[发明专利]具有减小的驱动电压、耦合到紧凑的低损耗阵列波导光栅的非对称马赫－曾德干涉仪

说明书

技术领域

本申请涉及一种集成阵列波导光栅(AWG)复用器/解复用器，其采用非对称输入的马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)以获得具有低波动的较宽通带，特别地，本发明涉及一种采用紧凑设计的集成MZI-AWG，以提高制造效率。

发明背景

增加光网络中的传输容量要求诸如AWG(也称作波导光栅路由器WGR)的解复用器具有较宽通带和在该通带内具有较低波动，特别地，因为通过光网络传播的较高比特率信号具有待传输的较宽光谱。此外，采用可重构光插分模块(ROADM)的光网络的光信号穿过级联的解复用器和复用器。因此，必须使每一级的损耗达到最小。

在AWG的“平顶(flat-top)”设计中，通带具有尽可能宽和平的形状，在过去该设计已经被用来加宽通带以扩展传输特性。平顶型AWG的一个例子是基于抛物线形喇叭的设计，其能够增加0.5dB通带到大约50％信道间隔，以一些功率损耗为代价。

也已经提出了其他的设计来改善通带特性，并减小功率损耗，例如在CorradoDragone以AT&T公司名义申请的第5,488,680号的美国专利中。如图1所示，该现有技术设计10包括第一频率路由元件(frequency routing element)12，该第一频率路由元件12至少有一个输入端和耦合到光栅14的P个输出端，其中P＞2。与抛物线形喇叭设计相比，这种方法在提供宽通带的同时显著减少了插入损耗。在一构造中，Dragone公开了一种被耦合到AWG 14的输入端的马赫-曾德结构12。MZI 12由输入Y-分支耦合器16和在AWG 14的平板接口22处的3dB耦合器20组成，该Y分支耦合器16将光功率平等地分到两个不同长度的波导臂18，18’中。公开的MZI 12具有和第二光栅14相同的曲率，意味着MZI 12的较短波导18和光栅的较短臂位于同一侧。这种结构的一个缺点是其不能被紧密地堆叠，这减少了可印制到一块晶片的器件的总数目。

C.R.Doerr以朗讯技术有限公司名义申请的第6,728,446号美国专利公开了一种类似的集成结构。Doerr展示了一种替换的设计30，参见图2，其允许堆叠MZI-AWG并最大化波导数目。在这种设计中，MZI 32由一个Y分支耦合器34，两个具有不同延迟的波导臂36，36’，和最后在AWG42的平板接口44处的3dB耦合器40组成，所述波导臂36，36’耦合进入完全180度耦合器38，该耦合器38将每一臂36，36’的能量传送到另一臂。Doerr在这种设计中加入180度耦合器38可“翻转”MZI 32的曲率，使得整个设计更紧凑和可堆叠。然而，跨过宽波长光谱将一个臂中的光100％地传送到另一臂的完美180度耦合器的制造具有很大难度。耦合器的工艺偏差、波长和偏振灵敏度都可能导致整个通带形状的偏振相关损耗(PDL)、色散(CD)和偏振模色散(PMD)的性能退化。

因此，为克服现有技术的局限性，非常需要一种具有宽的平顶通带的可堆叠AWG。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能提供具有大致平坦的顶部的较宽通带，且具有紧凑的、可堆叠的设计的集成式MZI-AWG装置。

本发明的另一个目的是提供一种具有减小的驱动电压的输入MZI。

本发明已经发现在制造非对称输入MZI的过程中，在耦合器输入到AWG之前，使长臂物理上跨过较短的臂，这样便利用可堆叠设计以低损耗实现了通带加宽效应，从而省去了定向耦合器的制造及其带来的性能缺陷。

因此，本发明的一个方面是提供一种光学复用器/解复用器，包括：非对称马赫-曾德干涉仪(MZI)，其被光学耦合到阵列波导光栅(AWG)，其中

所述MZI包括一对彼此之间具有光程差(optical path length difference)的波导臂，它们被设置以使得该波导臂对之间彼此交叉而基本没有光学耦合，并共同来限定第一曲率，以及

所述AWG适于将多波长光信号在空间上分成彼此之间具有预定信道间隔的光信道，所述AWG限定与第一曲率相反的第二曲率，并且其中

所述MZI具有基本等于所述AWG的信道间隔的自由光谱范围(FSR)。

特别地，本发明提供一种MZI，其包括输入定向耦合器，用于在一对波导臂之间基本平等地分配引入输入端的光，并在输出定向耦合器处将光耦合以将其耦合入AWG，其中该波导臂对之间光程差近似为c/n/dnu，其中c是光速，n是有效折射率，且dnu是AWG的信道间隔。