專利名稱：具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電子學和集成光學技術領域，涉及一種平面光波分路器，具體地說是一種用于高速光通信系統(tǒng)、光信號處理系統(tǒng)、光互聯(lián)網(wǎng)絡、光纖CATV工程中進行光信號功率分配的具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器。
二、技術背景光分路器是在光通信系統(tǒng)、光信號處理系統(tǒng)、光互聯(lián)網(wǎng)絡、光纖CATV工程等應用中將光信號進行耦合、分支、分配的一種光無源器件，按工藝加工的不同，可以分為光纖型和平面光波光路(PLC)型兩種。目前PLC型分路器多在硅、玻璃、石英、聚合物等襯底材料上來實現(xiàn)，且只提供1×N光分路。這種1×N光分路結(jié)構(gòu)的光分路器的缺點是可靠性差，光分路器在構(gòu)成無源光網(wǎng)絡時，一旦輸入通道出現(xiàn)故障，由1×N分路器分出的N個支路的用戶也隨之中斷；此外，若制作PLC選用如硅、玻璃、石英、聚合物等作為襯底材料，難以實現(xiàn)與基于III-V族半導體材料的有源器件集成。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前PLC型1×N分路器在應用中的不足，本發(fā)明的目的是提供了一種具有冗余通道的PLC雙進多出分路器，該分路器在某一輸入通道損壞時，可啟用另一輸入通道。同時從實現(xiàn)光功能集成模塊的需求出發(fā)，額外增加輸入通道勢必導致插入損耗增加，為實現(xiàn)光纖與芯片的高效耦合，輸入通道和輸出通道均用透鏡光纖與芯片直接相連，減少了分立透鏡的使用。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，其特征在于它由輸入光纖、PLC型雙進多出(2×N)分路器模塊、一組N個輸出光纖構(gòu)成；所述輸入光纖包括第一輸入光纖和第二輸入光纖，第一輸入光纖的輸入端口和第二輸入光纖的輸入端口均通過PLC型2×N分路器模塊與一組N個輸出光纖的輸出端口連接，并實現(xiàn)輸入光信號的多路分出。
本發(fā)明中，第一輸入光纖與其輸入端口構(gòu)成第一輸入通道；第二個輸入光纖與其輸入端口構(gòu)成第二輸入通道；正常情況時，只有一個輸入通道在使用，如果正在使用的第一輸入通道出現(xiàn)故障時，備用的第二輸入通道即投入使用。這樣就不會影響光信號的正常傳遞。
為提高光信號的傳遞效率，第一輸入光纖和第二輸入光纖是可以提高輸入通道耦合效率的錐形或楔形等特種透鏡光纖。一組N個輸出光纖是可以提高輸出通道耦合效率的透鏡光纖或標準單模光纖(SMF)。
錐形透鏡光纖對SMF的高斯光束實現(xiàn)了會聚，將光斑模場直徑壓縮為4～5μm，相對于SMF提高了與PLC的耦合效率，但圓形光斑和PLC的橢圓模斑仍存在著部分失配，而且其尖錐形端部在與芯片的對準調(diào)節(jié)過程中容易損傷PLC波導端面。楔形透鏡光纖是將標準單模光纖用光學研磨的方法加工成一定角度的楔形，再將端面制成微小尺寸柱面透鏡獲得的。它可以輸出橢圓光斑，改善聚光效果，將光場高效耦合入PLC波導芯層，最大限度地防止由光場進入波導芯層以外而導致的漏光現(xiàn)象。
本發(fā)明中，通過輸入透鏡光纖高效地激勵PLC芯片，經(jīng)過分叉波導由一組N個輸出光纖接收并輸出。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是具有冗余輸入通道，大大提高了光分路器的可靠性；可以實現(xiàn)與基于各類襯底材料，尤其是III-V族半導體材料的有源/無源器件單片或混合集成；插入損耗小、回波損耗大、方向性好、分光比均勻、結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境穩(wěn)定性良好。
四

圖1是具有冗余通道的雙進多出分路器框2是楔形透鏡光纖與PLC芯片耦合示意3是楔形透鏡光纖出射光場仿真結(jié)果4是錐形透鏡光纖示意5是錐形透鏡光纖出射光場仿真結(jié)果6是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器示意7是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器測試結(jié)果五具體實施方式
實施例1圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。由輸入光纖1、PLC型雙進多出(2×N)分路器模塊2、一組N個輸出光纖3構(gòu)成。其中，輸入光纖1包括第一輸入光纖11和第二輸入光纖12，第一輸入光纖11的輸入端口111和第二輸入光纖12的輸入端口121均通過PLC型雙進多出(2×N)分路器模塊2與一組N個輸出光纖3的輸出端口31連接。
輸入光纖1和一組N個輸出光纖3與分路器模塊2通過耦合端口4連接。其中，輸出光纖3有N路。光場從輸入光纖1輸入，經(jīng)過輸入光纖1與分路器模塊2的耦合端口4進入PLC分路器模塊2，再經(jīng)由輸出光纖3與分路器模塊2的耦合端口4進入輸出光纖3，實現(xiàn)輸入光信號的多路分出。
圖2是楔形透鏡光纖與PLC芯片耦合示意圖。其中，θ為楔形光纖的楔角、、R為楔形光纖的端面圓柱透鏡曲率半徑、a為SMF纖芯半徑，D為楔形透鏡光纖與PLC芯片間的縱向失配。光纖與PLC芯片有最佳的縱向、橫向、角向失配關系。
圖3是楔形透鏡光纖出射光場仿真結(jié)果圖，其傳輸光場為橢圓高斯光束，與PLC芯片本征模場完全匹配。
實施例2圖4是錐形透鏡光纖示意圖。其中，taper為錐形部分，lens為透鏡；ρcl為包層半徑，ρ為芯層半徑，α為芯層半錐角，zl為錐形部分的長度，RL為透鏡曲率半徑。圖5是錐形透鏡光纖出射光場仿真結(jié)果圖。其傳輸光場為壓縮后的圓高斯光束，與PLC芯片本征模場匹配優(yōu)于標準單模光纖。
圖6是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器示意圖。PLC分路器模塊包括一個X分支單元和Y1、Y2兩個Y分支單元。第一輸入光纖11與其輸入端口111構(gòu)成第一輸入通道；第二個輸入光纖12與其輸入端口121構(gòu)成第二輸入通道；一組四個輸出端口31與一組四個輸出光纖3構(gòu)成一組四個輸出通道。
正常情況時，只有第一輸入通道在使用，光場從第一輸入光纖11輸入，經(jīng)過輸入光纖11與分路器模塊2的耦合端口4進入PLC分路器模塊2，再經(jīng)由輸出光纖3與分路器模塊2的耦合端口4進入四個輸出光纖3，實現(xiàn)輸入光信號的四路分出。如果正在使用的第一輸入通道出現(xiàn)故障時，備用的第二輸入通道即投入使用。此時，光場從第二輸入光纖12輸入，經(jīng)過輸入光纖12與分路器模塊2的耦合端口4進入PLC分路器模塊2，再經(jīng)由輸出光纖3與分路器模塊2的耦合端口4進入四個輸出光纖3，實現(xiàn)輸入光信號的四路分出。這樣就不會影響光信號的正常傳遞。
圖7是具有冗余通道的平面光波光路型2×4分路器的測試結(jié)果。1310nm和1550nm EELED光源由輸入通道入射，由四個輸出通道輸出，在輸出端口間實現(xiàn)功率均分。
權(quán)利要求
1.一種具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，其特征在于它由輸入光纖(1)、PLC型雙進多出分路器模塊(2)、一組N個輸出光纖(3)構(gòu)成；所述輸入光纖(1)包括第一輸入光纖(11)和第二輸入光纖(11)，第一輸入光纖(11)的輸入端口(111)和第二輸入光纖(12)的輸入端口(121)均通過PLC型雙進多出分路器模塊(2)與一組N個輸出光纖(3)的輸出端口(31)連接，實現(xiàn)輸入光信號的多路分出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，其特征在于第一輸入光纖(11)與其輸入端口(111)構(gòu)成第一輸入通道；第二個輸入光纖(12)與其輸入端口(121)構(gòu)成第二輸入通道；正在使用的第一輸入通道出現(xiàn)故障時，備用的第二輸入通道即投入使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，其特征在于第一輸入光纖(11)和第二輸入光纖(12)是可以提高輸入通道耦合效率的透鏡光纖；一組N個輸出光纖(3)是可以提高輸出通道耦合效率的透鏡光纖或標準單模光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，其特征在于所述輸入光纖(1)為楔形或錐形透鏡光纖，光場入射透鏡光纖高效地激勵PLC芯片，經(jīng)過分叉波導由一組N個輸出光纖(3)接收并輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有冗余通道的平面光波光路型雙進多出分路器，它由輸入光纖、PLC型雙進多出(2×N)分路器模塊、一組N個輸出光纖構(gòu)成；輸入光纖包括第一輸入光纖和第二輸入光纖，第一輸入光纖的輸入端口和第二輸入光纖的輸入端口均通過PLC型雙進多出(2×N)分路器模塊與一組N個輸出光纖的輸出端口連接，并實現(xiàn)輸入光信號的多路分出。本發(fā)明可靠性好，插入損耗小、回波損耗大、方向性好、分光比均勻，而且應用透鏡光纖作為輸入光纖和輸出光纖提高了輸入通道和輸出通道的耦合效率，易與半導體激光器光源等有源器件和III－V族調(diào)制器/光開關、濾波器等無源器件實現(xiàn)單片集成或混合集成。
文檔編號H04B1/74GK101013921SQ200710019299
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者孫小菡, 劉旭, 肖金標, 蔡純 申請人:東南大學