[发明专利]一种具有低损耗且频谱损耗均匀的阵列波导光栅路由器

说明书

本发明公开了一种具有低损耗且频谱损耗均匀的阵列波导光栅路由器。输入部分包括N条输入波导、M组1×2耦合器、N+M条AWGR输入波导；输出部分包括(N+M)条AWGR输出波导、M组2×1耦合器、N条输出波导；输入输出完全对称。本发明在传统N×N阵列波导光栅路由器AWGR基础之上，为其中M条边缘通道各增加一条额外的传输通道，并通过M组耦合器组合在一起，以收集边缘通道在另外一个相邻衍射级次上损失的能量，从而在减小边缘通道插入损耗的同时，能够实现所有输入/输出通道的频谱损耗均匀性，具有结构简单，易操作等优点。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域的一种低损耗路由器，特别是涉及了一种基于双衍射级次实现频谱损耗均匀的阵列波导光栅路由器。

背景技术

N×N阵列波导光栅路由器(AWGR)能够同时实现N²路光信号完全无阻塞置换，具有集成度高、传输容量大、抗电磁干扰强、插入损耗小和成本低等优点，被广泛运用于光通信，数据中心，高性能光计算等领域。

为了实现循环频谱响应的特点，AWGR的自由光谱范围(Free Spectral Region,简称FSR)恰好等于通道数目乘以通道间隔。当光信号从同一个输入通道输入时，中心输出通道光信号的能量主要集中在一个衍射级次(m级)上，而边缘通道的能量将分散在两相邻的衍射级次上(m与m-1级或者m与m+1级)，而传统的AWGR一个输出通道只能接收一个衍射级次的能量，最终导致边缘输出通道能量的损失，引起传输频谱损耗差异。理论上，针对AWGR的同一输入通道输入光信号，不同输出通道之间存在固有的约3dB损耗差异。而对于所有输入、输出通道来说，频谱损耗差异将高达6dB左右。

涉及到实际WDM网络的部署时，较大的频谱损耗差异会影响整体的功率预算，使得系统需要更多的功率来保持相同的误码率。因此在WDM波长路由系统中，通常需要各信道间的插入损耗非均匀性小于1dB。

近年来，国内外学者就如何提高阵列波导光栅路由器的损耗非均匀性问题提出了大量研究。一种方法是增大所设计AWGR的通道数，以增大其FSR，然后根据波长路由原理将特定的两个输入/输出波导组合在一起作为新的输入/输出，实现循环频谱响应特性，如日本NTT光子学实验室在报告“Okamoto K,Hasegawa T,Ishida O,et al.32×32arrayed-waveguide grating multiplexer with uniform loss and cyclic frequencycharacteristics[J].Electronics Letters,1997,33(22):1865-1866.”中提出的ULCF(uniform loss and cyclic frequency)型AWG，通过80个通道的FSR实现了32×32的光波长路由器，所有通道的损耗非均匀性为1.2dB。又如国家发明专利(ZL201810495684.5)“滤波器和输入通道级联实现频谱均匀的AWG路由器”，其自由光谱范围大于阵列波导光栅2×N倍通道波长间隔，具有2N-1个输入、输出通道，利用波长路由的特性，将两两输入通道结合在一起，实现了N×N损耗均匀的阵列波导光栅路由器。这种以增大FSR的方法虽然解决了所有输入、输出通道的损耗非均匀性问题，但会浪费大量的通道资源，造成器件尺寸极大。另一种方法是通过调节阵列波导在输出平板波导区的远场分布，使得能量在成像面上均匀分布，如国家发明专利(ZL201810495662.9)“损耗均匀的阵列波导光栅路由器”在阵列波导与输出平板波导区连接处添加模斑转换器的波前匹配法，使得成像面具有平顶效果的远场分布。又如国家发明专利(ZL200510126242.6)“采用损耗微调波导实现阵列波导光栅通道均匀性的方法”是通过在阵列波导光栅的输出波导的末端加入损耗微调波导。再或者如国家发明专利(ZL2012104193432)“信道损耗均匀的波导光栅器件”是通过将阵列波导在输出平板波导区的朝向按照一定分布的角度倾斜，将能量在成像面上重新分布，类似于闪耀光栅的方法来提高AWGR输出信道损耗均匀性。诸如此类的方法通常是以牺牲中心通道的损耗为代价，而且仅能针对同一输入信道实现损耗均匀，整体而言，所有输入、输出信道仍有近3dB的损耗差异。

发明内容