專利名稱：光學復用器/分解器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學復用器和分解器，尤其適用于濾光器。
濾光器包括幾個輸入和輸出波導以及輸入和輸出波導之間的色散元件，如衍射光柵。可輸入包含多個波長的光，以便與色散元件相互作用，產(chǎn)生與不同輸出波導耦合的各種頻率分量。該配置可以包括位于色散元件任一側(cè)的聚焦元件，如透鏡或反射鏡。相對于頻率分離光束的色散元件可以是波導或蝕刻反射鏡元件陣列。這種濾光器在光學系統(tǒng)中可用作復用器和分解器，用于在波分復用光纖通信系統(tǒng)中組合或分離多個光頻。附圖中的

圖1示出了這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)。
每個色散頻率的通帶寬度和形狀在復用器和分解器部件中很重要。為了防止每個輸出波導通帶寬度上顯著的光強波動，期望通帶以內(nèi)平坦的分布，而不同頻率通道間則保持較低的串擾水平。輸出波導之間分開越寬產(chǎn)生的串擾越低，代價是每個通道的通帶寬度由于要求更高的空間色散而越窄。獲得較平坦分布的一種現(xiàn)有技術(shù)方法是使用圖2現(xiàn)有技術(shù)配置中所示類型的多模干涉耦合器。在這種情況下，將多個波長的光輸入到輸入波導11，該光具有12所示類型的場分布。輸入波導11可以是單模波導，或者如果輸入波導不是單模，則分布12可以表示基模。在耦合器13中，發(fā)生多模干涉，使輸出場分布如14所示。當用于圖1所示的一般配置時，這使得輸出通道中接收到的每個色散頻率具有較平坦的場分布，因此減小每個輸出通道接收到的由于頻率控制容差引起的光強波動。
本發(fā)明的目的是提供可用在光學復用器、分解器和濾光器中以獲得通帶更寬和/或更平坦的改進裝置和方法。
本發(fā)明提供的濾光器包括一光輸入端，具有至少一個波導用于輸入多個光波長；一波長色散裝置，配置成接收來自光輸入端的光；和一光輸出端，具有多個空間分離的波導用于接收來自波長色散裝置的各相應(yīng)光波長帶；光輸出端或光輸入端中的至少一個波導形成漸逝波導耦合器的一部分，該耦合器包括一組并排的耦合波導，使得在所述波導組的外和內(nèi)波導之間發(fā)生光耦合。
較佳的是，該組或每組波導包括三個并排波導。
較佳的是，每組波導的外波導在耦合器遠離色散裝置的端部偏離內(nèi)波導向外彎曲，以此減小耦合器的損耗。
較佳的是，所述漸逝波導耦合器位于所述光輸入端中，內(nèi)波導光耦合到多波長的光源。
較佳的是，該耦合器或每個耦合器的波導具有相互作用長度和間隔，以產(chǎn)生橫跨光路交迭的光強峰值。
較佳的是，在波導組最接近波長色散裝置的端部所述波導組的外波導是錐形的，以此為耦合入耦合器的光提供期望的交迭光強峰值。
較佳的是，波導組的所述內(nèi)波導是單模波導裝置。
較佳的是，聚焦裝置位于光輸入端和波長色散裝置之間。
較佳的是，聚焦裝置位于波長色散裝置和光輸出端之間。
波長色散裝置可以包括色散光柵。
波長色散裝置可以包括色散波導陣列。
光輸出端可以包括一個或多個漸逝耦合器，每個漸逝耦合器包括三個并排的波導，配置三個波導以接收色散輸出的相應(yīng)部分，并在所述三個波導的外和內(nèi)波導之間光耦合。
較佳的是，輸入波導或諸波導至少形成集成芯片器件的一部分。
較佳的是，諸輸出波導至少形成集成芯片器件的一部分。
較佳的是，諸輸入和輸出波導以及波長色散裝置用集成芯片器件形成。
芯片器件可以是硅芯片器件。
本發(fā)明包括復用或分解光信號的方法，通過使多波長的光通過輸入和輸出波導之間的光色散裝置，輸入或輸出波導中的至少一個形成漸逝波導耦合器的一部分，該漸逝耦合器包括一組并排的耦合波導，使得在波導組的外和內(nèi)波導之間發(fā)生光耦合。
較佳的是，波長色散裝置過濾多波長的光，所述方法包括通過光輸入端將光輸入至波長色散裝置，并通過多個空間分離的輸出波導從色散裝置接收光，光輸入影響并排耦合波導組之間的漸逝耦合。
較佳的是，每個輸出提供隨頻率的傳輸變化比高斯分布更平坦。
較佳的是，每個輸出提供隨頻率的傳輸變化比高斯分布更寬。
通過實例并參考附圖描述本發(fā)明的一些實施例，附圖中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的濾光器，圖2示出現(xiàn)有技術(shù)濾光器的輸入端，圖3示出本發(fā)明的一個實施例，圖4示出圖3裝置的放大比例部分，圖5示出根據(jù)本發(fā)明使用的圖4所示部分的另一配置，圖6示出本發(fā)明的另一實施例，和圖7和8示出圖3到6裝置的通帶分布。
圖1和2的現(xiàn)有技術(shù)配置以上已經(jīng)描述。
在圖3的實施例中，提供的濾光器用于在波分復用光纖通信系統(tǒng)中組合或分離多個光頻。濾光器本身作為單個集成芯片器件15形成，在該實例中集成芯片15由帶有多個在芯片上形成的硅肋狀波導的硅以及波長色散裝置16構(gòu)成。在該實例中，色散裝置包括光柵，光柵可用已知的方式由波導陣列形成或者用單個集成芯片15上的蝕刻反射鏡元件形成。肋狀波導形成光輸入端17和光輸出端18。在芯片器件中輸入端17和光柵16之間的位置19處和光柵16和輸出波導18之間的位置20處形成聚焦元件，如透鏡或反射鏡。
使用中，來自多波長源的光通過輸入波導17輸入，并且聚焦元件19使它對準色散光柵16。光柵引起不同頻率通道的空間分布，再由聚焦元件20聚焦到輸出波導18。
在該實例中，輸出波導18包括多個空間分離的并排肋狀波導，波導的數(shù)目對應(yīng)于輸出頻率通道的數(shù)目。為了簡便，示出了三個輸出波導。輸入波導包括形成漸逝耦合器22的一組波導。在該實例中，耦合器包括三個并排的平行波導，中心波導23通向芯片15的邊緣與光纖輸入耦合。同樣輸出波導18也延伸到芯片的邊緣并與對應(yīng)的各個光纖輸出耦合。耦合器22包括兩個外波導24和25，它們沿中心波導23延伸所需的相互作用長度，且在波導之間有所需的間隔，以產(chǎn)生橫跨輸入光路的交迭光強峰值。耦合器22的每個外波導24和25在耦合器遠離光柵元件16的端部偏離中心波導23彎曲，以避免輸入波導中耦合器波導之間發(fā)生相互作用的位置處的顯著反射損耗。
如圖4所示，中心肋狀波導23是單模波導，其場分布橫跨波導，如進入波導23的單個峰值27所示。通過正確地調(diào)節(jié)耦合器22中的相互作用長度和間隔，耦合器22呈現(xiàn)的光場分布如28所示，包括兩個交迭峰值。光柵16將該分布適當?shù)厣⒊煞蛛x的頻率通道，使得進入輸出波導18的每個通帶的場分布具有29處所示進入中間輸出波導18的加寬且更平坦的分布。應(yīng)該理解光柵16引起的空間分布使得每個輸出波導18選擇特定的頻率通帶。輸出波導分開配置以避免頻率通道之間不必要的串擾，而進入每個輸出通道的加寬且更平坦的場分布減小了每個通道中光強變化，光強變化由于系統(tǒng)中可能要求的頻率控制的容差而產(chǎn)生。
圖7和8可以更完整地看出使用本發(fā)明獲得的平頂傳輸分布。圖7示出從圖1裝置得出的正態(tài)高斯傳輸分布35。如36所示，它可以加寬，以傳輸更寬的頻段。所述實施例可使該加寬分布的頂部更平坦，以給出如37所示的頻率傳輸分布。圖8示出該平坦加寬分布38，Y軸是歸一化傳輸，X軸是以GHz表示的頻率。
圖4更詳細地示出了漸逝耦合器22，其中耦合器輸入側(cè)的電場幅度如27所示，雙峰值輸出如28所示。鄰近波導23、24和25中心之間的間隔示為s，相互作用長度示為L。選擇L和s的值，以達到期望的較寬雙峰值分布28。
圖5示出耦合器22的改進形式，其中相同的標號用于類似的部件。在這種情況下，通過使用耦合器22中的錐形波導，加寬雙峰值輸出分布28。對于特定波導間隔s，當適當?shù)叵拗屏瞬▽r，耦合器輸出端處的雙像可包括兩個明顯分離的點。在這種情況下，外波導24和25可以是錐形的，以產(chǎn)生錐形擴展光，其中心偏離波導24和25的中心軸距離y。于是，使用這種錐形波導24和25可產(chǎn)生如圖5所示的交迭雙峰值28。
應(yīng)該理解光通過復用器或分解器的操作是可逆的。由于光的可逆性，實施例可以如圖6所示地配置，其中具有單峰值場分布的光通過肋狀波導30輸入，空間分離的輸出頻率通道被類似于上述耦合器的三個漸逝耦合器22a、22b和22c接收。在這種情況下，光由作用于單個較窄峰值的光柵16加以色散，且配置每個輸出耦合器檢測其輸出通道，該通道橫跨形成每個耦合器的三個波導。由于耦合器中的漸逝耦合，單峰值輸出31、32和33被輸出以連接單個集成芯片34邊緣處的光纖。
應(yīng)該理解上述實例中的漸逝耦合器實現(xiàn)了通路加寬，以獲得期望的通帶寬度。傳輸?shù)今詈掀鞯墓獗粚蝰詈掀鞯闹行牟▽?，而非中心波導兩?cè)的外波導。外波導僅僅通過漸逝耦合與傳輸光的中心波導耦合。耦合器的外波導僅僅連接在硅芯片實施中硅平板區(qū)域的每個端部。
本發(fā)明不限于以上實例的細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種濾光器，其特征在于，它包括一光輸入端，具有至少一個波導用于輸入多個光波長；一波長色散裝置，配置成接收來自光輸入端的光；和一光輸出端，具有多個空間分離的波導用于接收來自波長色散裝置的諸相應(yīng)的光波長帶；光輸出端或光輸入端中的至少一個波導形成漸逝波導耦合器的一部分，該耦合器包括一組并排的耦合波導，使得在所述波導組的外和內(nèi)波導之間發(fā)生光耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，該組或每組波導包括三個并排的波導。
3.如權(quán)利要求2所述的濾光器，其特征在于，每組波導的外波導在耦合器遠離色散裝置的端部偏離內(nèi)波導向外彎曲，以此減小耦合器內(nèi)的損耗。
4.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，所述漸逝波導耦合器位于所述光輸入端中，內(nèi)波導被光耦合到多波長的光源。
5.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，該或每個耦合器的波導具有相互作用長度和間隔，以產(chǎn)生橫跨光路的交迭光強峰值。
6.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，在波導組最接近波長色散裝置的端部所述波導組的外波導是錐形的，以此為耦合入耦合器的光提供期望的交迭光強峰值。
7.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，波導組的所述內(nèi)波導是單模波導裝置。
8.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，聚焦裝置位于光輸入端和波長色散裝置之間。
9.如權(quán)利要求8所述的濾光器，其特征在于，聚焦裝置位于波長色散裝置和光輸出端之間。
10.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，波長色散裝置包括色散光柵。
11.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，波長色散裝置包括色散波導陣列。
12.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，光輸出端包括一個或多個漸逝耦合器，每個漸逝耦合器包括三個并排的波導，配置三個波導以接收色散輸出的各個對應(yīng)部分，并在所述三個波導的外和內(nèi)波導之間光耦合。
13.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，輸入波導或諸波導至少形成集成芯片器件的一部分。
14，如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，輸出波導至少形成集成芯片器件的一部分。
15.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，輸入和輸出波導以及波長色散裝置均作為一個集成芯片器件形成。
16.如權(quán)利要求13-15所述的濾光器，其特征在于，芯片器件是硅芯片器件。
17.如以上任何權(quán)利要求所述的濾光器，其特征在于，光輸出端中的每個波導具有的隨頻率而變化的傳輸通帶比高斯分布更平坦且更寬。
18.一種復用或分解光信號的方法，其特征在于，包括以下步驟使多波長的光通過輸入和輸出波導之間的光色散裝置，輸入或輸出波導中的至少一個形成漸逝波導耦合器的一部分，該漸逝耦合器包括一組并排的耦合波導，使得在波導組的外和內(nèi)波導之間發(fā)生光耦合。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，波長色散裝置過濾多波長的光，所述方法包括通過光輸入端將光輸入波長色散裝置，并通過多個空間分離的輸出波導從色散裝置接收光，光輸入影響并排耦合波導組之間的漸逝耦合。
20.如權(quán)利要求18或19所述的復用或分解光信號的方法，其特征在于，每個輸出端提供隨頻率而變化的傳輸比高斯分布平坦。
21.如權(quán)利要求18-20所述的方法，其特征在于，每個輸出端提供隨頻率而變化的傳輸比高斯分布更寬。
全文摘要
一種濾光器具有至少一個輸入波導；波長色散裝置，接收來自光輸入端的光；以及具有多個空間分離波導的光輸出端，它接收來自波長色散裝置的各個光波長帶；光輸出端或光輸入端中的至少一個波導形成漸逝波導耦合器的一部分，漸逝耦合器包括一組并排的耦合波導。
文檔編號G02B6/12GK1420993SQ00818198
公開日2003年5月28日 申請日期2000年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月7日
發(fā)明者B·J·拉夫 申請人:博克漢姆技術(shù)股份有限公司