一种基于波导出射界面调制的波长解复用器的制作方法

专利名称：一种基于波导出射界面调制的波长解复用器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光通信器件，特别涉及一种利用出射面带调制的单模波导实现波 长解复用。
背景技术：
近年来，密集波分复用(DWDM)技术在点对点核心受到越来越多的关注，它以全新 的方式，在现有光纤通信系统的基础上极大地扩大了容量。在DWDM系统中，关键的元件就 是波分复用/解复用器(MUX/DEMUX)。目前，实现光波解复用的主要技术有阵列波导技 术、衍射光栅技术、干涉薄膜技术和光纤光栅技术等。其中光栅型波分解复用器具有波长选 择特性优良的优点，但体积大；介质薄膜型波分解复用器具有信道数灵活，插入损耗低等优 点，但加工复杂；耦合器型波分解复用器具有温度特性好，制造简单等优点，但插入损耗很 高；阵列光波导型波分解复用器具有尺寸小，易于批量生产，但需要温度补偿，使用麻烦。所 以设计体积小、加工简单、使用便捷且便于光路集成的光波解复用器是实现未来全光集成 的关键技术之一。光波导是实现光互连和光器件集成的重要器件，我们提出在光波导的出射界面附 加调制，实现波长解复用功能，从而实现光波导和波长解复用器的集成。该器件尺寸小、结 构紧凑、插入损耗低，便于光路集成。

发明内容
本发明要解决的问题是，在波导出射界面设计适当调制实现波长解复用功能，将 光波导与波长解复用器集成在一起，不仅大大缩小了器件的尺寸、降低插入损耗，而且方便 与其他光器件进一步互连或集成。本发明的技术解决方案如下一种基于波导出射界面调制的波长解复用器，其特征在于尺寸小、结构紧凑、插入 损耗低，便于光互连及进一步光集成。—种波长解复用器，主要由两部分集成，包括一单模波导和一带有调制的出射面， 其特征在于，出射面对光波长具有调制作用，所述单模波导既是信号入射端，又是波长解复 器，所述波长解复器将光波导与波长解复用器进行集成，使得信号的输入、输出相耦合，降 低器件的插入损耗。输入信号与输出信号间的耦合通过常规介质波导、金属波导或光子晶体波导实 现。出射面可以将不同波长的光沿着相应方向聚焦，使解复用后信号高效耦合输出。出射面具有波纹表面或粗糙表面。
波纹表面为金属波纹面或者由多种不同电介质组合而成。金属波纹面的波纹深度与宽度的比值由工作波长确定。多种不同电介质组合的各层的厚度，以及由其而成的波纹表面的深度与宽度的比值由工作波长确定。构造粗糙表面的材质是金属或电介质，其粗糙度由工作波长设定。下面结合附图和实施例对本发明的特点和性能做进一步详细说明，并构成本说明 书的一部分。


图1为本发明波长解复用器的结构示意图。图2为本发明波长解复用器单元之波导的三种示例。图3为本发明波长解复用器单元之带调制出射面的三种示例。图4为本发明示例之基于光子晶体波导出射口调制的波长解复用器。
具体实施例方式以下结合附图和实例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。图4为发明的具体实施例，由二维光子晶体波导(5)和粗糙出射面(7)组成。二 维光子晶体波导(5)由介质圆柱在空气中按二维正方格周期排列而成，介质圆柱的折射率 为3. 2，半径为0. 18a (其中a为正方格边长即晶格常数)。粗糙出射面(7)由不同电介质柱相间组成。上半部分大、小介质柱的半径分别为 0. 16a和0. 08a，折射率分别为3. 2和2. 5，大、小介质柱之间的距离为1. 8a。下半部分大、 小介质柱的半径分别为0. 16a和0. 115a，折射率分别为3. 2和2. 8，大、小介质柱之间的距 离为1. 5a0该波长解复用器可将归一化频率(单位为a/ λ )为0. 34 0. 40的频率分离，归 一化频率为0. 37的入射光经过该器件后将聚焦在光子晶体波导的轴线上，频率大于或小 于0. 37的入射光将被分别斜向下或斜向上聚焦。如果将λ 2 = 1550nm的通信波长聚焦在波导轴线，则该器件的晶格常数a = 573. 5nm,构成波导的介质柱半径为103. 23nm ；上半部大小介质柱的半径分别为91. 76nm 和45. 88nm,它们之间的间距为1032. 3nm ；下半部大小介质柱的半径分别为91. 76nm和 65. 95nm ；它们之间的间距为860. 25nm。波长为λ丨(λ丨> λ 2)的信号将偏向波导轴线的上 方聚焦，波长为λ3(λ3< λ2)的信号则沿相反方向聚焦。
权利要求
1.一种波长解复用器，包括一单模波导和一出射面，其特征在于，所述出射面对光波长 具有调制作用，所述单模波导既是信号入射端，又是波长解复用器，所述波长解复用器将光 波导与波长解复用器进行集成，使得信号的输入、输出相耦合，降低器件的插入损耗。
2.根据权利要求1所述的波长解复用器，其特征在于输入信号与输出信号的耦合通过 常规介质波导、金属波导或光子晶体波导实现。
3.根据权利要求1所述的波长解复用器，其特征在于所述出射面可以将不同波长的光 沿着相应方向聚焦，使解复用后信号高效耦合输出。
4.根据权利要求1所述的波长解复用器，其特征在于所述出射面具有波纹表面或粗糙 表面。
5.根据权利要求4所述的波长解复用器，其特征在于波纹表面为金属波纹面或者由多 种不同电介质组合而成。
6.根据权利要求5所述的波长解复用器，其特征在于所述金属波纹面的波纹深度与宽 度的比值由工作波长确定。
7.根据权利要求5所述的波长解复用器，其特征在于所述多种不同电介质组合的各层 的厚度，以及由其而成的波纹表面的深度与宽度的比值由工作波长确定。
8.根据权利要求4所述的波长解复用器，其特征在于构造所述粗糙表面的材质是金属 或电介质，其粗糙度由工作波长设定。
全文摘要
本发明公开了一种光通信器件——波长解复用器。这种波长解复用器包括单模波导(介质波导、金属波导或光子晶体波导)和带调制的出射面，其特征在于带有调制的波导出射面有类似光栅的效果，可以调控不同波长的信号从波导出射口沿相应方向聚焦，从而实现波长解复用功能。关键在于合理设计带有调制的波导的出射面，所述出射面可以是波纹表面，也可以是由不同材料、不同尺寸以及不规则空间分布的粗糙表面。该波长解复用器能实现光波导和波长解复用器的集成，前端波导方便信号输入，解复用后的信号聚焦输出便于后续光路耦合，整体结构紧凑且大大降低器件的插入损耗。
文档编号G02B6/12GK102043198SQ200910044530
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者凌晓辉, 刘翠莲, 唐志祥, 宋东谟, 文双春, 罗海陆, 范滇元 申请人:湖南大学