列(6)的间距与位置一致;经输出阵列波导(6)输出后实现了下行光功率多路分束的功能。6.如权利要求1或2所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，所述η。和n/采用等效折射率法计算得到。7.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，所述衬底为单晶硅;所述包层厚度为3微米?5微米，其材料包括二氧化硅、磷化铟、铟镓砷磷、砷化镓、铝镓砷、氮化镓，铟镓氮或铝镓氮这些可形成平面光波导的介质材料。8.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，所述导波层材料，包括非晶硅、铟镓砷磷、砷化镓、氮化镓、铟镓氮或铝镓氮这些可形成平面光波导的介质材料。9.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，所述输入波导一(I)的尺寸为选取以保证其单模波导工作模式为准。10.如权利要求1所述的混合光合束-波分解复用器，其特征在于，调节干涉光束的偏转角通过控制阵列波导间距实现，进而实现干涉条纹间距的控制；调节输出干涉条纹的位置通过控制输入波导二的位置实现。
【文档编号】G02B6/12GK106019474SQ201610570762
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】李洵, 李春生, 邱新友
【申请人】华中科技大学