专利名称：波分耦合器和使用其的光收发器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种能够耦合或分开具有至少三个波长的光的光器件，并且具体地，涉及一种包括定向耦合器的波分耦合器。
背景技术：
在双向发送/接收中，每个订户设备或中央基站需要诸如三波长波分光学滤波器之类能够耦合或分开不同的向上和向下光的光收发器。三波长波分光学滤波器具有这样的结构槽将其中形成双分支波导的部分切开，并且向槽中插入能够选择性透射或反射特定波长的光学滤波器。阵列波导光栅可以用于波长分开或耦合处理的目的。
然而，阵列波导光栅或三波长波分光学滤波器的体积往往在这种应用中增加，并且光学滤波器经受的损耗取决于耦合效率和器件体积。此外，当使用三波长波分光学滤波器或阵列波导光栅时，操作处理变得复杂，并且部件的成本增加，由此使得制造成本增加。
发明内容
本发明提供了一种能够分开和耦合至少三个波长的波分耦合器，因此最小化信号损耗，并减小制造成本。
在一个实施例中，提供了一种波分耦合器，包括第一波导，具有第一端和第二端；第二波导，具有第三端和第四端，其中第三端和第四端之间的部分与第一波导的一端相邻，以形成模式耦合部分，用于分开或耦合输入光；以及布拉格区，具有在部分第一波导和第二波导中形成的模式耦合部分中的布拉格光栅。
结合附图，根据如下详细描述，本发明的上述特征和优点将变得更加显而易见，附图中图1图示了根据本发明第一实施例的波分耦合器；图2图示了用于解释图1的波分耦合器根据不同耦合系数的波分特性的曲线图；图3A至3C图示了用于解释图1的波分耦合器的组件中的光损耗特性的曲线图；图4图示了根据本发明第二实施例的波分耦合器；图5图示了用于解释图4的波分耦合器由于图4中的非光栅区导致的反馈损耗的曲线图；图6图示了根据本发明第三实施例的波分耦合器；以及图7图示了根据本发明第四实施例的波分耦合器。
具体实施例方式
现在，将参考附图详细描述本发明的实施例。为了清楚和简单的目的，为简洁起见，省略对此处所结合的公知功能和配置的详细描述。
图1图示了根据本发明第一实施例的波分耦合器100。如图所示，波分耦合器100包括第一波导110，包括第一端110a和第二端110b；第二波导120，包括第三端120a和第四端120b；模式耦合部分130，形成在第一波导110和第二波导120的一部分中；激光光源160，连接到第三端120a的一端；模拟类型的第一光接收器件140，连接到第二端110b的一端；数字类型的第二光接收器件150，连接到第四端120b的一端；以及第三光接收器件170，用于监视激光光源160所产生的光。模式耦合部分130位于第一波导110的第一端110a和第二端110b以及第二波导120的第三端120a和第四端120b之间，并且包括其中形成布拉格光栅180的布拉格区L2以及其中并未形成布拉格光栅180的非光栅区L1。
第一波导110的第一端110a用作公共输入/输出端，并且第一波导110的第二端110b用作输出端。第二波导120在第三端120a和第四端120b之间的部分与第一波导110相邻，以形成模式耦合部分130，用于分开或耦合输入光。第二波导120的第三端120a用作输入端，并且第二波导120的第四端120b用作输出端。因此，通过第二波导120的第三端120a输入的光被布拉格光栅180反射，然后通过第一波导110的第一端110a输出，并且从外部通过第一波导110的第一端110a输入的光在模式耦合部分130中被分为不同的波长，然后分别通过第一波导110的第二端110b和第二波导120的第四端120b输出到第一光接收器件140和第二光接收器件150。
更具体地，激光光源160所产生的1.49μm的光被布拉格光栅180反射，然后通过第一端110a输出到外部，并且从外部通过第一端110a输入的具有至少两个不同波长的光在模式耦合部分130中被分开到1.31μm和1.55μm的波长中，然后分别通过第二端110b和第四端120b输出到第一光接收器件140和第二光接收器件150。1.49μm的光在模式耦合部分130的布拉格区L2中形成的布拉格光栅180中振荡，然后通过与第一光接收器件140相对的第一端110a输出到外部。
布拉格光栅180的带宽比传统三波长波分光学滤波器的带宽小大约20nm。这种差异可以通过使用布拉格光栅180作为激光光源160的输入端来克服。模式耦合部分130的布拉格区L2可以如下确定R=tanh2(sL2)|k|2|s|2+|kab|2(sL2)---(1)]]>其中，R表示布拉格光栅180的反射率，L2表示布拉格光栅180的长度，k表示布拉格光栅180的结合强度，kab表示模式耦合部分130的耦合系数，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
非光栅区L1可以如下确定tan(2|kab|L1opt)=s|kab|tanh(sL2)---(2)]]>其中，L1表示非光栅区的长度，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
方程(1)和(2)中的s可以如下表示s＝(|k|2-|kab|2)1/2…………………………(3)图2示出了波分耦合器100根据不同耦合系数的波分特性，其中采取使用在激光光源160产生1.49μm的光信号时的kab的设计作为示例。在图2中，模式耦合部分130的长度是6.32mm，并且在这种情况下，可以将光分为1.31μm和1.55μm的波长。当L1是1.35mm并且在与1.35mm相对应的非光栅区之后形成布拉格光栅180时，振荡到1.49μm波长的光通过第一波导110的第一端110a输出。
图3图示了在波分耦合器100的组件中的光损耗特性。具体地，图3(a)图示了从布拉格光栅180反射的1.49μm光的反馈损耗，其中反馈损耗是2dB。图3(b)图示了第一光接收器件140通过第二端110b检测到的光输出，并且图3(c)图示了第二光接收器件150通过第四端120b检测到的光输出。图3(a)和(b)，损耗小于0.2dB。
图4图示了根据本发明第二实施例的波分耦合器200。如图所示，波分耦合器200包括第一波导210，包括第一端210a和第二端210b；第二波导220，包括第三端220a和第四端220b；模式耦合部分230，形成在第一波导210和第二波导220的一部分中；激光光源260；模拟类型的第一光接收器件240；数字类型的第二光接收器件250；以及第三光接收器件270，用于监视激光光源260所产生的光。
模式耦合部分230对应于第一波导210和第二波导220彼此相邻的部分，并且包括其中形成布拉格光栅280的布拉格区L2±α以及其中并未形成布拉格光栅280的非光栅区L1±α。
在本发明的该实施例中，布拉格区L2±α和非光栅区L1±α没有根据方程(1)至(3)进行优化。图5图示了用于解释根据布拉格区L2±α和非光栅区L1±α的长度的波分耦合器200反馈损耗的曲线图。虚线代表非光栅区L1±α的长度没有如图4所示进行优化的状态，并且可以看到，虚线表现出比实线大的反馈损耗。反馈损耗在激光光源260和布拉格区L2±α之间生成，并且具有反馈损耗的光在激光光源260和布拉格区L2±α之间振荡，然后通过与第一光接收器件240相对的、第一波导210的第一端210a输出。
只有当布拉格区L2±α中形成的布拉格光栅280具有～30dB的绝对反射率时，可以将每一波长的光分开，并且防止具有反馈损耗的光不振荡就直接输出到第一光接收器件240和第二光接收器件250。因为在非光栅区L1±α和激光光源260之间振荡的光的边模抑制比(SMSR)由于反馈损耗而大大增加，所以可以容易地预见到向第一光接收器件240和第二光接收器件250输出的光的串扰减小。
图6图示了根据本发明第三实施例的波分耦合器300。如图所示，波分耦合器300包括第一波导310，包括第一端310a和第二端310b；第二波导320，包括第三端320a和第四端320b；模式耦合部分370，形成在第一波导310和第二波导320的一部分中；激光光源350，连接到第三端320a；模拟类型的第一光接收器件330，连接到第二端310b；数字类型的第二光接收器件340，位于第二波导320的一端；第三光接收器件360，用于监视激光光源350所产生的光；以及谐振光栅390。
谐振光栅390形成在第二光波导320上模式耦合部分370与激光光源350之间，并且使激光光源350所产生的光发生谐振，以将谐振光输出到模式耦合部分370。
模式耦合部分370对应于第一波导310和第二波导320彼此相邻的部分，并且包括其中形成布拉格光栅380的布拉格区L2以及其中并未形成布拉格光栅380的非光栅区L1。图6中的布拉格光栅可以根据方程(1)～(3)进行优化。
模式耦合部分370将从谐振光栅390输入的光通过第一端310a输出到外部，并且将通过第一端310a从外部输入的具有不同波长的光根据波长输出到第一光接收器件330和第二光接收器件340。
图7图示了根据本发明第四实施例的波分耦合器400。如图所示，波分耦合器400包括第一波导410，包括第一端410a和第二端410b；第二波导420，包括第三端420a和第四端420b；模式耦合部分430，形成在第一波导410和第二波导420的一部分中；激光光源460，连接到第三端420a；模拟类型的第一光接收器件440，连接到第二端410b；数字类型的第二光接收器件450，连接到第四端420b；第三光接收器件470，用于监视激光光源460所产生的光；谐振光栅491以及第一和第二反射光栅492和493。
谐振光栅491形成在第二光波导420上模式耦合部分430与激光光源460之间，并且使激光光源460所产生的光发生谐振，以将谐振光输出到模式耦合部分430。
模式耦合部分430对应于第一波导410和第二波导420彼此相邻的部分，并且包括其中形成布拉格光栅480的布拉格区L2以及其中并未形成布拉格光栅480的非光栅区L1。模式耦合部分430将从谐振光栅491输入的光通过第一波导410的第一端410a输出到外部，并且将通过第一端410a从外部输入的具有至少两个不同波长的光根据波长输出到第一反射光栅492和第二反射光栅493。图7中的布拉格光栅可以根据方程(1)～(3)进行优化。
第一反射光栅492和第二反射光栅493最小化串扰，并且改进对光的波长选择性。
如上所述，根据本发明的波分耦合器更为经济，且更易于制造和小型化。此外，通过最小化反馈损耗，波分耦合器可以改进发射机的SMSR，并且有利于长距离传输。
虽然已经参考本发明的优选实施例来示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，可以对此做出形式和细节上的各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种波分耦合器，包括第一波导，具有第一端和第二端；第二波导，具有第三端和第四端，其中第三端和第四端之间的部分与第一波导的一端相邻，以形成模式耦合部分；以及布拉格区，具有在模式耦合部分中的部分第一波导和第二波导中形成的布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的波分耦合器，其中，模式耦合部分还包括其中并未设置布拉格光栅的非光栅区。
3.根据权利要求1所述的波分耦合器，其中，布拉格区的长度如下确定R=tanh2(sL2)|k|2|s|2+|kab|2tanh2(sL2)]]>其中，R表示布拉格光栅的反射率，L2表示布拉格光栅的长度，k表示布拉格光栅的结合强度，kab表示模式耦合部分的耦合系数，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
4.根据权利要求2所述的波分耦合器，其中，非光栅区的长度如下确定tan(2|kab|L1opt)=s|kab|tanh(sL2)]]>其中，L1表示非光栅区的长度，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
5.根据权利要求1所述的波分耦合器，还包括激光光源，位于第三端一端；模拟类型的第一光接收器件，位于第二端一端；以及数字类型的第二光接收器件，位于第四端一端。
6.根据权利要求5所述的波分耦合器，还包括第三光接收器件，用于监视位于第三端一端的激光光源所产生的光。
7.根据权利要求5所述的波分耦合器，还包括在与激光光源相邻的第三端一端形成的谐振光栅，用于使激光光源所产生的光谐振，并将谐振光输出到外部。
8.根据权利要求5所述的波分耦合器，还包括在第二端一端形成的第一反射光栅。
9.根据权利要求5所述的波分耦合器，还包括在第四端一端形成的第二反射光栅。
10.根据权利要求5所述的波分耦合器，还包括在第二端一端形成的第一反射光栅；以及在第四端一端形成的第二反射光栅。
11.一种设置波分耦合器的方法，包括设置具有第一端和第二端的第一波导；在第一波导附近设置具有第三端和第四端的第二波导，以在它们之间形成模式耦合部分；以及在模式耦合部分的第一波导和第二波导中形成布拉格光栅。
12.根据权利要求11所述的方法，还在模式耦合部分中设置其中并未设置布拉格光栅的非光栅区。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，布拉格区的长度如下确定R=tanh2(sL2)|k|2|s|2+|kab|2tanh2(sL2)]]>其中，R表示布拉格光栅的反射率，L2表示布拉格光栅的长度，k表示布拉格光栅的结合强度，kab表示模式耦合部分的耦合系数，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，非光栅区的长度如下确定tan(2|kab|L1opt)=s|kab|tanh(sL2)]]>其中，L1表示非光栅区的长度，s表示|k|和|kab|之差的平方根。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括在第三端一端设置激光光源；在第二端一端设置模拟类型的第一光接收器件；以及在第四端一端设置数字类型的第二光接收器件。
16.根据权利要求15所述的方法，还设置第三光接收器件，用于监视位于第三端一端的激光光源所产生的光。
17.根据权利要求15所述的方法，还设置在与激光光源相邻的第三端一端形成的谐振光栅，用于使激光光源所产生的光谐振，并将谐振光输出到外部。
18.根据权利要求15所述的方法，还设置在第二端一端形成的第一反射光栅以及在第四端一端形成的第二反射光栅。
全文摘要
提供了一种能够分开和耦合至少三个波长的波分耦合器。该波分耦合器包括第一波导，具有第一端和第二端；第二波导，具有第三端和第四端，其中第三端和第四端之间的部分与第一波导的一端相邻，以形成模式耦合部分，用于分开或耦合输入光；以及布拉格区，具有在部分第一波导和第二波导中形成的模式耦合部分中的布拉格光栅。
文档编号H04B10/02GK1909425SQ20061010840
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月3日
发明者宋政桓, 吴玧京 申请人:三星电子株式会社