用于无源光网络的波长路由器的制造方法
【专利摘要】一种无源阵列式波导光栅AWG路由器，所述AWG路由器可用以针对其波长信道中的一个波长信道实施波长路由器和3-dB功率分裂器的双功能性，同时针对其它波长信道充当常规波长路由器。所述无源AWG路由器可有利地用于例如WDM-PON系统中，以减少正用以将光信号从位于服务提供者的中心局处的光线路终端经由所述无源AWG路由器广播到靠近终端用户定位的多个光网络单元的各种波长信道之间的插入损耗差异。
【专利说明】用于无源光网络的波长路由器
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学通信设备，且更具体来说(但非排他地)涉及无源波长路由器。【背景技术】
[0002]此部分介绍可帮助促进对本发明的较好理解的方面。因此，应按此角度阅读本部分的叙述且不应将其理解为承认何物为现有技术或何物并非现有技术。
[0003]还被称为“第一公里网络”的存取网络将服务提供者的中心局连接到商业和住宅订户。存取网络在文献中有时还被称为订户存取网络或本地环路。存取网络中的带宽需求已经快速增加，例如，这是因为住宅订户期待第一公里存取解决方案提供高带宽且提供丰富媒体服务。类似地，企业用户要求宽带基础结构，所述用户可经由所述基础结构将其局域网可靠地连接到因特网主干。
[0004]无源光网络(PON)为通常可提供比(例如)传统的基于铜的存取网络高得多的带宽的基于光纤的存取网络。在PON中并入波分多路复用(WDM)进一步增加可用带宽。然而，部分归因于WDM-PON的与常规系统相比较高的成本且部分归因于用以支持各种商业上可行的WDM-PON架构的不成熟的装置技术和未充分开发的网络协议和软件，WDM-PON尚未被广泛商业化。
【发明内容】
[0005]本文中揭示无源阵列式波导光栅(AWG)路由器的各种实施例，AWG路由器可用以针对其波长信道中的一个波长信道实施波长路由器和3-dB功率分裂器的双功能性，同时针对其它波长信道充当常规波长路由器。所述无源AWG路由器可有利地用于(例如)WDM-PON系统中以减少正用以将光信号从位于服务提供者的中心局处的光线路终端经由所述无源AWG路由器广播到靠近终端用户定位的多个光网络单元的各种WDM信道之间的插入损耗差异(即，具有最大插入损耗的波长与具有最小插入损耗的波长之间的插入损耗的差)O
[0006]根据一个实施例，提供一种包括无源AWG路由器(例如，210、300)的设备。所述无源AWG路由器包括:(i)第一光学星形耦合器(例如，320)，所述第一耦合器具有耦合到其第一边缘(例如，318)的第一光波导(例如，308)和耦合到其相对第二边缘的光波导(例如，330)的第一横向阵列；和(ii)第二光学星形耦合器(例如，340)，所述第二耦合器具有耦合到其第一边缘的光波导的所述第一横向阵列和耦合到其相对第二边缘(例如，338)的光波导(例如，360)的第二横向阵列。所述无源AWG路由器经配置以将施加到所述第一光波导的第一载波波长路由到所述第二横向阵列的第一光波导(例如，360a)和所述第二横向阵列的第二光波导(例如，360e)两者,所述第二横向阵列的所述第一光波导和所述第二光波导通过定位于所述第二横向阵列中在所述两者之间的至少一个其它光波导(例如，360。)而彼此分离。
[0007]根据另一实施例，提供一种包括无源波长路由器的设备。所述无源波长路由器包括:光栅；第一光学端口，其在所述光栅的第一侧处以光学方式稱合到所述光栅；和第二光学端口的线性阵列，所述第二光学端口在所述光栅的第二侧处以光学方式耦合到所述光栅。所述无源波长路由器经配置以将施加到所述第一光学端口的第一载波波长路由到所述第二光学端口中的第一端口和所述第二光学端口中的第二端口两者，所述第二光学端口中的所述第一光学端口和所述第二光学端口通过定位于所述线性阵列中在所述两者之间的第二光学端口中的至少一个另一光学端口而彼此分离。所述光栅可为(例如)中阶梯光栅或阵列式波导光栅。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明的各种实施例的其它方面、特征和益处将以实例方式从以下详细描述和附图变得更完全显而易见。
[0009]图1展示根据本发明的一个实施例的WDM-PON系统的框图；
[0010]图2展示根据本发明的一个实施例的可用于图1的WDM-PON系统中的平面波导电路的框图；
[0011]图3示意地展示根据本发明的一个实施例的可用于图2的平面波导电路中的AWG路由器的布局；
[0012]图4A-4B以图形说明选择图3的AWG路由器中的波导位置的代表性方法；
[0013]图4C以图形说明根据本发明的一个实施例的选择图3的AWG路由器中的波导位置的方法；
[0014]图5示意地展示根据本发明的一个实施例的可用以实施图3中所展示的无源AWG路由器的对应部分的电路部分的布局；和
[0015]图6以图形说明根据本发明的一个实施例的可能AWG路由器设计。
【具体实施方式】
[0016]常规无源光网络(PON)为点对多点、光纤到户(fiber-to-the-premises)网络架构，其中将不被供电的无源分光器用以使单个光纤能够服务多个订户(通常16-128)。典型PON包含在服务提供者的中心局(CO)处的光线路终端(OLT)和靠近终端用户的多个光网络单元(ONU)。借助于无源分光器，光学载波由ONU共享。下行链路信号经广播到所有0NU。上行链路信号使用多址协议(通常，时分多址(TDMA))来路由。PON有利地减少光纤和中心局设备的量，例如，与点对点架构所需的量相比。然而，常规PON中的ONU的数目受系统的光功率预算限制，所述预算取决于光纤和组件的损耗和无源分光器造成的衰减。因此，PON系统非常需要将信号输送损耗保持为最小。
[0017]在波分多路复用pon(wdm-pon)中，在同一光纤基础结构上使用多个载波波长，借此提供可扩充性。在一个WDM-PON架构中，将多个载波波长用以将ONU布置到若干虚拟PON中。更具体来说，所述虚拟PON中的每一者经配置以使用相应专用载波波长或载波波长的集合，但在其它方面如常规PON —样操作，如上文所指示。其它WDM-PON架构也是可能的。
[0018]图1展示根据本发明的一个实施例的WDM-PON系统100的框图。系统100具有经配置以使用N个载波波长(λ。λ2、…、λΝ)而与多个0NU160通信的0LT110。0LT110包含WDM发射器112和WDM接收器114，所述两者皆经由光学循环器120耦合到光学馈送器光纤124。WDM发射器112经配置以使用N个不同相应载波波长将下行链路信号广播到0NU160的N个群组170rl70N。WDM接收器114经类似配置以从ONU群组HO1-HOn接收上行链路信号。WDM接收器114在图1中说明性地展示为包括(IXN)波长多路分用器(DMUX) 116和N个光学检测器118的阵列。在代表性实施例中，光纤馈送器光纤124具有介于约Ikm与约20km或更长之间的长度。
[0019]光学馈送器光纤124经配置以将0LT110连接到无源波长路由器130。路由器130经设计以基于波长来路由光信号，且在路由器的第一侧具有单个端口 128且在路由器的第二侧具有N个端口 132「132Ν的集合。波长A1在端口 128与端口 132i之间路由；波长入2在端口 128与端口 1322之间路由；波长λ3在端口 128与端口 1323之间路由，等。路由器130针对下行链路信号作为(IXN)波长多路分用器操作且针对上行链路信号作为(NXl)波长多路复用器操作。
[0020]多达N个ONU群组170η中的每一者经由相应(I XK)无源分光器/组合器140而耦合到路由器130的端口 132rl32N的相应端口，其中η = 1，2，...，N。分光器/组合器140针对下行链路信号作为功率分裂器操作且针对上行链路信号作为功率组合器操作。ONU群组170η的多达K个0NU160nk中的每一者耦合到分光器/组合器140n的相应端口(如图1中所指示)且经配置以使用相应载波波长λη操作，其中k= 1,2,-,K0在代表性实施例中，K可在4与128之间。在各种替代实施例中，不同ONU群组170的数目可小于或等于N，且每一 ONU群组170n可独立地具有小于或等于K个不同0NU160。
[0021]在代表性实施例中，每一 0NU160包含光学循环器162、光学发射器164和光学接收器166。光学循环器162经配置以(i)将下行链路信号从对应分裂器/组合器140导引到光学接收器166，且(ii)将上行链路信号从光学发射器164导引到对应分裂器/组合器140。0NU160的光学发射器164和光学接收器166两者经配置以使用相同的对应载波波长操作。举例来说，ONU群组HO1中的光学发射器164中的每一者和光学接收器166中的每一者经配置以使用载波波长X1操作。类似地，ONU群组170,中的光学发射器164中的每一者和光学接收器166中的每一者经配置以使用载波波长λΝ操作，等。光学循环器162的使用防止对应0NU160中的上行链路信号与下行链路信号之间的冲突。时分多路复用的使用(例如，经由合适TDMA协议)防止在WDM接收器114处由同一 ONU群组170的不同0NU160产生的上行链路信号之间的冲突。
[0022]在替代实施例中，每一 ONU群组170可经配置以将不同相应载波波长用于上行链路信号和下行链路信号，其限制条件为:在OLTllO处实施对应配置修改。光学循环器162可接着由(例如)光学通带或二向色滤光片替换。路由器130的特定实施例允许在不要求改变WDM-PON系统100的整体架构的情况下，实现此不对称上行链路/下行链路波长配置。参照图2-6在下文较详细地描述操作和特定启用物理结构的相关原理。在一个实施例中，WDM-PON系统100经配置以操作，使得所有下行链路信号位于靠近1.55 μ m的谱带中，且所有上行链路信号位于靠近1.3μπι的谱带中。为了使此实施例正确操作，具有波长相依性响应的各种相关系统组件(例如，例如，循环或周期性光学滤光片)需要在相对宽的波长范围上维持其功能性。
[0023]图2展示根据本发明的一个实施例的可在系统100中使用的平面波导电路200的框图。更具体来说，图2中所展示的电路200的实施例可用以在对应于N = 4(用于4个波长，但装置具有5个端口:A-E)且K = 6的系统100的实施例中替换路由器130和分裂器/组合器HO1-HCV所属领域的技术人员将理解，电路200的各种其它实施例可用以实施对应于其它N值和/或K值的系统100的各种相应实施例。
[0024]电路200包含全部实施于共用平面衬底202上的无源阵列式波导光栅(AWG)路由器210和五个光功率分裂器/组合器220a-220e。AffG路由器210经说明性地展示为在其第一侧处具有单个端口 208且在其第二侧处具有标记为A-E的五个端口的集合。端口 A和端口 E在其波长路由配置方面相互等效，所述端口中的每一者经配置以处置具有载波波长λ i的信号。更具体来说，如果具有载波波长λ 光信号经施加到端口 208，那么所述信号的所发射光功率的标称上的一半被路由到端口 A且所述信号的所发射光功率的标称上的一半被路由到端口 Ε。因此，对于具有载波波长X1的下行链路光信号而言，AWG路由器210具有波长路由器和3-dB光功率分裂器的双功能性。对于施加到端口 A和端口 E的具有载波波长λ i的上行链路光信号而言，AWG路由器210具有波长路由器和光功率组合器的双功能性。
[0025]端口 A耦合到光功率分裂器/组合器220a。端口 E类似地耦合到光功率分裂器/组合器220e。功率分裂器/组合器22(^和22(^中的每一者为(1X3)光功率分裂器/组合器。因此，对于具有载波波长λ 下行链路光信号而言，电路200执行一对六功率分裂。如果电路200部署于系统100中，那么光功率分裂器/组合器220α的三个外围端口和光功率分裂器/组合器220Ε的三个外围端口可经配置(例如)以将下行链路信号导引到ONU群组HO1的多达六个相应0NU160(参见图1);且从ONU群组HO1的多达六个相应0NU160(参见图1)接收上行链路信号。
[0026]对于具有载波波长λ 2、λ 3和λ 4的光信号而言，AWG路由器210仅具有波长路由器的常规功能性。更具体来说，波长λ2在端口 208与端口 B之间路由；波长λ3在端口 208与端口 C之间路由；且波长λ 4在端口 208与端口 D之间路由。端口 B-D分别耦合到光功率分裂器/组合器220b-220d。光功率分裂器/组合器220b-220d中的每一者为(1X6)光功率分裂器/组合器。因此，对于具有载波波长λ2、入3和λ 4的下行链路光信号而言，电路200对所述波长中的每一者执行一对六功率分裂。如果电路200部署于系统100中，那么光功率分裂器/组合器220b-220d中的每一者的六个外围端口可经配置(例如)以将下行链路信号分别导引到ONU群组1702-1704的多达六个相应0NU160 (图1中未清楚展示)，且从ONU群组1702-1704的多达六个相应0NU160(图1中未清除展示)接收上行链路信号。视系统规范而定，不同光功率分裂器/组合器220可经设计以针对相应波长实施不同的相应分裂比。
[0027]在系统100中使用电路200的各种实施例的代表性益处/优点将根据(例如)参照图4B-4C在下文提供的描述变得更完全显而易见。
[0028]图3示意地展示根据本发明的一个实施例的可用作为AWG路由器210 (图2)的无源AWG路由器300的布局。无源AWG路由器300在其第一侧处具有波导308且在其第二侧处具有五个波导360a-360e。波导360a-360e经布置成平面横向阵列。AWG路由器300中的波导308对应于AWG路由器210中的端口 208。AWG路由器300中的波导360A_360E分别对应于AWG路由器210中的端口 A-E。
[0029]AffG路由器300具有通过波导330的横向阵列连接的两个波导耦合器(有时还被称为星形耦合器、平面区域或厚片)320和340。不同波导330具有不同相应长度，其中所述长度通常从图3的底部向顶部增加。波导308的末端位于星形耦合器320的边缘318处。波导360a-360e的末端位于星形耦合器340的边缘338处。波导360A_360E的末端经放置于的位置是基于本发明概念来选择且不同于代表性现有技术位置。在下文参照图4A-4C提供此放置的解释。
[0030]在一个实施例中，波导308、330和360的核心和耦合器320和340的本体是由相同材料制成，所述材料具有比核心和耦合器周围的包覆材料高的折射率。代表性核心材料为经掺杂氧化硅。
[0031]图4A-4C以图形说明选择AWG路由器300中的波导位置的方法。
[0032]阵列式波导光栅(例如，用以实施AWG路由器300的波导光栅)通常经设计成以相对较高的衍射阶数(例如，约第二十或第三十衍射阶数)操作。如果阵列式波导光栅是针对第m衍射阶数而设计，那么其通常对于若干邻近阶数(例如，第(m-Ι)和第(m+1)衍射阶数)具有相当的衍射效率。对应于不同邻近衍射阶数的光可在空间上重叠。
[0033]图4A以图形展示由在星形耦合器的对应边缘(例如，AWG路由器300中的星形耦合器340的边缘338(参见图3))处的阵列式波导光栅产生的三个代表性分散的光条402-406。图4A中的水平轴线表示沿着星形耦合器的边缘的空间坐标(例如，以图3中针对边缘338的虚线所指示的方式)。为清楚起见，将条402-406展示为相对于彼此垂直偏移。实际上，条402-406将在空间上叠加。条402对应于第(m_l)衍射阶数。条404对应于第m衍射阶数。条406对应于第(m+1)衍射阶数。
[0034]双头箭头410指示光栅的布里渊(Brillouin)区的宽度(Wbz)。此宽度可定义为同一波长的两个实例(但对应于两个邻近衍射阶数)之间的空间偏移(例如，以微米测量)，如图4A中所指示。光栅的自由光谱范围(FSR)可定义为对应于两个邻近衍射阶数的两个空间叠加的波长之间的光谱分离(例如，以Hz或nm为单位)。举例来说，具有通过虚线412在图4A中指示的坐标^的空间位置接收来自第m衍射阶数(或条404)的波长λχ和来自第(m+1)衍射阶数(或条406)的波长λy。以nm为单位表示的FSR值因此为λχ-λy。所属领域的技术人员将理解，以频率单位表示的FSR值可(例如)通过nm到Hz的适当转换而获得。
[0035]现参照图4B和4C，这些图中的每一者中的曲线420展示沿着光栅的星形耦合器的对应边缘(例如，图3中的星形耦合器340的边缘338)测量的光栅的代表性发射特性。请注意，曲线420具有钟形形状。曲线420的中间部分相对平坦。垂直虚线422和424标记曲线420的两个3-dB(50% )衰减点的位置。所属领域的技术人员将理解，虚线422与424之间的距离等于Wbz(如上文参照图4A箭头410定义的光栅的布里渊区的宽度)。
[0036]当AWG设计者选择沿着星形耦合器的边缘的位置以用于放置对应波导末端时，非常重视曲线420的形状。一个原因为，系统规范通常要求光栅的不同波长信道在规定的规则间隔的频率栅格上且不同波长信道之间的插入损耗差异小于规定的相对较小阈值。这两个需求通常被解释为偏好将波导末端放置于曲线420的中间的相对平坦部分内且尽可能远离由虚线422和424指示的布里渊区(BZ)边缘。
[0037]图4B中的垂直条柱430a_430d指示波导末端的一个可能放置，其满足经设计具有等于四个信道间频率间隔的FSR的阵列式波导光栅的上文指示的准则。条柱430a-430d的经填充部分指示根据发射曲线420在相应位置处接收的相对光功率。双头箭头432指示对应于波导末端的此放置的插入损耗差异。请注意，由箭头432指示的插入损耗差异可在由条柱430a-430d表示的整个条柱梳状物稍微向右移动的情况下稍微减小，使得条柱430a和430d变得分别与线422和424等距。
[0038]图4C中的垂直条柱460a_460e指示根据本发明的一个实施例的波导末端的放置。此放置与图4B中所展示的放置的不同之处在于，所述条柱中的两个(B卩，条柱46(^和460e)直接放置于由虚线422和424指示的BZ边缘处。类似于图4B，图4C中的条柱460A_460E的经填充部分指示根据发射曲线420在相应位置处接收的相对光功率。
[0039]位于图4C中的横坐标下的表按衍射阶数列出在对应于条柱460a_460e的位置中的每一者处接收的波长。所列波长经由方程式(I)彼此相关:
[0040]fj = f0+i Δ F(I)
[0041]其中i为整数A为对应于波长λ i的频率A为对应于波长λ ^的频率；且厶F为常数(代表频率间隔)。在一个实施例中，Λ F = IOOGHz。
[0042]对所述表的检验揭示:对应于条柱46(^和46(^的位置皆接收波长λ JP λ 5。更具体来说，对应于条柱46(^的位置接收分别来自第m和第(m+1)衍射阶数的波长λ i和λ 5。对应于条柱46(^的位置接收分别来自第(m-Ι)和第m衍射阶数的波长λ i和λ 5。在波长λ !下由光栅发射的总光功率由条柱46(^和460ε的经填充部分的总和表示，且因而非常接近由条柱460。的经填充部分表示的在波长λ 3下发射的光功率。类似观测适用于波长入5。
[0043]如果将图4C的波导配置用以路由具有载波波长λ r λ 4的信号，那么所得有效插入损耗差异可由箭头462表示，所述箭头考虑到条柱460α和460ε的经填充部分可合计的事实。通过比较箭头432 (图4Β)与箭头462 (图4C)可发现，图4C的波导配置有利地提供比图4Β的波导配置小的插入损耗差异。还值得注意的是，插入损耗差异的此减少是在不将任何额外损耗引入到其它端口中的任一者的情况下实现。除了较小的插入损耗差异之外，图4C的波导配置还提供3-dB分裂器功能性，其可用于平面波导电路200 (图2)和系统100 (图1)中，如上文已指示。
[0044]对图4C中的表的进一步检验揭示:图4C的波导配置使得能够将不同相应波长用于对应于ONU群组170(参见图1)中的每一者的上行链路信号和下行链路信号。举例来说，对于ONU群组HO1，波长A1可用于下行链路信号(如图1中已指示)且波长λ 5可用于上行链路信号。归因于光栅的循环波长响应，相对直接地是表明任何波长Xq= X1+(iXFSR(其中q为整数)将满足用作上行链路信号的载波波长的约束。对于ONU群组1702(图1中未清楚展示)，波长λ 2可用于下行链路信号(如图1中已指示)，且波长入6和/或波长λ_2可用于上行链路信号，等。类似地，任何波长λρ = A2+PXFSR(其中P为整数)将满足用作信道号2的上行链路信号的载波波长的约束。此特性在WDM-PON系统中很重要，在WDM-PON系统中，下游和上游波长被指派给两个不同波长带。此外，在此WDM-PON系统中，无源波长路由器的循环响应显著减小发射器164(图1)中的激光需要具有的调谐范围。事实上，在一个实施例中，每一发射器164可在仅横跨无源波长路由器的一个FSR的总范围上可调谐且仍能够产生被接受载波波长的一者，而不管彼波长的绝对值如何。此特性极大地减小发射器164的复杂性，此促进伴随的成本降低以及功率消耗的减少(后者对WDM-PON应用而言尤其重要)。[0045]图5示意地展示根据本发明的一个实施例的可用以实施无源AWG路由器300 (图3)的对应部分的电路部分500的布局。图3和5中的类似元件具有最后两位数字相同的标签。虚线522和524标记光栅的布里渊区的边界且分别类似于图4C的虚线422和424。边缘538处的波导560a-560e的末端的位置分别对应于图4C中的条柱460A_460E的位置。因此，沿着边缘538连接波导56(^和560e的弧的长度为WBZ。所属领域的技术人员将了解，电路部分500有利地具有在其波长信道之间的相对较小的插入损耗差异，且可用以实施参照图4C在上文所论述的波长路由配置。
[0046]电路部分500的若干其它特征是值得注意的。举例来说，星形耦合器540在边缘538处具有大于光栅的布里渊区的宽度的宽度。与之相对照，代表性现有技术星形耦合器具有可能小于光栅的布里渊区的宽度。后一性质为尽可能接近光栅的发射曲线的中间部分地充填波导的倾向的结果，例如，如已参照图4B在上文指示。
[0047]由规定频率栅格强加的信道间频率间隔Λ F(参见方程式(I))确定边缘538处的邻近波导560之间的空间分离a。具有电路部分500的AWG路由器的上述特性强迫使用波导配置(其中光栅的布里渊区的宽度(Wbz)近似等于4a)。一般而言，如果AWG路由器是针对N个波长信道而设计且与本发明的特定原理一致，那么路由器的波导布局大体上满足方程式⑵:
[0048]Wbz = Na (2)
[0049]与之相对照，归因于对应波导的可能任意定位(例如，如已参照图4B在上文指示)，现有技术波导布局不必满足方程式(2)。
[0050]图6以图形说明根据本发明的一个实施例的可能AWG路由器设计变化。更具体来说，图6中所展示的曲线620为AWG发射曲线，其类似于图4B和图4C中所展示的发射曲线420。虚线622和624标记光栅的布里渊区的边界且分别类似于图4C的虚线422和424。
[0051]一般而言，不同AWG设计产生不同发射曲线。举例来说，颁予科拉多P.德拉贡(Corrado P.Dragone)的共同拥有的第6，873，766号美国专利揭示了以类似于图6中所展示的发射曲线670的扁平发射曲线为特征的AWG设计。此专利以全文引用的方式并入本文中。
[0052]与产生发射曲线620的AWG设计相比,德拉贡(Dragone)的设计的一个有益特征为德拉贡的设计允许实现位于光栅的布里渊区中间的波导的插入损耗差异的减小。然而，对于相同FSR，两个设计具有相同Wbz和BZ边界的相同位置，如虚线622和624所指示。本发明的各种实施例(例如，图4C所例示)可有利地用以有效地将发射曲线670的平坦部分实质上一直延伸到BZ边界。在此意义上，本发明的各种实施例和德拉贡的设计相互补充且可以协同方式有利地实施于同一波导电路中。
[0053]虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述不希望在限制意义上加以理解。
[0054]举例来说，虽然已将电路200 (图2)描述为具有耦合到光功率分裂器/组合器220的AWG路由器210，但其它电路配置也是可能的。举例来说，代替连接到光功率分裂器/组合器220a和220e，AffG路由器210的端口 A和E均可连接到经配置以组合下行链路信号的单个光功率组合器。此配置消除了 AWG路由器210关于下行链路信号的功率分裂器功能性，使得所得电路可作为常规AWG路由器操作，虽然在路由器的不同波长信道之间有利地具有相对较小的插入损耗差异。
[0055]对于合并端口 A和端口 E(图2)的电路的正确实施方案而言，若干额外要点和/或观察值得考虑，所述电路帮助避免在对应组合器中光功率的过度损耗:
[0056](I)如果组成波导为单模波导，那么相干地组合端口 A和端口 E是有益的。此暗示波导配置，其中从位于星形耦合器的边缘处的波导末端到组合器的光学路径具有相同光程。还优选地，对应光信号的相位受适当控制以使得输入光能够有效地耦合到单个输出波导中。
[0057](2)在将组合器实施为2xlY型组合器或对称2x1多模干涉计(MMI)时实现最佳结果，例如，这是因为这些组合器在其相应分支之间不具有固有相位差。与之相对照，2x2光学耦合器的特征在于必须从外部补偿(例如，通过调整两个传入波导的长度差)的90度相位跳跃。然而，归因于材料折射率分散，不同波导长度对应于稍微不同的相位，且因此耦合效率可变为波长相依的。此波长相依性牵连到其中同时使用1.55 μ m和1.3μπι谱带的系统配置。
[0058](3)为了实现宽带操作，波导308最好靠近边缘318(参见图3)的中心定位。例如，因为所得空间对称性实质上迫使波导36(^和360ε的末端处的光学相位相同，故此位置为良好选择。
[0059](4)相位控制在具有合并到单个多模波导中的两个单模波导的组合器配置中可能并不需要。在此配置中，来自单模波导的所有光功率可耦合到多模波导的不同模式中，借此减少可能的耦合损耗。多模波导可足够短以使得波导中的模式分散的不利影响足够小。在一个示范性配置中，多模波导可由光电二极管端接，所述光电二极管可(例如)为对应WDM接收器的一部分。
[0060]虽然已将AWG路由器300 (图3)描述为具有耦合到星形耦合器320的边缘318的单个波导(例如，波导308)，但具有耦合到所述边缘的多个波导的实施例也是可能的。举例来说，可沿着边缘318放置一或多个额外波导以使得所得AWG路由器为循环AWG路由器。图3中在波导308旁的两条虚线指示这些额外波导中的两个波导的可能位置。此外，使用AWG结构的循环路由性质，所得AWG路由器可经配置以将施加到所述额外光波导中的一者的特定载波波长路由到光波导3604和光波导360Ε两者。在一个实施例中，可在边缘338处添加更多波导，例如，分别由图3中所展示的在波导360α和360Ε旁的两条虚线指示。
[0061]虽然本说明书中所描述的各种示范性AWG路由器是针对四个波长信道而设计，但本发明的各种实施例并无此限制。通过使用本文中所揭示的特定发明性方面，所属领域的技术人员将能够设计用于实质上任何所要数目个波长信道的AWG路由器。
[0062]虽然已参考AWG路由器描述了各种实施例，但本发明的原理还可适用于中阶梯光栅。更具体来说，代替在发射中使用阵列式波导光栅，中阶梯光栅在反射中使用经蚀刻阶梯状光栅。所属领域的技术人员将理解，上文参考AWG路由器所描述的输入端口和输出端口的定位类似地可适用于中阶梯类型路由器。类似于AWG路由器，中阶梯类型路由器可集成于娃石材料平台上。
[0063]在各种替代实施例中，还可使用替代材料平台，例如硅、II1-V半导体材料和聚合物材料。
[0064]对所属领域的技术人员而言显而易见的所描述实施例的各种修改以及本发明的其它实施例被认为处于如随附权利要求书中所表示的本发明的原理和范围内。
[0065]除非另外清楚说明，否则每一数值和范围应解释为近似的，就好像在值或范围的值前面有词“约”或“近似” 一样。
[0066]将进一步理解，在不脱离如随附权利要求书所表示的本发明的范围的情况下，可由所属领域的技术人员进行已被描述并说明以便解释本发明的性质的零件的细节、材料和布置的各种变化。
[0067]虽然随附方法权利要求中的要素(如果存在)是以具有对应标记的特定顺序陈述，但除非权利要求的陈述另外暗示用于实施所述要素中的一些或全部的特定顺序，否则未必希望将所述要素限于以所述特定顺序来实施。
[0068]本文中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性可包含于本发明的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各处的出现未必全部指同一实施例，也非必定与其它实施例相互排斥的单独或替代实施例。相同意义适用于术语“实施方案”。
[0069]遍及详细描述，未按比例绘制的图式仅为说明性的且被用以解释本发明而非限制本发明。例如高度、长度、宽度、顶部、底部的术语的使用严格地用以促进对本发明的描述且不希望将本发明限于特定定向。举例来说，高度不仅暗示垂直升高限制，而且用以识别如图中所示的三维结构的三个维度之一。此“高度”在电极为水平的情况下将为垂直的，但在电极为垂直的情况下将为水平的，诸如此类。
[0070]还为了此描述目的，术语“耦合”、“连接”指此项技术中已知的或稍后将开发的借以允许能量在两个或两个以上元件之间转移的任何方式，且预期一或多个额外元件的插入，虽然并不作要求。相反地，术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示不存在这些额外元件。
[0071]本发明可体现于其它特定设备和/或方法中。所描述实施例应在各个方面被视为仅说明性的而非限制性的。明确地说，本发明的范围由附加的权利要求书而非由本文中的描述和图来指示。在权利要求书的等效物的意义和范围内的所有变化将包括于权利要求书的范围内。
[0072]描述和图式仅说明本发明的原理。因此将了解，所属领域的技术人员将能够设计体现本发明的原理且包含于本发明的精神和范围内的各种布置，虽然所述布置未于本文中清楚描述或展示。此外，本文中所陈述的所有实例清楚地主要希望仅用于辅助读者理解
【发明者】贡献以增进此项技术的本发明的原理和概念的教育目的，且应解释为不限于此特别陈述的实例和条件。此外，本文中陈述本发明的原理、方面和实施例以及其特定实例的所有叙述既定涵盖其等效物。
[0073]在权利要求书中使用图号和/或图参考标记既定识别所主张标的物的一或多个可能实施例以便促进对权利要求书的解释。此使用不应被解释为必定将所述权利要求的范围限于对应图中所展示的实施例。
【权利要求】
1.一种设备，其包括无源阵列式波导光栅AWG路由器(例如，210、300)，所述AWG路由器包括: 第一光学星形耦合器(例如，320)，所述第一耦合器具有耦合到其第一边缘(例如，318)的第一光波导(例如，308)和耦合到其相对第二边缘的光波导(例如，330)的第一横向阵列；和 第二光学星形耦合器(例如，340)，所述第二耦合器具有耦合到其第一边缘的光波导的所述第一横向阵列和耦合到其相对第二边缘(例如，338)的光波导(例如，360)的第二横向阵列；且 其中所述无源AWG路由器经配置以将施加到所述第一光波导的第一载波波长路由到所述第二横向阵列的第一光波导(例如，360a)和所述第二横向阵列的第二光波导(例如，360e)两者,所述第二横向阵列的所述第一和第二光波导通过定位于所述第二横向阵列中在所述两者之间的至少一个其它光波导(例如，360。)而彼此分离。
2.根据权利要求1所述的设备，其中: 所述第二横向阵列的所述第一和第二光波导彼此分离达标称等于所述无源AWG路由器的布里渊区宽度的距离，所述距离是沿着所述第二光学星形耦合器的所述第二边缘测量；且 所述第二横向阵列的所述第一和第二光波导与所述第一边缘的中心等距。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二横向阵列的所述第一和第二光波导通过在所述第二横向阵列中定位于所述两者之间的多个规则间隔的光波导(例如，560b-560d)而彼此分离。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二横向阵列包括定位于所述第二横向阵列中在由所述第一和第二光波导限界的扇区外的一或多个光波导。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二光学星形耦合器的所述第二边缘具有大于所述无源AWG路由器的所述布里渊区宽度的长度。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述无源AWG路由器经进一步配置以将施加到所述第一光波导的第二载波波长路由到所述第二横向阵列的所述第一光波导和所述第二横向阵列的所述第二光波导两者，所述第二载波波长与所述第一载波波长偏移达所述无源AffG路由器的以波长单位表示的自由光谱范围。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括多个光功率分裂器(例如，220)，每一分裂器耦合到所述第二横向阵列的所述光波导的相应光波导且经配置以将从所述相应光波导接收的光功率分裂成若干部分且沿着不同相应传播路径导引所述分裂部分。
8.根据权利要求7所述的设备，其中: 所述无源AWG路由器进一步包括具有平坦表面的衬底(例如，202)，其中所述第一光学星形耦合器、所述第二光学星形耦合器和所述多个光功率分裂器实施于所述衬底上；且 所述多个光功率分裂器包括: 第一光功率分裂器(例如，220A)，其耦合到所述第二横向阵列的所述第一光波导且经配置以将从所述第一光波导接收的所述光功率分裂成k个分裂部分，其中k为大于I的正整数； 第二光功率分裂器(例如，220E)，其耦合到所述第二横向阵列的所述第二光波导且经配置以将从所述第二光波导接收的所述光功率分裂成k个分裂部分；和 至少第三光功率分裂器(例如，220。)，其耦合到所述第二横向阵列的所述另一光波导且经配置以将从所述另一光波导接收的所述光功率分裂成2k个分裂部分。
9.根据权利要求8所述的设备，其进一步包括: 光网络单元的第一群组(例如，HO1)，每一光网络单元耦合到所述第一光功率分裂器或所述第二光功率分裂器； 光网络单元的第二群组(例如，170N)，每一光网络单元耦合到所述第三光功率分裂器；和 光线路终端(例如，110)，其耦合到耦合到所述第一光学星形耦合器的所述第一边缘的所述第一光波导(例如，208)且经配置以: 经由所述无源AWG路由器将具 有所述第一载波波长的光信号广播到光网络单元的所述第一群组 '及 经由所述无源AWG路由器将具有第二载波波长的光信号广播到光网络单元的所述第二群组。
10.根据权利要求1所述的设备，其中: 所述第一光学星形耦合器进一步具有耦合到其所述第一边缘的第二光波导；且所述无源AWG路由器经进一步配置以将施加到所述第二光波导的第二载波波长路由到所述第二横向阵列的所述第一光波导和所述第二横向阵列的所述第二光波导两者。
【文档编号】H04J14/02GK103930811SQ201280055161
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2011年11月10日
【发明者】彼得罗·A·G·贝尔纳斯科尼, 戴维·T·尼尔森 申请人:阿尔卡特朗讯