專利名稱：用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖接入網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是用于光纖到戶(FTTH)的單纖三向復用器，特別是一種基于平面集成光路技術(shù)(PLC, PlanarLightwave Circuit)的單纖三向復用器。
背景技術(shù)：
隨著光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長足進展，以及IPTV、視頻點播和網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)量的增加，用戶對接入帶寬的需求進一步增加，對光纖接入網(wǎng)絡(luò)要求越來越高，F(xiàn)TTH已經(jīng)成為光纖接入網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)方案，而無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)是FTTH的主流技術(shù)，它可以實現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一。在用于FTTH的PON技術(shù)中，實現(xiàn)光線路終端(OLT)和終端用戶之間通信的核心器件就是單纖三向復用器，研制出滿足通信帶寬要求、低成本、低損耗的單纖三向復用器是應用領(lǐng)域的實際需求，因此具有非常重要的意義。這些實際要求也是制約FTTH技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素。 單纖三向復用器的主要功能，是將OLT輸出的波長1490nm的語音信號和波長1550nm的視頻信號，以及用戶上傳的波長1310nm信號復用進一根光纖，用戶可以通過接收機分別接收1490nm語音信號和波長1550nm視頻信號。目前實際應用的單纖三向復用器基于分立器件技術(shù)，具有不易于封裝、耦合損耗大和成本高等缺點；而利用集成光學技術(shù)的單纖三向復用器，目前多集中于基于多模波導耦合器(匪I)和基于陣列波導光柵(AWG)兩大類，具有耦合損耗低，結(jié)構(gòu)緊湊以及易于大規(guī)模集成的優(yōu)點。其中匪I又具有偏振損耗低、加工容差大等優(yōu)點，但是由于利用傳統(tǒng)的自成像現(xiàn)象和波分復用原理設(shè)計，器件的長度很長、不夠緊湊。與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是采用兩個級聯(lián)的匪I構(gòu)成的單纖三向復用器，參見附圖l，并采用基于弱導條件下額外自成像現(xiàn)象來減小器件的長度(Jong-KyimHong，Sang—Sun Lee，PLX—based novel triplexer with a simple structure foropticaltransceiver module application, IEEE Photonics TechnologyLetters， vol.26， No. 1，卯21-23，2008)，然而這種結(jié)構(gòu)中，匪I的輸出臂、輸入直通臂和輸入耦合臂均為帶彎曲段的波導，而彎曲波導的長度大，加工成本高，導致器件尺寸大、傳輸損耗高的缺點，并且沒有考慮帶寬要求。另外，現(xiàn)階段所有國內(nèi)外研究者更多關(guān)注于單纖三向復用器件核心芯片結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對于單纖三向復用器中的輸入光纖工作狀態(tài)的監(jiān)控還沒有涉及。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的器件尺寸大，傳輸損耗高的缺點，本發(fā)明提供了一種器件尺寸小，傳輸損耗小用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器。 用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機，所述的輸入光纖通過光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；所述的第一發(fā)射機與所述的多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，所述的第二發(fā)射機通過彎曲波導與所述的多模波導耦合器連接，所述的第二、第三光信號由
3所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導包括彎曲段和與所述的輸入耦合臂平行的直線段；
其特征在于所述的輸入耦合臂為直波導，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形成平行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導-彎曲波導耦合區(qū)域，所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號。 所述的第一光信號為波長為1310nm的光波，第二光信號為波長為1550nm的光波，第三光信號為波長為1490nm的光波。 進一步，所述的單纖三向復用器還設(shè)有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊，所述的光分束器的輸出端與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接，所述的接收機的輸入端、第一發(fā)射機的輸出端、第二發(fā)射機的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接。 進一步，所述的彎曲波導采用掩埋型玻璃基波導。所述的波導的芯層折射率為n。
=1.4603，包層折射率~ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為6iimX6iim。 進一步，所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822iim，所述的輸入耦合臂與所述的
直線段的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導_彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。進一步，所述的多模波導耦合器的寬度為18iim，長度為3870iim。 本發(fā)明的有益效果是1、多模波導耦合器的輸入耦合臂采用直波導，相對于傳統(tǒng)
的彎曲波導，其長度短、使器件結(jié)構(gòu)緊湊、降低了光信號的傳輸損耗，且加工簡單，成本低。
2、加入單纖三向復用器的監(jiān)控模塊，實時監(jiān)控OLT和用戶之間的工作光纖以及單纖三向復
用器中光纖與波導之間的連接狀態(tài)，保障通信的通暢。3、玻璃介質(zhì)光波導與光纖之間的耦
合損耗低。


圖1是已有技術(shù)單纖三向復用器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明一種用于光纖到戶的新型平面光波導型單纖三向復用器結(jié)構(gòu)示意圖 圖3(a)是匪I輸入1310nm工作波長時的光束傳輸曲線圖 圖3(b)是匪I輸入1490nm工作波長時的光束傳輸曲線圖 圖3(c)是匪I輸入1550nm工作波長時的光束傳輸曲線圖 圖4(a)是彎曲波導輸入1490nm波長時的光束傳輸曲線圖 圖4(b)是彎曲波導輸入1550nm波長時的光束傳輸曲線圖 圖5是本發(fā)明在波長范圍為1000nm至1800nm時掃描得到的模擬輸出譜
具體實施例方式
參照附圖，進一步說明本發(fā)明 用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖1 ，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機2和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機3，所述的輸入光纖1通過光分束器4與一多模波導耦合器5的輸出臂51連接；所述的多模波導耦合器5的輸入直通臂52將第一光信號傳送至接收機6 ;所述的第一發(fā)射機2與所述的多模波導耦合器5的輸入耦合臂53連接，所述的第二發(fā)射機3通過彎曲波導7與所述的多模波導耦合器5連接，所述的第二、第三光信號由所述的輸出臂51輸出；所述的彎曲波導7包括彎曲段71和與所述的輸入耦合臂53平行的直線段72 ; 所述的輸入耦合臂53為直波導，所述的輸入耦合臂53與所述的直線段72形成平行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂53與所述的彎曲段71形成直波導-彎曲波導耦合區(qū)域，所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號。所述的第一光信號為波長為1310nm的光波，第二光信號為波長為1550nm的光波，第三光信號為波長為1490nm的光波。 第三光信號經(jīng)過直波導-彎曲波導耦合區(qū)域復用后進入輸入耦合臂53，利用弱導條件下多模波導耦合器的額外自成像原理將第二光信號(1550nm光波)和第三光信號(1490nm光波)合波信號耦合進輸出臂51，由輸入光纖將合波信號輸出。
多模波導耦合器的額外自成像原理是指在弱導條件下，由于古漢欣位移導致多模波導耦合器的多模區(qū)域中導模的相位失配，多模波導耦合器形成的額外自成像更容易被觀察到，并且隨著多模波導耦合器器件長度的增加，這種額外自成像的質(zhì)量比多模波導耦合器傳統(tǒng)自成像更好，因此可以利用額外自成像設(shè)計具有波分復用功能的多模波導耦合器波導耦合器。 所述的單纖三向復用器還設(shè)有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊8，所述的光分束器4的輸出端與所述的監(jiān)控模塊8的輸入端連接，所述的接收機6的輸入端、第一發(fā)射機2的輸出端、第二發(fā)射機3的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊8的輸入端連接。 所述的彎曲波導7采用掩埋型玻璃基波導。所述的波導的芯層折射率為n。二
1.4603，包層折射率~ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為6iimX6iim。 所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822 y m，所述的輸入耦合臂與所述的直線段
的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導_彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。 所述的多模波導耦合器5的寬度為18 ii m，長度為3870 y m。 參見附圖5，模擬器件的輸出譜可以發(fā)現(xiàn)1310nm、1490nm和1550nm波長的3dB帶寬分別為160nm、34nm和45nm，滿足ITU規(guī)定的100nm、20nm和20nm的通信要求。1490nm與1550nm之間隔離度為14. 6dB， 1310nm波長與1490nm、 1550nm之間的隔離度最優(yōu)值分別為21.6dB和23. 2dB，而實際傳輸時由于上行信號和下行信號的雙向傳輸隔度完全可以達到ITU規(guī)定的大于45dB要求，因為1310波長對其他兩個端口的串擾是由光纖和波導耦合時端面的回波反射產(chǎn)生的，可以通過改進光纖與波導芯片的耦合封裝增加回波損耗。工作波長1310nm、1490nm和1550nm的耦合損耗(包括與光纖耦合損耗)分別為1. 5dB、0. 5dB和1. 3dB。 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖，發(fā)射第二光信號的第一發(fā)射機和發(fā)射第三光信號的第二發(fā)射機，所述的輸入光纖通過光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；所述的多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；所述的第一發(fā)射機與所述的多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，所述的第二發(fā)射機通過彎曲波導與所述的多模波導耦合器連接，所述的第二、第三光信號由所述的輸出臂輸出；所述的彎曲波導包括彎曲段和與所述的輸入耦合臂平行的直線段；其特征在于所述的輸入耦合臂為直波導，所述的輸入耦合臂與所述的直線段形成平行波導耦合區(qū)域，所述的輸入耦合臂與所述的彎曲段形成直波導-彎曲波導耦合區(qū)域，所述的直波導-彎曲波導耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合所述的第二、第三光信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于所述的單纖三向復用器還設(shè)有能分別獲取各光信號在輸入端的光功率和輸出端的光功率、并以各光信號在有輸入光功率的同時、有相應的輸出光功率為正常工作狀態(tài)的監(jiān)控模塊，所述的光分束器的輸出端與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接，所述的接收機的輸入端、第一發(fā)射機的輸出端、第二發(fā)射機的輸出端分別與所述的監(jiān)控模塊的輸入端連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于所述的彎曲波導采用掩埋型玻璃基波導。所述的波導的芯層折射率為1!。= 1.4603，包層折射率r^ = 1.4582，輸入和輸出的單模波導橫截面為6iimX6iim。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于所述的平行波導耦合區(qū)域的長度為8822iim，所述的輸入耦合臂與所述的直線段的間距為1. 2 ii m ;所述的直波導_彎曲波導耦合區(qū)域的長度為3200 ii m。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，其特征在于所述的多模波導耦合器的寬度為18 y m，長度為3870 y m。
全文摘要
用于光纖到戶的平面光波導型單纖三向復用器，包括輸入第一光信號的輸入光纖，第一發(fā)射機和第二發(fā)射機，輸入光纖通過光分束器與一多模波導耦合器的輸出臂連接；多模波導耦合器的輸入直通臂將第一光信號傳送至接收機；第一發(fā)射機與多模波導耦合器的輸入耦合臂連接，第二發(fā)射機通過彎曲波導與多模波導耦合器連接，第二、第三光信號由輸出臂輸出；彎曲波導包括彎曲段和與輸入耦合臂平行的直線段；輸入耦合臂為直波導，輸入耦合臂與直線段形成平行波導耦合區(qū)域，輸入耦合臂與彎曲段形成直波導-彎曲波導耦合區(qū)域，直波導-彎曲波導耦合區(qū)域采用有限差分光束傳播法耦合第二、第三光信號。本發(fā)明具有器件尺寸小，傳輸損耗小的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/02GK101741475SQ20101010019
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者樂孜純, 張明, 胡勁華 申請人:浙江工業(yè)大學