[发明专利]基于可调的三端口滤波器的平面光波电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于平面光波电路(planar lightwave circuit，PLC)技术的波长选择装置。特别是，本发明涉及一种整体集成在单个PLC上的可调光分插(add/drop)模块(TOADM)。

发明背景

在现有技术中，波长选择器的结构是通过自由空间耦合的松散结构。这种类型的组件受很多因数限制。元件的光学准直非常敏感而且生产造价高。为了相对于环境因素具有可靠性和坚固性，需要在单片集成平面光波电路(PLC)上实现尽可能多的所需功能。

平面光波电路(PLC)是将波导制在平面衬底上。波导被低折射率包层材料包围，用于将光信号限制在波导线路内。PLC通常被构造为硅基二氧化硅型组件，该组件包括下包层、波导芯和上包层，在该硅组件内，二氧化硅下包层沉积在硅衬底上，波导芯是掺锗硅，硼磷酸盐硅玻璃的上包层沉积在波导芯上。作为选择，PCL可在InGaAsP或透光聚合物或玻璃中制成。在PCL中形成的结构包括信道波导和平板区域，该信道波导将信号限制在垂直于光传播方向的平面内，该平板区域将光信号限制在一个方向并可使波前(wavefront)在限定区域内沿正交方向传播。在光通信中，尺寸通常被限制在单模传输。

分离复用光束的典型解复用器是被构造为PLC的阵列波导衍射光栅(AWG)。该AWG是Dragone在平面光波电路芯片上利用输入和输出“星形耦合器”将分散的波导阵列组合在一起而发明的。如Dragone在美国专利No.5,002,350(1991年3月)中所教导的，AWG可以作为DWDM解复用器和DWDM复用器。其它例如中阶梯光栅的色散装置也可以在PLC中实现复用/解复用功能。

于2006年4月11日授权给Ducellier等的美国专利号7,027,684和于2004年12月16日以Ducellier等名义公开的美国专利公开号2004/0252938分别涉及单层和多层平面光波电路波长选择开关(WSS)，如图1和图2所示。如图1所示的单级装置包括PLC 2，PLC 2在其中部具有输入AWG和在输入AWG的每一侧具有多个输出AWG。入射到输入AWG的输入光信号被分散成多个波长分量，这些多个波长分量通过透镜3以不同的角度被引入到可倾斜镜阵列4。通过相邻PLC 2的第一圆柱形透镜将光准直到一个方向(例如垂直方向)，同时圆柱形开关透镜6将输出光沿水平方向聚焦到可倾斜镜4。每一个波长信道到达不同的可倾斜镜4，可倾斜镜4通过透镜3将这些单个波长信道重新引导到所需的任一个输出AWG以将它们重新组合。对于单层装置，可倾斜镜4绕单轴旋转从而在色散平面(也就是PLC 2所在的平面)内重新定向波长信道。

如图2所示的两级装置11，包括与PLC 2类似的第二PLC 12，第二PLC 12叠加在PLC 2上并具有多个输入或输出AWG和端口。第二圆柱形透镜15叠加在第一圆柱形透镜5上，用于将光束聚焦到第二PLC 12的输出AWG。对于两级装置，可倾斜镜14绕两个垂直的轴旋转以重新定向色散平面(如上所述)内的波长信道，并且该可倾斜镜14从与色散平面呈锐角旋转到与色散平面(也就是PLC 12所在的平面)平行。

在前面所提的Ducellier装置中，AWG呈直线状阵列终止于芯片边缘，由此在AWG输出端没有曲率，焦距出现在无限远。因此，要求外部体光学(bulk-optic)透镜不仅仅起到场透镜的作用，而是该外部体光学透镜要作为全(空间)傅立叶变换透镜。所以，不仅要求将外部透镜被对准得非常好(也就是相对昂贵并且对非对准极度敏感)，而且要求大部分光路处于空中。

发明内容

本发明的目的是，提供一种在整体PLC上的可调分插滤波器。

本发明的另一个目的是，通过在信道波导和PLC上的平板波导之间的界面处提供虚拟光瞳以聚焦每个波导信道，来克服现有技术的缺点。另一个透镜系统包括PLC上的多个芯片透镜，用于将空间分散的解复用器的焦平面变换到PLC边缘的大致平面上。芯片透镜用平板波导区域内的反射表面实现，该反射表面具有表面曲率以提供光功率。

因此，本发明涉及在平面光波电路(PLC)中的可调分插滤波器，其包括：

输入端口，其用于将包含多个波长信道的输入光信号发射到所述PLC；

第一解复用器，其具有输入光瞳和输出光瞳，所述第一解复用器用于将所述输入光信号空间分离成所述多个波长信道；

平板波导区域，其包括上下被低折射率包层包围的高折射率芯层，所述平板波导区域用于将所述分离的波长信道从所述第一解复用器传输到分插端口；