CN220584437U - 一种1×3n的等比例光分路器芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种1×3N的等比例光分路器芯片，包括：输入波导、1分2的不等比例分光结构、1×2N的等比例光分路器单元和1×N的等比例光分路器单元；N＝2k，k为自然数；所述输入波导连接所述1分2的不等比例分光结构的输入端；所述1分2的不等比例分光结构的第一输出端和所述1×2N的等比例光分路器单元的输入端连接；所述1分2的不等比例分光结构的第二输出端和所述1×N的等比例光分路器单元的输入端连接。本实用新型具有良好的端口插损均匀性和波长间插损均匀性，以及较大的工艺容差。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种1×3N的等比例光分路器芯片。
背景技术
1×3N的等比例光分路器芯片是一种能够将工作在1260nm到1650nm范围内的输入光均匀的分配到3N个输出端的光波导芯片，是无源光网络中非常重要的功率分配器件之一。分路器芯片的主要指标在于***损耗、偏振相关损耗、端口插损均匀性和波长间插损均匀性。常用的光分路器按原理可以分为FBT(融合双锥锥度分路器)和PLC(平面光波导线路)分路器。FBT分路器是从光纤侧面将多跟光纤焊接在一起，它具有价格低廉和分光比可以定制等优点，但其工作波长受限，通道可扩展性较差，并且具有高的温度相关性。PLC光分路器是基于平面光波导制作技术，包含基板、波导芯层和上包层，它具有较好的通道扩展性、小尺寸、在宽波长范围内具有良好的均匀分光特性、并且具有低故障率等优点。
目前，当通道数大于8时，市面上的光分路器芯片均是基于PLC技术的，常用的光分路器芯片通道数一般是2的指数个，即2i(i是大于0的整数)个。但在某些情况下，却需求通道数为3N(N是大于0的整数)个的等比例光分路器芯片。常规的1×3N的等比例光分路器芯片大多基于一个等比例分光的1×3分光结构和3个1×N的等比例光分路器单元。这种结构布局虽然具有尺寸更紧凑的优点，但等比例分光的1×3分光结构却在1260-1650nm的波长范围内具有较差的分光比，造成1×3N光分路器芯片的端口插损均匀性和波长间的插损均匀性、一致性均较差，并且具有较小的工艺容忍度。
基于此，开发出一种在1260-1650nm的波长范围内具有良好的端口插损均匀性和波长间插损均匀性以及较大的工艺容差的1×3N光分路器芯片将十分重要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种1×3N的等比例光分路器芯片，具有良好的端口插损均匀性和波长间插损均匀性，以及较大的工艺容差。
实现上述目的的技术方案是：
一种1×3N的等比例光分路器芯片，包括：输入波导、1分2的不等比例分光结构、1×2N的等比例光分路器单元和1×N的等比例光分路器单元；N＝2k，k为自然数；
所述输入波导连接所述1分2的不等比例分光结构的输入端；
所述1分2的不等比例分光结构的第一输出端和所述1×2N的等比例光分路器单元的输入端连接；
所述1分2的不等比例分光结构的第二输出端和所述1×N的等比例光分路器单元的输入端连接。
优选的，所述1分2的不等比例分光结构的第一输出端和第二输出端之间的能量比为2比1。
优选的，所述1×2N的等比例光分路器单元包含2N-1个1分2的等比例分光结构；所述1×N的等比例光分路器单元包含N-1个1分2的等比例分光结构。
优选的，所述1分2的等比例分光结构、1分2的不等比例分光结构均采用分振幅的形式将能量分配到对应的两个输出。
优选的，所述1分2的等比例分光结构由依次连接的第二绝热型波导宽度展宽结构和2个输出波导组成，其中，2个输出波导的宽度选取满足分得的能量比为1比1的要求。
优选的，所述1分2的不等比例分光结构由依次连接的第一绝热型波导宽度展宽结构和2个输出波导组成，其中，2个输出波导的宽度选取满足分得的能量比为2比1的要求。
优选的，第二绝热型波导宽度展宽结构将波导基模模场缓慢且无能量损失的展宽到所需波导宽度的基模模场。
优选的，第一绝热型波导宽度展宽结构将波导基模模场缓慢且无能量损失的展宽到所需波导宽度的基模模场。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型利用一个1分2的不等比例分光结构来巧妙的实现1×3N的等比例光分路器芯片，具有良好的端口插损均匀性和波长间插损均匀性，以及较大的工艺容差，能够满足光网络链路中1×3N的等比例光分路器芯片对高插损均匀性的要求，大大提高芯片的生产良率。
附图说明
图1是本实用新型的1×3N的等比例光分路器芯片的结构示意图；
图2是1分2的不等比例分光结构的一种实施结构图；
图3是图2所示1分2的不等比例分光结构的波导中的模场振幅传输示意；
图4是1分2的等比例分光结构的一种实施结构图；
图5是图4中1分2的等比例分光结构的波导中的模场振幅传输示意；
图6是图2和图4中绝热型波导宽度展宽结构的一个实施举例；
图7是基于图2所示结构所设计的1分2的不等比例分光结构的仿真图，绝热型波导宽度展宽结构采用线性展宽，即n＝1；
图8是基于图4所示结构所设计的1分2的等比例分光结构的仿真图，绝热型波导宽度展宽结构采用线性展宽，即n＝1；
图9是利用图1所示的本发明结构设计的一个1×6的等比例光分路器芯片举例；
图10是利用图1所示的本发明结构设计的一个1×24的等比例光分路器芯片举例。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
请参阅图1，本实用新型的1×3N的等比例光分路器芯片，包括：输入波导1、1分2的不等比例分光结构2、1×2N的等比例光分路器单元5和1×N的等比例光分路器单元6，其中，N＝2k，k为自然数。
输入波导1连接1分2的不等比例分光结构2的输入端；1分2的不等比例分光结构2具有第一输出端3和第二输出端4。其中，
1分2的不等比例分光结构2的第一输出端3和1×2N的等比例光分路器单元5的输入端连接。1分2的不等比例分光结构2的第二输出端4和1×N的等比例光分路器单元6的输入端连接。
如图1所示，1×2N的等比例光分路器单元5包含2N-1个1分2的等比例分光结构7；1×N的等比例光分路器单元6包含N-1个1分2的等比例分光结构7。
在本实施例中，1分2的不等比例分光结构的第一输出端3和第二输出端4之间的能量比为2比1。
如图2所示，给出了关于1分2的不等比例分光结构2的一个具体实施举例，本实施例中，1分2的不等比例分光结构2采用第一绝热型波导宽度展宽结构8。将来自于输入波导1的光经过第一绝热型波导宽度展宽结构8后分配到输出波导A31(即1分2的不等比例分光结构2的第一输出端3的输出)和输出波导B41(即1分2的不等比例分光结构2的第二输出端4的输出)。此处光能量的分配是通过分模场振幅的形式进行，即输入波导1中的模场振幅100经过第一绝热型展宽结构8展宽后的模场振幅800分配到输出波导A31中的模场振幅300和输出波导B41中的模场振幅400，如图3所示。输出波导A31的宽度为WA，输出波导B41的宽度为WB，输出波导A31和输出波导B41之间的空隙9的宽度为GAB。在GAB取某一个定值的情况下，通过调整输出波导A31的宽度WA和输出波导B41的宽度WB可以改变1分2的不等比例分光结构2分配到第一输出端3的输出和第二输出端4的输出中的模场振幅大小，即能量大小。Gab的选取主要考虑工艺的要求。根据本实用新型的方案，1分2的不等比例分光结构2的第一输出端3的输出和第二输出端4的输出之间的能量比应为2比1。图7给出了在波导折射率差为0.42％，波导厚度为6.8μm，GAB＝1.4μm，WA＝6.8μm，WB＝5.2μm时，在1250nm到1650nm的波长范围内输出波导A31和输出波导B41中的仿真能量分布图，可以看出在1250nm到1650nm的波长范围内输出波导A31和输出波导B41中的能量比为2比1。
如图4所示，给出了1分2的等比例分光结构7的一个具体实施举例，本实施例中，1分2的等比例分光结构7采用第二绝热型波导宽度展宽结构11。输入光从波导10进入第二绝热型波导宽度展宽结构11后被分配到输出波导C12和输出波导D14，输出波导C12和输出波导D14的宽度均为W0，输出波导C12和输出波导D14之间的空隙为13，空隙13的大小为G0。与图2所示的1分2的不等比例分光结构2一样，此处光能量的分配也是通过分模场振幅的形式进行，即波导10中的模场振幅1000经过第二绝热型波导宽度展宽结构11展宽后的模场振幅1100分配到输出波导C12中的模场振幅1200和输出波导D14中的模场振幅1400，如图5所示。根据本实用新型的方案，1分2的等比例分光结构7的输出波导12和14之间的能量比应为1比1，结合分模场振幅原理，故输出波导12和14具有相同的波导宽度。图8给出了在波导折射率差为0.42％，G0＝1.4μm，W0＝6.8μm时，在1250nm到1650nm的波长范围内输出波导C12和输出波导D14中的仿真能量分布图，可以看出在1250nm到1650nm的波长范围内输出波导C12和输出波导D14中的能量比近似为1比1。
图6是图2和图4中第一绝热型波导宽度展宽结构8或第二绝热型波导宽度展宽结构11的一个实施举例，它负责将波导基模模场缓慢且无能量损失的展宽到所需波导宽度的波导基模模场。为：
n是正整数，0≤x≤L
其中，通过调整波导展宽函数中的正整数n和波导宽度展宽结构的长度L来实现将宽度为W1的波导基模模场缓慢且无能量损耗的过渡到宽度为W2的波导基模模场。另外，该波导宽度展宽结构还可以是指数型、多项式型等，但主要功能是将波导基模模场无能量损失的展宽到所需波导宽度的基模模场。
图9是利用图1所示的结构设计的当N＝2时一个1×6的等比例光分路器芯片，可以看出，1分2的不等比例分光结构2的第一输出端3所对应的输出波导个数是4，1分2的不等比例分光结构2的第二输出端4所对应的输出波导个数是2。
图10是利用图1所示的结构设计的当N＝8时一个1×24的等比例光分路器芯片，可以看出，1分2的不等比例分光结构2的第一输出端3所对应的输出波导个数是16，1分2的不等比例分光结构2的第二输出端4所对应的输出波导个数是8。
此外，本实用新型中1分2的不等比例分光结构以及1分2的等比例分光结构可以是利用其他结构来实现，比如多模干涉耦合器、方向耦合器等，但无论怎样，对于1分2的不等比例分光结构其分光比为2比1，对于1分2的等比例分光结构其分光比为1比1，他们的变体结构都属于本实用新型的范畴。
以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，包括：输入波导、1分2的不等比例分光结构、1×2N的等比例光分路器单元和1×N的等比例光分路器单元；N＝2k，k为自然数；
所述输入波导连接所述1分2的不等比例分光结构的输入端；
所述1分2的不等比例分光结构的第一输出端和所述1×2N的等比例光分路器单元的输入端连接；
所述1分2的不等比例分光结构的第二输出端和所述1×N的等比例光分路器单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，所述1分2的不等比例分光结构的第一输出端和第二输出端之间的能量比为2比1。
3.根据权利要求1所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，所述1×2N的等比例光分路器单元包含2N-1个1分2的等比例分光结构；所述1×N的等比例光分路器单元包含N-1个1分2的等比例分光结构。
4.根据权利要求3所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，所述1分2的等比例分光结构、1分2的不等比例分光结构均采用分振幅的形式将能量分配到对应的两个输出。
5.根据权利要求3所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，所述1分2的等比例分光结构由依次连接的第二绝热型波导宽度展宽结构和2个输出波导组成，其中，2个输出波导的宽度选取满足分得的能量比为1比1的要求。
6.根据权利要求3所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，所述1分2的不等比例分光结构由依次连接的第一绝热型波导宽度展宽结构和2个输出波导组成，其中，2个输出波导的宽度选取满足分得的能量比为2比1的要求。
7.根据权利要求5所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，第二绝热型波导宽度展宽结构将波导基模模场缓慢且无能量损失的展宽到所需波导宽度的基模模场。
8.根据权利要求6所述的1×3N的等比例光分路器芯片，其特征在于，第一绝热型波导宽度展宽结构将波导基模模场缓慢且无能量损失的展宽到所需波导宽度的基模模场。
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