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耦合分束器及设置方法

2021-02-06 19:21:17

耦合分束器及设置方法

  技术领域

  本发明涉及激光器件领域,尤其是涉及一种耦合分束器及设置方法。

  背景技术

  目前,硅光子集成收发器在降低数据中心光收发器成本的同时,还可以在无源光网络(PON)中用于实现光纤到户(FTTH),其中上行和下行信号分别在不同的波段传输。表面光栅耦合器(GC)可用于将来自光纤的光耦合到硅波导中。与平面内边缘耦合器(EC)相比,表面光栅耦合器可以使用标准CMOS工艺制造,但表面光栅耦合器对波长非常敏感。通常,光栅耦合器的带宽仅在一个波段内小于100nm。

  方向波导(DC)是集成光子学最重要的基本原件之一,由于其设计的灵活性与工艺的简便性被广泛用于集成器件的设计。基于方向波导的偏振光分束器(PBS)是方向波导的热门应用之一,直波导、弯曲波导、槽型波导以及亚波长光栅结构波导等结构通过改变波导的有效折射率能实现特定波长、特定偏振光的耦合。而现有的偏振光分束器在实现光偏振分束过程中,由于波导之间有效折射率差异过大,导致TM偏振光的耦合效率降低。

  发明内容

  本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种耦合分束器,能使双波长双偏振信号中不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输出,以实现信号分束;不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输入,以实现信号合束。

  本发明还提出一种耦合分束器设置方法。

  第一方面,本发明的一个实施例提供了一种耦合分束器,包括:扇型光栅耦合器、定向耦合器;

  所述扇型光栅耦合器与所述定向耦合器耦合连接;

  所述定向耦合器中设有第一波导、第二波导;

  所述第一波导与所述第二波导平行设置;

  所述第二波导与所述扇型光栅耦合器的收窄端口耦合连接。

  本发明实施例的耦合分束器至少具有如下有益效果:通过上述耦合分束器能使双波长双偏振信号中不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输出,以实现信号分束;不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输入,以实现信号合束。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器,所述扇型光栅耦合器包括扇形波导区域和环状光栅区域。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器,所述环状光栅区域上设有均匀的光栅结构。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器,所述第一波导包括第一平行波导、TM输出端口;

  所述第一平行波导上设有槽型区域;

  所述第一平行波与所述TM输出端口耦合连接。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器,所述第二波导包括第二平行波导、TE输出端口;

  所述第二平行波导上设有光栅区域;

  所述第二平行波与所述TE输出端口耦合连接。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器,所述扇型光栅耦合器为波导型二维光栅耦合器。

  第二方面,本发明的一个实施例提供了一种耦合分束器设置方法,包括:

  分别设置一扇型光栅耦合器与一定向耦合器;

  所述扇型光栅耦合器与所述定向耦合器耦合连接;

  所述定向耦合器设有第一波导、第二波导;

  平行设置所述第一波导与所述第二波导;

  使所述第二波导与所述扇型光栅耦合器的收窄端口耦合连接。

  本发明实施例的耦合分束器设置方法至少具有如下有益效果:通过上述耦合分束器能使双波长双偏振信号中不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输出,以实现信号分束;不同的偏振信号分别从第一波导、第二波导输入,以实现信号合束。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器设置方法,所述第一波导包括第一平行波导、TM输出端口;

  所述第一平行波导上设有槽型区域;

  所述第一平行波与所述TM输出端口耦合连接。

  根据本发明的另一些实施例的耦合分束器设置方法,所述扇型光栅耦合器包括扇形波导区域和环状光栅区域;

  所述环状光栅区域上设有均匀的光栅结构。

  附图说明

  图1是本发明实施例中耦合分束器的一具体实施例的结构示意图;

  图2是本发明实施例中扇型光栅耦合器的一具体实施例的结构示意图;

  图3是本发明实施例中定向耦合器的一具体实施例的结构示意图;

  图4本发明实施例一种耦合分束器的具体应用示意图。

  附图标记:10、扇型光栅耦合器;11、环状光栅区域;12、扇形波导区域;20、定向耦合器;21、第一平行波导;22、第二平行波导;23、TM输出端口;24、TE输出端口;31、发射器;32、接收器。

  具体实施方式

  以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。

  在本发明的描述中,如果涉及到方位描述,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征,它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上,也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

  在本发明实施例的描述中,如果涉及到“若干”,其含义是一个以上,如果涉及到“多个”,其含义是两个以上,如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”,均应理解为不包括本数,如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”,均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”,应当理解为用于区分技术特征,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

  参照图1,示出了本发明实施例耦合分束器中结构示意图。如图1所示,一种耦合分束器,包括:扇型光栅耦合器10、定向耦合器20;扇型光栅耦合器10与定向耦合器20耦合连接;定向耦合器中设有第一波导、第二波导;第一波导与第二波导平行设置;第二波导与扇型光栅耦合器10的锥形端口耦合连接。

  扇型光栅耦合器10包括扇形波导区域12和环状光栅区域11。

  环状光栅区域11上设有均匀的光栅结构,光栅结构整体分布形成一环状的二维阵列。扇形波导区域12与环状光栅区域11的折射率不一致。

  第一波导包括第一平行波导21、TM输出端口23;第一平行波导21上设有槽型区域;第一平行波与TM输出端口23耦合连接。

  第二波导包括第二平行波导22、TE输出端口24;第二平行波导22上设有光栅区域;第二平行波与TE输出端口24耦合连接。

  扇型光栅耦合器10为波导型二维光栅耦合器。

  请一并参照图1、图2,结合具体工作原理以对上述耦合分束器进行说明。

  由于扇型光栅耦合器10中光栅结构为亚波长光栅结构,可使扇型光栅耦合器10同时工作在双波段双偏振状态下,且对应不同偏振的双波段的信号均能通过该扇型光栅耦合器10实现光纤到芯片、芯片到光纤的耦合。

  扇型光栅耦合器10中环状光栅区域11的上方设有光纤,以用于输入偏振光或接收偏振光。

  定向耦合器20包上设有TM输出端口23、TE输出端口24及公共端口,其中TM输出端口23设置于第一波导的第一端;TE输出端口24设置于第二波导的第一端;公共端口设置于第二波导的第二端;第一波导的第二端与第二波导平行耦合设置,以使TM偏振光在第一波导、第二波导之间相互传输。

  在对应不同波长的双偏振模式下,波长为的TM偏振光从光纤进入扇型光栅耦合器10后,TM偏振光经由定向耦合器20的第二波导的公共端口进行第二波导,并耦合传输至第一波导,由TM输出端口23输出。

  波长为的TE偏振光从光纤进入扇型光栅耦合器10后,TE偏振光经由定向耦合器的第二波导的公共端口进行第二波导,并由TE输出端口24输出。

  通过上述方式能实现光纤对光纤输入的不同偏振信号的分束,并多个端口输出。

  由于TE偏振光沿着第一方向D1偏振,TM偏振光沿着第二方向D2偏振,故在第一平行波导21设置槽型结构,以避免TE偏振光由第二波导耦合进入第一波导中,进而保证第一波导中仅对TM偏振光进行传播。通过在第二平行波导22中设置亚波长光栅结构,以降低第一平行波导21的有效折射率,使TE偏振光在第一平行波导21、第二平行波导22中的相位相匹配,进而提高第一平行波导21、第二平行波导22的耦合效率,实现TE偏振光的耦合传输。

  当波长为的TM偏振光从TM输出端口23输入,波长为的TE偏振光从TE输出端口24输入,则TM偏振光经由第一波导耦合至第二波导,并传播至扇型光栅耦合器10中,而TE偏振光经由第二波导直接传输至扇型光栅耦合器10中,以使TM偏振光、TE偏振光实现单端输出。

  参照图2,图2为图1的I部局部放大图。如图2所示,扇型光栅耦合器10包括扇形波导区域12和环状光栅区域11。环状光栅区域11上设有均匀设置的光栅结构,扇形波导区域12末端设有锥形端口,以用于耦合连接扇型光栅耦合器10及第二波导,使偏振光在扇形波导区域12及第二波导之间稳定传输。

  其中,通过调整环状光栅区域11中光栅结构的参数,调整有效折射率差,以使不同波长的不同偏振态均满足相位匹配条件。

  基于光栅相位匹配条件:

  

  由于具有不同传播常数的两种偏振光,应以不同角度或不同波长耦合,故有效折射率差Δneff:

  

  参照图3,图3为图1的II部局部放大图。如图3所示,第一波导的第一平行波导21与第二波导的第二平行波导22相互平行设置,以使偏振光在两者之间相互稳定耦合传输。第一波导的第一平行波导21中设有槽型区域,第二波导的第二平行波导22中设有光栅结构。

  由于TE偏振光沿着第一方向D1偏振,TM偏振光沿着第二方向D2偏振,故在第一平行波导21设置槽型结构,以避免TE偏振光由第二波导耦合进入第一波导中,进而保证第一波导中仅对TM偏振光进行传播。通过在第二平行波导22中设置亚波长光栅结构,以降低第一平行波导21的有效折射率,使TE偏振光在第一平行波导21、第二平行波导22中的相位相匹配,进而提高第一平行波导21、第二平行波导22的耦合效率,实现TE偏振光的耦合传输。

  请参照图4,图4示出了本发明实施例一种耦合分束器的具体应用示意图。

  在光通信信号传播过程中,上行链路和下行链路的工作波段不一致,设备端服务器将信号传输至发射器31,发射器31将信号调制在TM偏振下的1310nm波段输送至上行链路通过偏振耦合器耦合至光纤输出到网络基站。网络基站的下行信号工作在TE偏振下的1490nm波段通过光纤进入光栅耦合器通过下行链路波导传输至接收器32,接收器32接收并解调信号后输送至个人处理器,实现信号的接收过程。

  请再参照图1,本发明实施例还提供一种耦合分束器设置方法,包括:分别设置一扇型光栅耦合器10与一定向耦合器20;扇型光栅耦合器10与定向耦合器20耦合连接;定向耦合器20设有第一波导、第二波导;平行设置第一波导与第二波导;使第二波导与扇型光栅耦合器10的收窄端口耦合连接。

  第一波导包括第一平行波导21、TM输出端口23;第一平行波导21上设有槽型区域;

  第一平行波与TM输出端口23耦合连接。

  第二波导包括第二平行波导22、TE输出端口24;第二平行波导22上设有光栅区域;第二平行波与TE输出端口24耦合连接。

  扇型光栅耦合器10包括扇形波导区域12和环状光栅区域11;环状光栅区域11上设有均匀的光栅结构。该光栅结构为亚波长光栅结构。扇型光栅耦合器10中环状光栅区域11的上方设有光纤,以用于输入偏振光或接收偏振光。

  定向耦合器20包上设有TM输出端口23、TE输出端口24及公共端口,其中TM输出端口23设置于第一波导的第一端;TE输出端口24设置于第二波导的第一端;公共端口设置于第二波导的第二端;第一波导的第二端与第二波导平行耦合设置,以使TM偏振光在第一波导、第二波导之间相互传输。

  在对应不同波长的双偏振模式下,波长为的TM偏振光从光纤进入扇型光栅耦合器10后,TM偏振光经由定向耦合器20的第二波导的公共端口进行第二波导,并耦合传输至第一波导,由TM输出端口23输出。

  波长为的TE偏振光从光纤进入扇型光栅耦合器10后,TE偏振光经由定向耦合器的第二波导的公共端口进行第二波导,并由TE输出端口24输出。

  通过上述方式能实现光纤对光纤输入的不同偏振信号的分束,并多个端口输出。

  由于TE偏振光沿着第一方向D1偏振,TM偏振光沿着第二方向D2偏振,故在第一平行波导21设置槽型结构,以避免TE偏振光由第二波导耦合进入第一波导中,进而保证第一波导中仅对TM偏振光进行传播。通过在第二平行波导22中设置亚波长光栅结构,以降低第一平行波导21的有效折射率,使TE偏振光在第一平行波导21、第二平行波导22中的相位相匹配,进而提高第一平行波导21、第二平行波导22的耦合效率,实现TE偏振光的耦合传输。

  当波长为的TM偏振光从TM输出端口23输入,波长为的TE偏振光从TE输出端口24输入,则TM偏振光经由第一波导耦合至第二波导,并传播至扇型光栅耦合器10中,而TE偏振光经由第二波导直接传输至扇型光栅耦合器10中,以使TM偏振光、TE偏振光实现单端输出。

  上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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