專利名稱：：頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及波分復(fù)用器，尤其涉及一種頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器。
背景技術(shù)：
：除骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)，光纖到戶接入網(wǎng)逐漸成為光通信的重要發(fā)展建設(shè)方向。光纖到戶(FTTH)可向用戶提供極豐富的帶寬，是一種理想的接入模式，是未來光纖通信系統(tǒng)解決"最后一公里"的最好方式，并將成為新一代寬帶網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)志。"十一五"規(guī)劃明確提出"加強(qiáng)寬帶通信網(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)三網(wǎng)融合"。三網(wǎng)融合是用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)代替目前的語音、數(shù)據(jù)和視頻三個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并整合三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能。采用單纖三向傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種綜合業(yè)務(wù)的傳輸已經(jīng)逐漸成為光纖到戶技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主流。這對(duì)光器件提出了新的技術(shù)要求并為之開辟了一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域。在光纖到戶接入網(wǎng)系統(tǒng)中，單纖三向復(fù)用器(Triplexer)是一種必需基本元器件。從中央控制單元發(fā)射出兩個(gè)不同波長(zhǎng)(1490nm/1550nm)的光信號(hào)(數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)1490nm、視頻業(yè)務(wù)1550nm)。這兩路信號(hào)經(jīng)由一條光纖發(fā)送到終端后由Triplexer分開，然后分別耦合到一個(gè)數(shù)字信號(hào)接收器(數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)1490nm)和一個(gè)模擬信號(hào)接收器(視頻業(yè)務(wù)1550nm)。同時(shí)將一個(gè)數(shù)字信號(hào)發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)(語音業(yè)務(wù)1310nm)通過Triplexer耦合到同一條光纖反向傳輸至中央控制單元?；陉嚵胁▽?dǎo)光柵(AWG)的Triplexer相對(duì)于其它分立型器件來說，具有集成度高、尺寸小、穩(wěn)定性高、大批量生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)。普通的AWG單纖三重波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次相連的一條輸入波導(dǎo)、輸入平板波導(dǎo)區(qū)、陣列波導(dǎo)區(qū)、輸出平板波導(dǎo)區(qū)和三條輸出波導(dǎo)。光從輸入波導(dǎo)依次通過輸入平板波導(dǎo)區(qū)、陣列波導(dǎo)區(qū)和輸出平板波導(dǎo)區(qū)傳播至輸出波導(dǎo)。三條輸出波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為1310nm,1490nm和1550nm的光信號(hào)輸出。在WDM(波分復(fù)用)系統(tǒng)中，器件的通道帶寬是其重要特性之一。按頻譜響應(yīng)的形狀可以將AWG波分復(fù)用器分為高斯型和平頂型。對(duì)于高斯型AWG波分復(fù)用器，由于它的ldB帶寬較小，外界因素(如工作溫度漂移等)的影響大大限制了器件在系統(tǒng)中的應(yīng)用。相比之下，平頂型AWG波分復(fù)用器的ldB帶寬要大得多，因而具有很多優(yōu)點(diǎn)(l)允許高速調(diào)制；允許激光器的發(fā)射波長(zhǎng)有小量偏移；減小了對(duì)溫度變化的敏感性；減小了對(duì)偏振的敏感性；降低了工藝中折射率控制精度要求等。因此，通過采用頻譜平坦化結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)平頂型AWG波分復(fù)用器是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。已有多種用于AWG波分復(fù)用器頻譜平坦化的方法。例如文獻(xiàn)"FlatchannelpassbandwavelengthmultiplexinganddemultiplexingdevicesbymultipleRowlandcircledesign,"Y.P.Ho,H.LiandY.J.Chen,正EEPhoto.Technol.Lett.,9(3):342-344，1997中提到可以使用雙羅蘭結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)"Multigratingmethodforflattenedspectralresponsewavelengthmulti/demultiplexer，"Rigny,A.，A.BrunoandH.Sik.,Electron.Lett.,33(20):1701-1702，1997中提到可以使用雙光柵結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)"Compactandlow-lossintegratedbox-likepassbandmultiplexer,"C.R.Doerr,L.W,Stulz，andR.Pafchek，正EEPhoto.Technol.Lett"15(7):918-920,2003提出利用馬赫一澤德干涉器(MZI)和AWG級(jí)聯(lián)的方法設(shè)計(jì)MZI自由光譜范圍(FSR)，使之與AWG通道間隔相等。此時(shí)，帶通內(nèi)波長(zhǎng)經(jīng)過MZI后在AWG輸入面上產(chǎn)生不同的預(yù)偏移，從而在輸出面上的成像位置幾乎都處于輸出波導(dǎo)的中心位置，因而帶通內(nèi)波長(zhǎng)的輸出幾乎相同，即實(shí)現(xiàn)了頻譜平坦化。一種直觀簡(jiǎn)便的方法是在輸入/輸出波導(dǎo)處連接特殊的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)。例如在美國(guó)專利C.DragoneandL.Siliver，USpatent.No.5,706,377,Feb/1995提出可以在輸入/輸出波導(dǎo)處連接Y分支；而在文獻(xiàn)"Flatspectralresponsearrayed-waveguidegratingmultiplexerwithparabolicwaveguidehorns,"K.OkamotoandA.Sugita，Electron.Lett.,32(18):1661-1662,1996中提出在輸入波導(dǎo)與輸入平板波導(dǎo)區(qū)之間引入拋物形波導(dǎo)；在文獻(xiàn)"Useofmultimodeinterferencecouplerstobroadenthepassbandofwavelength-dispersiveintegratedWDMfilters,"J.B.D.Soole,etal,IEEEPhoto.Technol.Lett.，8(10):1340-1342，1996中提出在輸入波導(dǎo)與輸入平板波導(dǎo)區(qū)之間引入標(biāo)準(zhǔn)多模干涉耦合器(Multimodeinterferencecoupler,簡(jiǎn)稱MMI)。同樣地，普通AWGTriplexer具有高斯型頻譜響應(yīng)，其ldB帶寬小于lOnm。為了進(jìn)一步降低器件制作和封裝成本(例如取消溫控裝置)，完全有必要采用頻譜平坦化設(shè)計(jì)。和普通AWG波分復(fù)用器不同的是Triplexer的工作波長(zhǎng)范圍非常大(1310nm1550nm，大于240nm)，而普通AWG波分復(fù)用器的工作波長(zhǎng)范圍通常僅為30nm左右。在普通AWG波分復(fù)用器頻譜平坦化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往只需針對(duì)AWG中心通道波長(zhǎng)來設(shè)計(jì)。然而，這種設(shè)計(jì)并不適合于Triplexer的頻譜平坦化。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，以解決普通單纖三重波分復(fù)用器頻譜響應(yīng)為高斯型，通道3dB帶寬小的問題。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器包含依次相連的一條輸入波導(dǎo)，輸入平板波導(dǎo)區(qū)，陣列波導(dǎo)區(qū)，輸出平板波導(dǎo)區(qū)和三條輸出波導(dǎo)，三條輸出波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為1310nm，1490nm和1550nm的光信號(hào)輸出，其特征是在每條輸出波導(dǎo)和輸出平板波導(dǎo)區(qū)之間連接頻譜平坦化結(jié)構(gòu)。上述的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)可以是多模干涉波導(dǎo)、拋物型波導(dǎo)或Y分支。本實(shí)用新型在輸出波導(dǎo)和輸出平板波導(dǎo)區(qū)之間接入頻譜平坦化結(jié)構(gòu)，可以使各通道中心波長(zhǎng)鄰域內(nèi)的波長(zhǎng)都具有幾乎相等的輸出功率，即實(shí)現(xiàn)了頻譜平坦化。本實(shí)用新型的有益效果是1.本實(shí)用新型采用在每條輸出波導(dǎo)和輸出平板波導(dǎo)接入頻譜平坦化結(jié)構(gòu)，工作原理簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)平頂型的單纖三重波分復(fù)用器。2.本實(shí)用新型的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，每個(gè)頻譜平坦化結(jié)構(gòu)的參數(shù)可以針對(duì)各自通道中心波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有很大的設(shè)計(jì)自由度，能夠?qū)γ總€(gè)輸出通道都得到最優(yōu)化的頻譜平坦化效果，可將各個(gè)輸出通道的3dB帶寬都提高到20nm左右，尤其減小了器件對(duì)波長(zhǎng)漂移的敏感性，從而使器件在實(shí)際應(yīng)用中更加可靠，也降低了器件的使用成本。3.本實(shí)用新型的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器和傳統(tǒng)陣列波導(dǎo)光柵制作工藝完全兼容，不需要額外工藝步驟，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。圖1是普通的AWG單纖三重波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)示意圖3是實(shí)施例1的單纖三重波分復(fù)用器各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果圖4是實(shí)施例2的單纖三重波分復(fù)用器各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果圖5是實(shí)施例3中的Y分支頻譜平坦化結(jié)構(gòu)示意圖6是實(shí)施例3的單纖三重波分復(fù)用器各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，包含依次相連的一條輸入波導(dǎo)l，輸入平板波導(dǎo)區(qū)2，陣列波導(dǎo)區(qū)3，輸出平板波導(dǎo)區(qū)4和三條輸出波導(dǎo)5，三條輸出波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為1310nm，1490nm和1550nm的光信號(hào)輸出，在每條輸出波導(dǎo)5和輸出平板波導(dǎo)區(qū)4之間連接頻譜平坦化結(jié)構(gòu)6。本實(shí)用新型中的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)可以是多模干涉波導(dǎo)、拋物型波導(dǎo)或Y分支。通過采用不同參數(shù)的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)，可使得各通道中心波長(zhǎng)鄰域內(nèi)的波長(zhǎng)都具有幾乎相等的輸出功率，實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。實(shí)施例l頻譜平坦化結(jié)構(gòu)為多模干涉(MMI)波導(dǎo)采用的多模干涉(MMI)波導(dǎo)是折射率差為A-0.75。/o的6nmx6^imSi02-on-Si掩埋型光波導(dǎo)，MMI波導(dǎo)的參數(shù)如下第一條輸出波導(dǎo)第二條輸出波導(dǎo)第三條輸出波導(dǎo)中心波長(zhǎng)(nm;)14卯13101550MMI寬度W(|im)13.812.614.4MMI長(zhǎng)度L(pm)150141154圖3為本例基于多模干涉(MMI)波導(dǎo)的頻譜平坦化單纖三重波分復(fù)用器中各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果。圖中，第一、第二、第三條輸出波導(dǎo)頻譜響應(yīng)的3dB帶寬分別為24nm、28nm、30nm。由此可見，采用本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。實(shí)施例2頻譜平坦化結(jié)構(gòu)為拋物型波導(dǎo)拋物型波導(dǎo)形狀由式子給定W=『VT^7I,式中Z為從拋物形波導(dǎo)入口至末端方向的距離，Z為拋物形波導(dǎo)長(zhǎng)度，『為拋物形波導(dǎo)寬度。采用的拋物型波導(dǎo)是折射率差為A-0.75。/。的6pmx6^imSi02-on-Si掩埋型光波導(dǎo)，拋物型波導(dǎo)參數(shù)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖4為本例基于拋物型波導(dǎo)的頻譜平坦化單纖三重波分復(fù)用器中各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果。圖中，第一、第二、第三條輸出波導(dǎo)頻譜響應(yīng)的3dB帶寬分別為36nm、37nm、38nm。由此可見，采用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了頻譜平坦化。實(shí)施例3頻譜平坦化結(jié)構(gòu)為Y分支圖5為所采用的Y分支結(jié)構(gòu)，圖中G為Y分支之間的空隙寬度，L為Y分支之間的空隙長(zhǎng)度，Ltp為錐形波導(dǎo)長(zhǎng)度。Y分支結(jié)構(gòu)中的錐形波導(dǎo)形狀由式子給定w=『7^771。式中Z為從拋物形波導(dǎo)入口至末端方向的距離，丄為錐形波導(dǎo)長(zhǎng)度，『為錐形波導(dǎo)寬度。采用折射率差為A-0.75n/。的6^imx6pmSi02-on-Si掩埋型光波導(dǎo)，則Y分支參數(shù)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>240圖6為本例基于Y分支的頻譜平坦化單纖三重波分復(fù)用器中各條輸出波導(dǎo)的頻譜響應(yīng)模擬結(jié)果。圖中，第一、第二、第三條輸出波導(dǎo)頻譜響應(yīng)的3dB帶寬分別為24nm、24nm、25nm。由此可見，采用本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)頻譜平坦化。上述實(shí)施例用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，包含依次相連的一條輸入波導(dǎo)(1)，輸入平板波導(dǎo)區(qū)(2)，陣列波導(dǎo)區(qū)(3)，輸出平板波導(dǎo)區(qū)(4)和三條輸出波導(dǎo)(5)，三條輸出波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為1310nm，1490nm和1550nm的光信號(hào)輸出，其特征是在每條輸出波導(dǎo)(5)和輸出平板波導(dǎo)區(qū)(4)之間連接頻譜平坦化結(jié)構(gòu)(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，其特征在于所說的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)(6)是多模干涉耦合器。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，其特征在于所說的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)(6)是拋物型波導(dǎo)。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，其特征在于所說的頻譜平坦化結(jié)構(gòu)(6)是Y分支。專利摘要本實(shí)用新型公開的頻譜平坦化的單纖三重波分復(fù)用器，包含依次相連的一條輸入波導(dǎo)，輸入平板波導(dǎo)區(qū)，陣列波導(dǎo)區(qū)，輸出平板波導(dǎo)區(qū)和三條輸出波導(dǎo)，三條輸出波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為1310nm，1490nm和1550nm的光信號(hào)輸出，在每條輸出波導(dǎo)和輸出平板波導(dǎo)區(qū)之間連接頻譜平坦化結(jié)構(gòu)。該頻譜平坦化結(jié)構(gòu)可以是多模干涉波導(dǎo)、拋物型波導(dǎo)或Y分支。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的頻譜平坦化單纖三重波分復(fù)用器，具有很大的設(shè)計(jì)自由度，能夠?qū)γ總€(gè)輸出通道都得到最優(yōu)化的頻譜平坦化效果，有效地增大了各信道頻譜響應(yīng)的3dB帶寬。文檔編號(hào)G02B6/28GK201069475SQ200720113050公開日2008年6月4日申請(qǐng)日期2007年8月10日優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日發(fā)明者戴道鋅,郎婷婷申請(qǐng)人:浙江大學(xué)