專利名稱：具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖接入網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器。
背景技術(shù)：
隨著光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)展，以及IPTV、視頻點(diǎn)播和網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)量的增加，用戶對(duì)接入帶寬的需求進(jìn)一步增加，對(duì)光纖接入網(wǎng)絡(luò)要求越來(lái)越高，光纖到戶技術(shù)(FTTH)已經(jīng)成為光纖接入網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)方案，而無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)是FTTH的主流技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一。在用于FTTH的PON技術(shù)中，實(shí)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(fù)用器，研究出滿足通信帶寬要求、低成本、小型化的單纖三向復(fù)用器是應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求，因此具有非常重要的意義。這些實(shí) 際要求也是制約FTTH技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素。單纖三向復(fù)用器的主要功能，是將OLT輸出的波長(zhǎng)1490nm的語(yǔ)音信號(hào)和波長(zhǎng)1550nm的視頻信號(hào)、以及用戶上傳的波長(zhǎng)1310nm信號(hào)復(fù)用進(jìn)一根光纖，用戶可以通過(guò)接收機(jī)分別接收波長(zhǎng)1490nm的語(yǔ)音信號(hào)和波長(zhǎng)1550nm的視頻信號(hào)，并通過(guò)上傳波導(dǎo)將本地?cái)?shù)據(jù)上傳至0LT。目前實(shí)際應(yīng)用的單纖三向復(fù)用器是由分立器件所構(gòu)成，具有不易于封裝，耦合損耗大和成本高等缺點(diǎn)；而另一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)(PLC)的三向復(fù)用器由于芯層與包層之間的折射率差很小，導(dǎo)致其器件尺寸仍然較大。另外，基于PLC的三向復(fù)用器往往使用多模波導(dǎo)耦合器(MMI)和陣列波導(dǎo)光柵(AWG)相互級(jí)聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)用功能，使得器件的結(jié)構(gòu)不夠緊湊。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，Si和SiO2的高折射差(2. O)為實(shí)現(xiàn)納米光波導(dǎo)和超小尺度的集成光波導(dǎo)器件提供了可能性。并且Si納米線波導(dǎo)的制造工藝與現(xiàn)有電子工業(yè)中使用的CMOS工藝可完全兼容，為低成本，大批量的生產(chǎn)提供了可能性。因此相對(duì)于傳統(tǒng)的三向復(fù)用器，如何提供一種低成本、小尺寸、高集成度的三向復(fù)用器，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊成本低的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其至少包括用于接入第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)的輸入波導(dǎo)；用于接入第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)的上傳波導(dǎo)；第一輸出波導(dǎo)；第二輸出波導(dǎo)；通過(guò)端口分別連接所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)及第二輸出波導(dǎo)的多模波導(dǎo)耦合器，用于分離所述第一波長(zhǎng)信號(hào)及第二波長(zhǎng)信號(hào)，并使兩者分別由第一輸出波導(dǎo)及第二輸出波導(dǎo)輸出，所述多模波導(dǎo)耦合器還具有光子晶體，所述光子晶體能反射所述第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)，并使該光波信號(hào)由輸入波導(dǎo)輸出至OLT。優(yōu)選地,所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、第二輸出波導(dǎo)及多模波導(dǎo)I禹合器均通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成；更為優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)絕緣體上硅的頂層硅刻蝕來(lái)形成。優(yōu)選地，所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、及第二輸出波導(dǎo)均為納米線波導(dǎo)。優(yōu)選地，所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、及第二輸出波導(dǎo)均呈錐形。優(yōu)選地，所述光子晶體通過(guò)對(duì)所述半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成。 優(yōu)選地,所述光子晶體包括SiO2介質(zhì)孔光子晶體。如上所述，本發(fā)明的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，具有以下有益效果將光子晶體嵌入于多模波導(dǎo)耦合器上以實(shí)現(xiàn)三個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用功能，使得器件的結(jié)構(gòu)極其緊湊；基于絕緣體上硅的Si納米線波導(dǎo)加工工藝與CMOS工藝完全兼容，無(wú)需復(fù)雜工藝，加工成本低；基于Si納米線波導(dǎo)，為芯層和包層之間提供了巨大的折射率差，可以極大限度的減小器件的尺寸，大幅度提高集成度。


圖I顯示為本發(fā)明的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器的二維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本發(fā)明的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器的三維結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1單纖復(fù)用器
11輸入波f-
12t傳波導(dǎo)
13第---輸出波導(dǎo)
14第......輸出波誓
15多模波導(dǎo):耦合器 151光子晶體
2絕緣體hSl 21頂屋tt
具體實(shí)施例方式以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請(qǐng)參閱圖I至圖2。須知，本說(shuō)明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的的前提下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容的涵蓋范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。如圖所示，本發(fā)明提供一種具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器。所述單纖三向復(fù)用器I至少包括輸入波導(dǎo)11、上傳波導(dǎo)12、第一輸出波導(dǎo)13、第二輸出波導(dǎo)14以及多模波導(dǎo)率禹合器15。所述輸入波導(dǎo)11用于接入第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)。其中，第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)包括任意波長(zhǎng)的光波信號(hào)，優(yōu)選地，第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)分別為語(yǔ)音信號(hào)及視頻信號(hào)，例如，第一波長(zhǎng)的光波信號(hào)為波長(zhǎng)1490nm的語(yǔ)音信號(hào)；第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)為波長(zhǎng)1550nm的視頻信號(hào)。 所述輸入波導(dǎo)11可通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成，例如，如圖2所示，輸入波導(dǎo)11對(duì)絕緣體上硅2的頂層硅21進(jìn)行刻蝕，形成4個(gè)Si納米線波導(dǎo)，其中左側(cè)的一個(gè)Si納米線波導(dǎo)作為輸入波導(dǎo)11。此外，可進(jìn)一步將作為輸入波導(dǎo)11的Si納米線波導(dǎo)刻蝕成錐形，例如，如圖I所示的錐形，由此來(lái)減小傳輸損耗。所述上傳波導(dǎo)12用于接入第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)。其中，第三波長(zhǎng)信號(hào)包括任意不同于第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)，優(yōu)選地，第三波長(zhǎng)信號(hào)為用戶上傳信號(hào)，例如，為波長(zhǎng)1310nm的光波信號(hào)。所述上傳波導(dǎo)12也可通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成，例如，如圖2所示，左側(cè)的一個(gè)Si納米線波導(dǎo)作為上傳波導(dǎo)12。此外，也可進(jìn)一步將圖2所示的作為上傳波導(dǎo)12的Si納米線波導(dǎo)刻蝕成錐形，例如，如圖I所示的錐形，由此來(lái)減小傳輸損耗。所述第一輸出波導(dǎo)13用于輸出光波信號(hào)，其也可通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成，例如，如圖2所示，右側(cè)的一個(gè)Si納米線波導(dǎo)作為第一輸出波導(dǎo)13。此外，也可進(jìn)一步將圖2所示的作為第一輸出波導(dǎo)13的Si納米線波導(dǎo)刻蝕成錐形，例如，如圖I所示的錐形，由此來(lái)減小傳輸損耗。所述第二輸出波導(dǎo)14用于輸出光波信號(hào)，其也可通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成，例如，如圖2所示，右側(cè)的一個(gè)Si納米線波導(dǎo)作為第二輸出波導(dǎo)14。此外，也可進(jìn)一步將圖2所示的作為第二輸出波導(dǎo)14的Si納米線波導(dǎo)刻蝕成錐形，例如，如圖I所示的錐形，由此來(lái)減小傳輸損耗。所述多模波導(dǎo)耦合器15具有4個(gè)端口(圖中未示出)，該4個(gè)端口分別連接輸入波導(dǎo)11、上傳波導(dǎo)12、第一輸出波導(dǎo)13及第二輸出波導(dǎo)14 ;所述多模波導(dǎo)I禹合器15還具有光子晶體151,如圖I所示。其中，所述光子晶體151包括任何能反射所述第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)，并使該光波信號(hào)由輸入波導(dǎo)輸出的光子晶體，優(yōu)選地，包括但不限于SiO2介質(zhì)孔光子晶體等。所述多模波導(dǎo)耦合器15也可通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成，例如，如圖2所示，其中，所述光子晶體151通過(guò)由頂層硅21刻蝕至SiO2介質(zhì)層來(lái)形成。由圖I可見(jiàn)，該多模波導(dǎo)I禹合器15將輸入波導(dǎo)11接入的波長(zhǎng)1490nm和1550nm的光波信號(hào)分開，并從第一輸出波導(dǎo)13輸出波長(zhǎng)1490nm的光波信號(hào)、從第二輸出波導(dǎo)14輸出波長(zhǎng)1550nm的光波信號(hào)；同時(shí)該多模波導(dǎo)I禹合器15的光子晶體151反射上傳波導(dǎo)12接入的波長(zhǎng)1310nm的光波信號(hào),使波長(zhǎng)1310nm的光波信號(hào)由輸入波導(dǎo)11輸出，同時(shí)不影響輸入波導(dǎo)11傳輸波長(zhǎng)1490nm和1550nm的光波信號(hào)。綜上所述，本發(fā)明的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器采取的是在絕緣體上硅上刻蝕的方法制作而成，Si納米線波導(dǎo)與SiO2基底之間巨大的折射率差將極大限度的減小器件的尺寸，并且基于絕緣體上硅的Si納米線波導(dǎo)加工工藝與CMOS工藝完全兼容，無(wú)需復(fù)雜工藝，加工成本低；此外，將SiO2介質(zhì)孔光子晶體嵌入于多模波導(dǎo)耦合器上以實(shí)現(xiàn)三個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用功能，使得器件的結(jié)構(gòu)極其緊湊。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)，從而具有高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值?！?br> 上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于，所述具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器至少包括 用于接入第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)的輸入波導(dǎo)； 用于接入第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)的上傳波導(dǎo)； 第一輸出波導(dǎo)； 第二輸出波導(dǎo)； 通過(guò)端口分別連接所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)及第二輸出波導(dǎo)的多模波導(dǎo)率禹合器，用于分離所述第一波長(zhǎng)信號(hào)及第二波長(zhǎng)信號(hào)，并使兩者分別由第一輸出波導(dǎo)及第二輸出波導(dǎo)輸出，所述多模波導(dǎo)耦合器還具有光子晶體，所述光子晶體能反射所述第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)，并使該光波信號(hào)由輸入波導(dǎo)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、第二輸出波導(dǎo)及多模波導(dǎo)耦合器均通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、及第二輸出波導(dǎo)均為納米線波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述半導(dǎo)體基底包括絕緣體上硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述光子晶體通過(guò)對(duì)所述半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、及第二輸出波導(dǎo)均呈錐形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于所述光子晶體包括SiO2介質(zhì)孔光子晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器，其特征在于第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)分別為語(yǔ)音信號(hào)及視頻信號(hào)；第三波長(zhǎng)信號(hào)為用戶上傳信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有光子晶體的單纖三向復(fù)用器。該單纖三向復(fù)用器至少包括用于接入第一波長(zhǎng)及第二波長(zhǎng)的光波信號(hào)的輸入波導(dǎo)；用于接入第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)的上傳波導(dǎo)；第一輸出波導(dǎo)；第二輸出波導(dǎo)；及多模波導(dǎo)耦合器；該多模波導(dǎo)耦合器用于分離所述第一波長(zhǎng)信號(hào)及第二波長(zhǎng)信號(hào)，并使兩者分別由第一輸出波導(dǎo)及第二輸出波導(dǎo)輸出；此外，該多模波導(dǎo)耦合器所具有的光子晶體，能反射所述第三波長(zhǎng)的光波信號(hào)，并使該光波信號(hào)由輸入波導(dǎo)輸出。優(yōu)選地，輸入波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)、第一輸出波導(dǎo)、第二輸出波導(dǎo)、多模波導(dǎo)耦合器及光子晶體均通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕來(lái)形成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)緊湊小巧，且制作工藝與CMOS工藝完全兼容，無(wú)需復(fù)雜工藝，加工成本低。
文檔編號(hào)H04J14/02GK102902009SQ201210418418
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者盛振, 凌偉, 甘甫烷, 武愛(ài)民, 王曦, 鄒世昌 申請(qǐng)人:江蘇尚飛光電科技有限公司, 中科院南通光電工程中心, 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所