用于無源光網(wǎng)絡(luò)的波長路由器的制造方法
【專利摘要】一種無源陣列式波導(dǎo)光柵AWG路由器，所述AWG路由器可用以針對其波長信道中的一個(gè)波長信道實(shí)施波長路由器和3-dB功率分裂器的雙功能性，同時(shí)針對其它波長信道充當(dāng)常規(guī)波長路由器。所述無源AWG路由器可有利地用于例如WDM-PON系統(tǒng)中，以減少正用以將光信號(hào)從位于服務(wù)提供者的中心局處的光線路終端經(jīng)由所述無源AWG路由器廣播到靠近終端用戶定位的多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元的各種波長信道之間的插入損耗差異。
【專利說明】用于無源光網(wǎng)絡(luò)的波長路由器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備，且更具體來說(但非排他地)涉及無源波長路由器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]此部分介紹可幫助促進(jìn)對本發(fā)明的較好理解的方面。因此，應(yīng)按此角度閱讀本部分的敘述且不應(yīng)將其理解為承認(rèn)何物為現(xiàn)有技術(shù)或何物并非現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]還被稱為“第一公里網(wǎng)絡(luò)”的存取網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)提供者的中心局連接到商業(yè)和住宅訂戶。存取網(wǎng)絡(luò)在文獻(xiàn)中有時(shí)還被稱為訂戶存取網(wǎng)絡(luò)或本地環(huán)路。存取網(wǎng)絡(luò)中的帶寬需求已經(jīng)快速增加，例如，這是因?yàn)樽≌啈羝诖谝还锎嫒〗鉀Q方案提供高帶寬且提供豐富媒體服務(wù)。類似地，企業(yè)用戶要求寬帶基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，所述用戶可經(jīng)由所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)將其局域網(wǎng)可靠地連接到因特網(wǎng)主干。
[0004]無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)為通?？商峁┍?例如)傳統(tǒng)的基于銅的存取網(wǎng)絡(luò)高得多的帶寬的基于光纖的存取網(wǎng)絡(luò)。在PON中并入波分多路復(fù)用(WDM)進(jìn)一步增加可用帶寬。然而，部分歸因于WDM-PON的與常規(guī)系統(tǒng)相比較高的成本且部分歸因于用以支持各種商業(yè)上可行的WDM-PON架構(gòu)的不成熟的裝置技術(shù)和未充分開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件，WDM-PON尚未被廣泛商業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文中揭示無源陣列式波導(dǎo)光柵(AWG)路由器的各種實(shí)施例，AWG路由器可用以針對其波長信道中的一個(gè)波長信道實(shí)施波長路由器和3-dB功率分裂器的雙功能性，同時(shí)針對其它波長信道充當(dāng)常規(guī)波長路由器。所述無源AWG路由器可有利地用于(例如)WDM-PON系統(tǒng)中以減少正用以將光信號(hào)從位于服務(wù)提供者的中心局處的光線路終端經(jīng)由所述無源AWG路由器廣播到靠近終端用戶定位的多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元的各種WDM信道之間的插入損耗差異(即，具有最大插入損耗的波長與具有最小插入損耗的波長之間的插入損耗的差)O
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種包括無源AWG路由器(例如，210、300)的設(shè)備。所述無源AWG路由器包括:(i)第一光學(xué)星形耦合器(例如，320)，所述第一耦合器具有耦合到其第一邊緣(例如，318)的第一光波導(dǎo)(例如，308)和耦合到其相對第二邊緣的光波導(dǎo)(例如，330)的第一橫向陣列；和(ii)第二光學(xué)星形耦合器(例如，340)，所述第二耦合器具有耦合到其第一邊緣的光波導(dǎo)的所述第一橫向陣列和耦合到其相對第二邊緣(例如，338)的光波導(dǎo)(例如，360)的第二橫向陣列。所述無源AWG路由器經(jīng)配置以將施加到所述第一光波導(dǎo)的第一載波波長路由到所述第二橫向陣列的第一光波導(dǎo)(例如，360a)和所述第二橫向陣列的第二光波導(dǎo)(例如，360e)兩者,所述第二橫向陣列的所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)通過定位于所述第二橫向陣列中在所述兩者之間的至少一個(gè)其它光波導(dǎo)(例如，360。)而彼此分離。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種包括無源波長路由器的設(shè)備。所述無源波長路由器包括:光柵；第一光學(xué)端口，其在所述光柵的第一側(cè)處以光學(xué)方式稱合到所述光柵；和第二光學(xué)端口的線性陣列，所述第二光學(xué)端口在所述光柵的第二側(cè)處以光學(xué)方式耦合到所述光柵。所述無源波長路由器經(jīng)配置以將施加到所述第一光學(xué)端口的第一載波波長路由到所述第二光學(xué)端口中的第一端口和所述第二光學(xué)端口中的第二端口兩者，所述第二光學(xué)端口中的所述第一光學(xué)端口和所述第二光學(xué)端口通過定位于所述線性陣列中在所述兩者之間的第二光學(xué)端口中的至少一個(gè)另一光學(xué)端口而彼此分離。所述光柵可為(例如)中階梯光柵或陣列式波導(dǎo)光柵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本發(fā)明的各種實(shí)施例的其它方面、特征和益處將以實(shí)例方式從以下詳細(xì)描述和附圖變得更完全顯而易見。
[0009]圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的WDM-PON系統(tǒng)的框圖；
[0010]圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于圖1的WDM-PON系統(tǒng)中的平面波導(dǎo)電路的框圖；
[0011]圖3示意地展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用于圖2的平面波導(dǎo)電路中的AWG路由器的布局；
[0012]圖4A-4B以圖形說明選擇圖3的AWG路由器中的波導(dǎo)位置的代表性方法；
[0013]圖4C以圖形說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的選擇圖3的AWG路由器中的波導(dǎo)位置的方法；
[0014]圖5示意地展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用以實(shí)施圖3中所展示的無源AWG路由器的對應(yīng)部分的電路部分的布局；和
[0015]圖6以圖形說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可能AWG路由器設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]常規(guī)無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)為點(diǎn)對多點(diǎn)、光纖到戶(fiber-to-the-premises)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中將不被供電的無源分光器用以使單個(gè)光纖能夠服務(wù)多個(gè)訂戶(通常16-128)。典型PON包含在服務(wù)提供者的中心局(CO)處的光線路終端(OLT)和靠近終端用戶的多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)。借助于無源分光器，光學(xué)載波由ONU共享。下行鏈路信號(hào)經(jīng)廣播到所有0NU。上行鏈路信號(hào)使用多址協(xié)議(通常，時(shí)分多址(TDMA))來路由。PON有利地減少光纖和中心局設(shè)備的量，例如，與點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)所需的量相比。然而，常規(guī)PON中的ONU的數(shù)目受系統(tǒng)的光功率預(yù)算限制，所述預(yù)算取決于光纖和組件的損耗和無源分光器造成的衰減。因此，PON系統(tǒng)非常需要將信號(hào)輸送損耗保持為最小。
[0017]在波分多路復(fù)用pon(wdm-pon)中，在同一光纖基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上使用多個(gè)載波波長，借此提供可擴(kuò)充性。在一個(gè)WDM-PON架構(gòu)中，將多個(gè)載波波長用以將ONU布置到若干虛擬PON中。更具體來說，所述虛擬PON中的每一者經(jīng)配置以使用相應(yīng)專用載波波長或載波波長的集合，但在其它方面如常規(guī)PON —樣操作，如上文所指示。其它WDM-PON架構(gòu)也是可能的。
[0018]圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的WDM-PON系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100具有經(jīng)配置以使用N個(gè)載波波長(λ。λ2、…、λΝ)而與多個(gè)0NU160通信的0LT110。0LT110包含WDM發(fā)射器112和WDM接收器114，所述兩者皆經(jīng)由光學(xué)循環(huán)器120耦合到光學(xué)饋送器光纖124。WDM發(fā)射器112經(jīng)配置以使用N個(gè)不同相應(yīng)載波波長將下行鏈路信號(hào)廣播到0NU160的N個(gè)群組170rl70N。WDM接收器114經(jīng)類似配置以從ONU群組HO1-HOn接收上行鏈路信號(hào)。WDM接收器114在圖1中說明性地展示為包括(IXN)波長多路分用器(DMUX) 116和N個(gè)光學(xué)檢測器118的陣列。在代表性實(shí)施例中，光纖饋送器光纖124具有介于約Ikm與約20km或更長之間的長度。
[0019]光學(xué)饋送器光纖124經(jīng)配置以將0LT110連接到無源波長路由器130。路由器130經(jīng)設(shè)計(jì)以基于波長來路由光信號(hào)，且在路由器的第一側(cè)具有單個(gè)端口 128且在路由器的第二側(cè)具有N個(gè)端口 132「132Ν的集合。波長A1在端口 128與端口 132i之間路由；波長入2在端口 128與端口 1322之間路由；波長λ3在端口 128與端口 1323之間路由，等。路由器130針對下行鏈路信號(hào)作為(IXN)波長多路分用器操作且針對上行鏈路信號(hào)作為(NXl)波長多路復(fù)用器操作。
[0020]多達(dá)N個(gè)ONU群組170η中的每一者經(jīng)由相應(yīng)(I XK)無源分光器/組合器140而耦合到路由器130的端口 132rl32N的相應(yīng)端口，其中η = 1，2，...，N。分光器/組合器140針對下行鏈路信號(hào)作為功率分裂器操作且針對上行鏈路信號(hào)作為功率組合器操作。ONU群組170η的多達(dá)K個(gè)0NU160nk中的每一者耦合到分光器/組合器140n的相應(yīng)端口(如圖1中所指示)且經(jīng)配置以使用相應(yīng)載波波長λη操作，其中k= 1,2,-,K0在代表性實(shí)施例中，K可在4與128之間。在各種替代實(shí)施例中，不同ONU群組170的數(shù)目可小于或等于N，且每一 ONU群組170n可獨(dú)立地具有小于或等于K個(gè)不同0NU160。
[0021]在代表性實(shí)施例中，每一 0NU160包含光學(xué)循環(huán)器162、光學(xué)發(fā)射器164和光學(xué)接收器166。光學(xué)循環(huán)器162經(jīng)配置以(i)將下行鏈路信號(hào)從對應(yīng)分裂器/組合器140導(dǎo)引到光學(xué)接收器166，且(ii)將上行鏈路信號(hào)從光學(xué)發(fā)射器164導(dǎo)引到對應(yīng)分裂器/組合器140。0NU160的光學(xué)發(fā)射器164和光學(xué)接收器166兩者經(jīng)配置以使用相同的對應(yīng)載波波長操作。舉例來說，ONU群組HO1中的光學(xué)發(fā)射器164中的每一者和光學(xué)接收器166中的每一者經(jīng)配置以使用載波波長X1操作。類似地，ONU群組170,中的光學(xué)發(fā)射器164中的每一者和光學(xué)接收器166中的每一者經(jīng)配置以使用載波波長λΝ操作，等。光學(xué)循環(huán)器162的使用防止對應(yīng)0NU160中的上行鏈路信號(hào)與下行鏈路信號(hào)之間的沖突。時(shí)分多路復(fù)用的使用(例如，經(jīng)由合適TDMA協(xié)議)防止在WDM接收器114處由同一 ONU群組170的不同0NU160產(chǎn)生的上行鏈路信號(hào)之間的沖突。
[0022]在替代實(shí)施例中，每一 ONU群組170可經(jīng)配置以將不同相應(yīng)載波波長用于上行鏈路信號(hào)和下行鏈路信號(hào)，其限制條件為:在OLTllO處實(shí)施對應(yīng)配置修改。光學(xué)循環(huán)器162可接著由(例如)光學(xué)通帶或二向色濾光片替換。路由器130的特定實(shí)施例允許在不要求改變WDM-PON系統(tǒng)100的整體架構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)此不對稱上行鏈路/下行鏈路波長配置。參照圖2-6在下文較詳細(xì)地描述操作和特定啟用物理結(jié)構(gòu)的相關(guān)原理。在一個(gè)實(shí)施例中，WDM-PON系統(tǒng)100經(jīng)配置以操作，使得所有下行鏈路信號(hào)位于靠近1.55 μ m的譜帶中，且所有上行鏈路信號(hào)位于靠近1.3μπι的譜帶中。為了使此實(shí)施例正確操作，具有波長相依性響應(yīng)的各種相關(guān)系統(tǒng)組件(例如，例如，循環(huán)或周期性光學(xué)濾光片)需要在相對寬的波長范圍上維持其功能性。
[0023]圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可在系統(tǒng)100中使用的平面波導(dǎo)電路200的框圖。更具體來說，圖2中所展示的電路200的實(shí)施例可用以在對應(yīng)于N = 4(用于4個(gè)波長，但裝置具有5個(gè)端口:A-E)且K = 6的系統(tǒng)100的實(shí)施例中替換路由器130和分裂器/組合器HO1-HCV所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，電路200的各種其它實(shí)施例可用以實(shí)施對應(yīng)于其它N值和/或K值的系統(tǒng)100的各種相應(yīng)實(shí)施例。
[0024]電路200包含全部實(shí)施于共用平面襯底202上的無源陣列式波導(dǎo)光柵(AWG)路由器210和五個(gè)光功率分裂器/組合器220a-220e。AffG路由器210經(jīng)說明性地展示為在其第一側(cè)處具有單個(gè)端口 208且在其第二側(cè)處具有標(biāo)記為A-E的五個(gè)端口的集合。端口 A和端口 E在其波長路由配置方面相互等效，所述端口中的每一者經(jīng)配置以處置具有載波波長λ i的信號(hào)。更具體來說，如果具有載波波長λ 光信號(hào)經(jīng)施加到端口 208，那么所述信號(hào)的所發(fā)射光功率的標(biāo)稱上的一半被路由到端口 A且所述信號(hào)的所發(fā)射光功率的標(biāo)稱上的一半被路由到端口 Ε。因此，對于具有載波波長X1的下行鏈路光信號(hào)而言，AWG路由器210具有波長路由器和3-dB光功率分裂器的雙功能性。對于施加到端口 A和端口 E的具有載波波長λ i的上行鏈路光信號(hào)而言，AWG路由器210具有波長路由器和光功率組合器的雙功能性。
[0025]端口 A耦合到光功率分裂器/組合器220a。端口 E類似地耦合到光功率分裂器/組合器220e。功率分裂器/組合器22(^和22(^中的每一者為(1X3)光功率分裂器/組合器。因此，對于具有載波波長λ 下行鏈路光信號(hào)而言，電路200執(zhí)行一對六功率分裂。如果電路200部署于系統(tǒng)100中，那么光功率分裂器/組合器220α的三個(gè)外圍端口和光功率分裂器/組合器220Ε的三個(gè)外圍端口可經(jīng)配置(例如)以將下行鏈路信號(hào)導(dǎo)引到ONU群組HO1的多達(dá)六個(gè)相應(yīng)0NU160(參見圖1);且從ONU群組HO1的多達(dá)六個(gè)相應(yīng)0NU160(參見圖1)接收上行鏈路信號(hào)。
[0026]對于具有載波波長λ 2、λ 3和λ 4的光信號(hào)而言，AWG路由器210僅具有波長路由器的常規(guī)功能性。更具體來說，波長λ2在端口 208與端口 B之間路由；波長λ3在端口 208與端口 C之間路由；且波長λ 4在端口 208與端口 D之間路由。端口 B-D分別耦合到光功率分裂器/組合器220b-220d。光功率分裂器/組合器220b-220d中的每一者為(1X6)光功率分裂器/組合器。因此，對于具有載波波長λ2、入3和λ 4的下行鏈路光信號(hào)而言，電路200對所述波長中的每一者執(zhí)行一對六功率分裂。如果電路200部署于系統(tǒng)100中，那么光功率分裂器/組合器220b-220d中的每一者的六個(gè)外圍端口可經(jīng)配置(例如)以將下行鏈路信號(hào)分別導(dǎo)引到ONU群組1702-1704的多達(dá)六個(gè)相應(yīng)0NU160 (圖1中未清楚展示)，且從ONU群組1702-1704的多達(dá)六個(gè)相應(yīng)0NU160(圖1中未清除展示)接收上行鏈路信號(hào)。視系統(tǒng)規(guī)范而定，不同光功率分裂器/組合器220可經(jīng)設(shè)計(jì)以針對相應(yīng)波長實(shí)施不同的相應(yīng)分裂比。
[0027]在系統(tǒng)100中使用電路200的各種實(shí)施例的代表性益處/優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)(例如)參照圖4B-4C在下文提供的描述變得更完全顯而易見。
[0028]圖3示意地展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用作為AWG路由器210 (圖2)的無源AWG路由器300的布局。無源AWG路由器300在其第一側(cè)處具有波導(dǎo)308且在其第二側(cè)處具有五個(gè)波導(dǎo)360a-360e。波導(dǎo)360a-360e經(jīng)布置成平面橫向陣列。AWG路由器300中的波導(dǎo)308對應(yīng)于AWG路由器210中的端口 208。AWG路由器300中的波導(dǎo)360A_360E分別對應(yīng)于AWG路由器210中的端口 A-E。
[0029]AffG路由器300具有通過波導(dǎo)330的橫向陣列連接的兩個(gè)波導(dǎo)耦合器(有時(shí)還被稱為星形耦合器、平面區(qū)域或厚片)320和340。不同波導(dǎo)330具有不同相應(yīng)長度，其中所述長度通常從圖3的底部向頂部增加。波導(dǎo)308的末端位于星形耦合器320的邊緣318處。波導(dǎo)360a-360e的末端位于星形耦合器340的邊緣338處。波導(dǎo)360A_360E的末端經(jīng)放置于的位置是基于本發(fā)明概念來選擇且不同于代表性現(xiàn)有技術(shù)位置。在下文參照圖4A-4C提供此放置的解釋。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)308、330和360的核心和耦合器320和340的本體是由相同材料制成，所述材料具有比核心和耦合器周圍的包覆材料高的折射率。代表性核心材料為經(jīng)摻雜氧化硅。
[0031]圖4A-4C以圖形說明選擇AWG路由器300中的波導(dǎo)位置的方法。
[0032]陣列式波導(dǎo)光柵(例如，用以實(shí)施AWG路由器300的波導(dǎo)光柵)通常經(jīng)設(shè)計(jì)成以相對較高的衍射階數(shù)(例如，約第二十或第三十衍射階數(shù))操作。如果陣列式波導(dǎo)光柵是針對第m衍射階數(shù)而設(shè)計(jì)，那么其通常對于若干鄰近階數(shù)(例如，第(m-Ι)和第(m+1)衍射階數(shù))具有相當(dāng)?shù)难苌湫?。對?yīng)于不同鄰近衍射階數(shù)的光可在空間上重疊。
[0033]圖4A以圖形展示由在星形耦合器的對應(yīng)邊緣(例如，AWG路由器300中的星形耦合器340的邊緣338(參見圖3))處的陣列式波導(dǎo)光柵產(chǎn)生的三個(gè)代表性分散的光條402-406。圖4A中的水平軸線表示沿著星形耦合器的邊緣的空間坐標(biāo)(例如，以圖3中針對邊緣338的虛線所指示的方式)。為清楚起見，將條402-406展示為相對于彼此垂直偏移。實(shí)際上，條402-406將在空間上疊加。條402對應(yīng)于第(m_l)衍射階數(shù)。條404對應(yīng)于第m衍射階數(shù)。條406對應(yīng)于第(m+1)衍射階數(shù)。
[0034]雙頭箭頭410指示光柵的布里淵(Brillouin)區(qū)的寬度(Wbz)。此寬度可定義為同一波長的兩個(gè)實(shí)例(但對應(yīng)于兩個(gè)鄰近衍射階數(shù))之間的空間偏移(例如，以微米測量)，如圖4A中所指示。光柵的自由光譜范圍(FSR)可定義為對應(yīng)于兩個(gè)鄰近衍射階數(shù)的兩個(gè)空間疊加的波長之間的光譜分離(例如，以Hz或nm為單位)。舉例來說，具有通過虛線412在圖4A中指示的坐標(biāo)^的空間位置接收來自第m衍射階數(shù)(或條404)的波長λχ和來自第(m+1)衍射階數(shù)(或條406)的波長λy。以nm為單位表示的FSR值因此為λχ-λy。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，以頻率單位表示的FSR值可(例如)通過nm到Hz的適當(dāng)轉(zhuǎn)換而獲得。
[0035]現(xiàn)參照圖4B和4C，這些圖中的每一者中的曲線420展示沿著光柵的星形耦合器的對應(yīng)邊緣(例如，圖3中的星形耦合器340的邊緣338)測量的光柵的代表性發(fā)射特性。請注意，曲線420具有鐘形形狀。曲線420的中間部分相對平坦。垂直虛線422和424標(biāo)記曲線420的兩個(gè)3-dB(50% )衰減點(diǎn)的位置。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，虛線422與424之間的距離等于Wbz(如上文參照圖4A箭頭410定義的光柵的布里淵區(qū)的寬度)。
[0036]當(dāng)AWG設(shè)計(jì)者選擇沿著星形耦合器的邊緣的位置以用于放置對應(yīng)波導(dǎo)末端時(shí)，非常重視曲線420的形狀。一個(gè)原因?yàn)?，系統(tǒng)規(guī)范通常要求光柵的不同波長信道在規(guī)定的規(guī)則間隔的頻率柵格上且不同波長信道之間的插入損耗差異小于規(guī)定的相對較小閾值。這兩個(gè)需求通常被解釋為偏好將波導(dǎo)末端放置于曲線420的中間的相對平坦部分內(nèi)且盡可能遠(yuǎn)離由虛線422和424指示的布里淵區(qū)(BZ)邊緣。
[0037]圖4B中的垂直條柱430a_430d指示波導(dǎo)末端的一個(gè)可能放置，其滿足經(jīng)設(shè)計(jì)具有等于四個(gè)信道間頻率間隔的FSR的陣列式波導(dǎo)光柵的上文指示的準(zhǔn)則。條柱430a-430d的經(jīng)填充部分指示根據(jù)發(fā)射曲線420在相應(yīng)位置處接收的相對光功率。雙頭箭頭432指示對應(yīng)于波導(dǎo)末端的此放置的插入損耗差異。請注意，由箭頭432指示的插入損耗差異可在由條柱430a-430d表示的整個(gè)條柱梳狀物稍微向右移動(dòng)的情況下稍微減小，使得條柱430a和430d變得分別與線422和424等距。
[0038]圖4C中的垂直條柱460a_460e指示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)末端的放置。此放置與圖4B中所展示的放置的不同之處在于，所述條柱中的兩個(gè)(B卩，條柱46(^和460e)直接放置于由虛線422和424指示的BZ邊緣處。類似于圖4B，圖4C中的條柱460A_460E的經(jīng)填充部分指示根據(jù)發(fā)射曲線420在相應(yīng)位置處接收的相對光功率。
[0039]位于圖4C中的橫坐標(biāo)下的表按衍射階數(shù)列出在對應(yīng)于條柱460a_460e的位置中的每一者處接收的波長。所列波長經(jīng)由方程式(I)彼此相關(guān):
[0040]fj = f0+i Δ F(I)
[0041]其中i為整數(shù)A為對應(yīng)于波長λ i的頻率A為對應(yīng)于波長λ ^的頻率；且厶F為常數(shù)(代表頻率間隔)。在一個(gè)實(shí)施例中，Λ F = IOOGHz。
[0042]對所述表的檢驗(yàn)揭示:對應(yīng)于條柱46(^和46(^的位置皆接收波長λ JP λ 5。更具體來說，對應(yīng)于條柱46(^的位置接收分別來自第m和第(m+1)衍射階數(shù)的波長λ i和λ 5。對應(yīng)于條柱46(^的位置接收分別來自第(m-Ι)和第m衍射階數(shù)的波長λ i和λ 5。在波長λ !下由光柵發(fā)射的總光功率由條柱46(^和460ε的經(jīng)填充部分的總和表示，且因而非常接近由條柱460。的經(jīng)填充部分表示的在波長λ 3下發(fā)射的光功率。類似觀測適用于波長入5。
[0043]如果將圖4C的波導(dǎo)配置用以路由具有載波波長λ r λ 4的信號(hào)，那么所得有效插入損耗差異可由箭頭462表示，所述箭頭考慮到條柱460α和460ε的經(jīng)填充部分可合計(jì)的事實(shí)。通過比較箭頭432 (圖4Β)與箭頭462 (圖4C)可發(fā)現(xiàn)，圖4C的波導(dǎo)配置有利地提供比圖4Β的波導(dǎo)配置小的插入損耗差異。還值得注意的是，插入損耗差異的此減少是在不將任何額外損耗引入到其它端口中的任一者的情況下實(shí)現(xiàn)。除了較小的插入損耗差異之外，圖4C的波導(dǎo)配置還提供3-dB分裂器功能性，其可用于平面波導(dǎo)電路200 (圖2)和系統(tǒng)100 (圖1)中，如上文已指示。
[0044]對圖4C中的表的進(jìn)一步檢驗(yàn)揭示:圖4C的波導(dǎo)配置使得能夠?qū)⒉煌鄳?yīng)波長用于對應(yīng)于ONU群組170(參見圖1)中的每一者的上行鏈路信號(hào)和下行鏈路信號(hào)。舉例來說，對于ONU群組HO1，波長A1可用于下行鏈路信號(hào)(如圖1中已指示)且波長λ 5可用于上行鏈路信號(hào)。歸因于光柵的循環(huán)波長響應(yīng)，相對直接地是表明任何波長Xq= X1+(iXFSR(其中q為整數(shù))將滿足用作上行鏈路信號(hào)的載波波長的約束。對于ONU群組1702(圖1中未清楚展示)，波長λ 2可用于下行鏈路信號(hào)(如圖1中已指示)，且波長入6和/或波長λ_2可用于上行鏈路信號(hào)，等。類似地，任何波長λρ = A2+PXFSR(其中P為整數(shù))將滿足用作信道號(hào)2的上行鏈路信號(hào)的載波波長的約束。此特性在WDM-PON系統(tǒng)中很重要，在WDM-PON系統(tǒng)中，下游和上游波長被指派給兩個(gè)不同波長帶。此外，在此WDM-PON系統(tǒng)中，無源波長路由器的循環(huán)響應(yīng)顯著減小發(fā)射器164(圖1)中的激光需要具有的調(diào)諧范圍。事實(shí)上，在一個(gè)實(shí)施例中，每一發(fā)射器164可在僅橫跨無源波長路由器的一個(gè)FSR的總范圍上可調(diào)諧且仍能夠產(chǎn)生被接受載波波長的一者，而不管彼波長的絕對值如何。此特性極大地減小發(fā)射器164的復(fù)雜性，此促進(jìn)伴隨的成本降低以及功率消耗的減少(后者對WDM-PON應(yīng)用而言尤其重要)。[0045]圖5示意地展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可用以實(shí)施無源AWG路由器300 (圖3)的對應(yīng)部分的電路部分500的布局。圖3和5中的類似元件具有最后兩位數(shù)字相同的標(biāo)簽。虛線522和524標(biāo)記光柵的布里淵區(qū)的邊界且分別類似于圖4C的虛線422和424。邊緣538處的波導(dǎo)560a-560e的末端的位置分別對應(yīng)于圖4C中的條柱460A_460E的位置。因此，沿著邊緣538連接波導(dǎo)56(^和560e的弧的長度為WBZ。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，電路部分500有利地具有在其波長信道之間的相對較小的插入損耗差異，且可用以實(shí)施參照圖4C在上文所論述的波長路由配置。
[0046]電路部分500的若干其它特征是值得注意的。舉例來說，星形耦合器540在邊緣538處具有大于光柵的布里淵區(qū)的寬度的寬度。與之相對照，代表性現(xiàn)有技術(shù)星形耦合器具有可能小于光柵的布里淵區(qū)的寬度。后一性質(zhì)為盡可能接近光柵的發(fā)射曲線的中間部分地充填波導(dǎo)的傾向的結(jié)果，例如，如已參照圖4B在上文指示。
[0047]由規(guī)定頻率柵格強(qiáng)加的信道間頻率間隔Λ F(參見方程式(I))確定邊緣538處的鄰近波導(dǎo)560之間的空間分離a。具有電路部分500的AWG路由器的上述特性強(qiáng)迫使用波導(dǎo)配置(其中光柵的布里淵區(qū)的寬度(Wbz)近似等于4a)。一般而言，如果AWG路由器是針對N個(gè)波長信道而設(shè)計(jì)且與本發(fā)明的特定原理一致，那么路由器的波導(dǎo)布局大體上滿足方程式⑵:
[0048]Wbz = Na (2)
[0049]與之相對照，歸因于對應(yīng)波導(dǎo)的可能任意定位(例如，如已參照圖4B在上文指示)，現(xiàn)有技術(shù)波導(dǎo)布局不必滿足方程式(2)。
[0050]圖6以圖形說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可能AWG路由器設(shè)計(jì)變化。更具體來說，圖6中所展示的曲線620為AWG發(fā)射曲線，其類似于圖4B和圖4C中所展示的發(fā)射曲線420。虛線622和624標(biāo)記光柵的布里淵區(qū)的邊界且分別類似于圖4C的虛線422和424。
[0051]一般而言，不同AWG設(shè)計(jì)產(chǎn)生不同發(fā)射曲線。舉例來說，頒予科拉多P.德拉貢(Corrado P.Dragone)的共同擁有的第6，873，766號(hào)美國專利揭示了以類似于圖6中所展示的發(fā)射曲線670的扁平發(fā)射曲線為特征的AWG設(shè)計(jì)。此專利以全文引用的方式并入本文中。
[0052]與產(chǎn)生發(fā)射曲線620的AWG設(shè)計(jì)相比,德拉貢(Dragone)的設(shè)計(jì)的一個(gè)有益特征為德拉貢的設(shè)計(jì)允許實(shí)現(xiàn)位于光柵的布里淵區(qū)中間的波導(dǎo)的插入損耗差異的減小。然而，對于相同F(xiàn)SR，兩個(gè)設(shè)計(jì)具有相同Wbz和BZ邊界的相同位置，如虛線622和624所指示。本發(fā)明的各種實(shí)施例(例如，圖4C所例示)可有利地用以有效地將發(fā)射曲線670的平坦部分實(shí)質(zhì)上一直延伸到BZ邊界。在此意義上，本發(fā)明的各種實(shí)施例和德拉貢的設(shè)計(jì)相互補(bǔ)充且可以協(xié)同方式有利地實(shí)施于同一波導(dǎo)電路中。
[0053]雖然已參考說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但此描述不希望在限制意義上加以理解。
[0054]舉例來說，雖然已將電路200 (圖2)描述為具有耦合到光功率分裂器/組合器220的AWG路由器210，但其它電路配置也是可能的。舉例來說，代替連接到光功率分裂器/組合器220a和220e，AffG路由器210的端口 A和E均可連接到經(jīng)配置以組合下行鏈路信號(hào)的單個(gè)光功率組合器。此配置消除了 AWG路由器210關(guān)于下行鏈路信號(hào)的功率分裂器功能性，使得所得電路可作為常規(guī)AWG路由器操作，雖然在路由器的不同波長信道之間有利地具有相對較小的插入損耗差異。
[0055]對于合并端口 A和端口 E(圖2)的電路的正確實(shí)施方案而言，若干額外要點(diǎn)和/或觀察值得考慮，所述電路幫助避免在對應(yīng)組合器中光功率的過度損耗:
[0056](I)如果組成波導(dǎo)為單模波導(dǎo)，那么相干地組合端口 A和端口 E是有益的。此暗示波導(dǎo)配置，其中從位于星形耦合器的邊緣處的波導(dǎo)末端到組合器的光學(xué)路徑具有相同光程。還優(yōu)選地，對應(yīng)光信號(hào)的相位受適當(dāng)控制以使得輸入光能夠有效地耦合到單個(gè)輸出波導(dǎo)中。
[0057](2)在將組合器實(shí)施為2xlY型組合器或?qū)ΨQ2x1多模干涉計(jì)(MMI)時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果，例如，這是因?yàn)檫@些組合器在其相應(yīng)分支之間不具有固有相位差。與之相對照，2x2光學(xué)耦合器的特征在于必須從外部補(bǔ)償(例如，通過調(diào)整兩個(gè)傳入波導(dǎo)的長度差)的90度相位跳躍。然而，歸因于材料折射率分散，不同波導(dǎo)長度對應(yīng)于稍微不同的相位，且因此耦合效率可變?yōu)椴ㄩL相依的。此波長相依性牽連到其中同時(shí)使用1.55 μ m和1.3μπι譜帶的系統(tǒng)配置。
[0058](3)為了實(shí)現(xiàn)寬帶操作，波導(dǎo)308最好靠近邊緣318(參見圖3)的中心定位。例如，因?yàn)樗每臻g對稱性實(shí)質(zhì)上迫使波導(dǎo)36(^和360ε的末端處的光學(xué)相位相同，故此位置為良好選擇。
[0059](4)相位控制在具有合并到單個(gè)多模波導(dǎo)中的兩個(gè)單模波導(dǎo)的組合器配置中可能并不需要。在此配置中，來自單模波導(dǎo)的所有光功率可耦合到多模波導(dǎo)的不同模式中，借此減少可能的耦合損耗。多模波導(dǎo)可足夠短以使得波導(dǎo)中的模式分散的不利影響足夠小。在一個(gè)示范性配置中，多模波導(dǎo)可由光電二極管端接，所述光電二極管可(例如)為對應(yīng)WDM接收器的一部分。
[0060]雖然已將AWG路由器300 (圖3)描述為具有耦合到星形耦合器320的邊緣318的單個(gè)波導(dǎo)(例如，波導(dǎo)308)，但具有耦合到所述邊緣的多個(gè)波導(dǎo)的實(shí)施例也是可能的。舉例來說，可沿著邊緣318放置一或多個(gè)額外波導(dǎo)以使得所得AWG路由器為循環(huán)AWG路由器。圖3中在波導(dǎo)308旁的兩條虛線指示這些額外波導(dǎo)中的兩個(gè)波導(dǎo)的可能位置。此外，使用AWG結(jié)構(gòu)的循環(huán)路由性質(zhì)，所得AWG路由器可經(jīng)配置以將施加到所述額外光波導(dǎo)中的一者的特定載波波長路由到光波導(dǎo)3604和光波導(dǎo)360Ε兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，可在邊緣338處添加更多波導(dǎo)，例如，分別由圖3中所展示的在波導(dǎo)360α和360Ε旁的兩條虛線指示。
[0061]雖然本說明書中所描述的各種示范性AWG路由器是針對四個(gè)波長信道而設(shè)計(jì)，但本發(fā)明的各種實(shí)施例并無此限制。通過使用本文中所揭示的特定發(fā)明性方面，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)用于實(shí)質(zhì)上任何所要數(shù)目個(gè)波長信道的AWG路由器。
[0062]雖然已參考AWG路由器描述了各種實(shí)施例，但本發(fā)明的原理還可適用于中階梯光柵。更具體來說，代替在發(fā)射中使用陣列式波導(dǎo)光柵，中階梯光柵在反射中使用經(jīng)蝕刻階梯狀光柵。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，上文參考AWG路由器所描述的輸入端口和輸出端口的定位類似地可適用于中階梯類型路由器。類似于AWG路由器，中階梯類型路由器可集成于娃石材料平臺(tái)上。
[0063]在各種替代實(shí)施例中，還可使用替代材料平臺(tái)，例如硅、II1-V半導(dǎo)體材料和聚合物材料。
[0064]對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的所描述實(shí)施例的各種修改以及本發(fā)明的其它實(shí)施例被認(rèn)為處于如隨附權(quán)利要求書中所表示的本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)。
[0065]除非另外清楚說明，否則每一數(shù)值和范圍應(yīng)解釋為近似的，就好像在值或范圍的值前面有詞“約”或“近似” 一樣。
[0066]將進(jìn)一步理解，在不脫離如隨附權(quán)利要求書所表示的本發(fā)明的范圍的情況下，可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行已被描述并說明以便解釋本發(fā)明的性質(zhì)的零件的細(xì)節(jié)、材料和布置的各種變化。
[0067]雖然隨附方法權(quán)利要求中的要素(如果存在)是以具有對應(yīng)標(biāo)記的特定順序陳述，但除非權(quán)利要求的陳述另外暗示用于實(shí)施所述要素中的一些或全部的特定順序，否則未必希望將所述要素限于以所述特定順序來實(shí)施。
[0068]本文中對“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的引用意味結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。短語“在一個(gè)實(shí)施例中”在說明書中的各處的出現(xiàn)未必全部指同一實(shí)施例，也非必定與其它實(shí)施例相互排斥的單獨(dú)或替代實(shí)施例。相同意義適用于術(shù)語“實(shí)施方案”。
[0069]遍及詳細(xì)描述，未按比例繪制的圖式僅為說明性的且被用以解釋本發(fā)明而非限制本發(fā)明。例如高度、長度、寬度、頂部、底部的術(shù)語的使用嚴(yán)格地用以促進(jìn)對本發(fā)明的描述且不希望將本發(fā)明限于特定定向。舉例來說，高度不僅暗示垂直升高限制，而且用以識(shí)別如圖中所示的三維結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度之一。此“高度”在電極為水平的情況下將為垂直的，但在電極為垂直的情況下將為水平的，諸如此類。
[0070]還為了此描述目的，術(shù)語“耦合”、“連接”指此項(xiàng)技術(shù)中已知的或稍后將開發(fā)的借以允許能量在兩個(gè)或兩個(gè)以上元件之間轉(zhuǎn)移的任何方式，且預(yù)期一或多個(gè)額外元件的插入，雖然并不作要求。相反地，術(shù)語“直接耦合”、“直接連接”等暗示不存在這些額外元件。
[0071]本發(fā)明可體現(xiàn)于其它特定設(shè)備和/或方法中。所描述實(shí)施例應(yīng)在各個(gè)方面被視為僅說明性的而非限制性的。明確地說，本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求書而非由本文中的描述和圖來指示。在權(quán)利要求書的等效物的意義和范圍內(nèi)的所有變化將包括于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0072]描述和圖式僅說明本發(fā)明的原理。因此將了解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)體現(xiàn)本發(fā)明的原理且包含于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種布置，雖然所述布置未于本文中清楚描述或展示。此外，本文中所陳述的所有實(shí)例清楚地主要希望僅用于輔助讀者理解
【發(fā)明者】貢獻(xiàn)以增進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)的本發(fā)明的原理和概念的教育目的，且應(yīng)解釋為不限于此特別陳述的實(shí)例和條件。此外，本文中陳述本發(fā)明的原理、方面和實(shí)施例以及其特定實(shí)例的所有敘述既定涵蓋其等效物。
[0073]在權(quán)利要求書中使用圖號(hào)和/或圖參考標(biāo)記既定識(shí)別所主張標(biāo)的物的一或多個(gè)可能實(shí)施例以便促進(jìn)對權(quán)利要求書的解釋。此使用不應(yīng)被解釋為必定將所述權(quán)利要求的范圍限于對應(yīng)圖中所展示的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包括無源陣列式波導(dǎo)光柵AWG路由器(例如，210、300)，所述AWG路由器包括: 第一光學(xué)星形耦合器(例如，320)，所述第一耦合器具有耦合到其第一邊緣(例如，318)的第一光波導(dǎo)(例如，308)和耦合到其相對第二邊緣的光波導(dǎo)(例如，330)的第一橫向陣列；和 第二光學(xué)星形耦合器(例如，340)，所述第二耦合器具有耦合到其第一邊緣的光波導(dǎo)的所述第一橫向陣列和耦合到其相對第二邊緣(例如，338)的光波導(dǎo)(例如，360)的第二橫向陣列；且 其中所述無源AWG路由器經(jīng)配置以將施加到所述第一光波導(dǎo)的第一載波波長路由到所述第二橫向陣列的第一光波導(dǎo)(例如，360a)和所述第二橫向陣列的第二光波導(dǎo)(例如，360e)兩者,所述第二橫向陣列的所述第一和第二光波導(dǎo)通過定位于所述第二橫向陣列中在所述兩者之間的至少一個(gè)其它光波導(dǎo)(例如，360。)而彼此分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中: 所述第二橫向陣列的所述第一和第二光波導(dǎo)彼此分離達(dá)標(biāo)稱等于所述無源AWG路由器的布里淵區(qū)寬度的距離，所述距離是沿著所述第二光學(xué)星形耦合器的所述第二邊緣測量；且 所述第二橫向陣列的所述第一和第二光波導(dǎo)與所述第一邊緣的中心等距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二橫向陣列的所述第一和第二光波導(dǎo)通過在所述第二橫向陣列中定位于所述兩者之間的多個(gè)規(guī)則間隔的光波導(dǎo)(例如，560b-560d)而彼此分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二橫向陣列包括定位于所述第二橫向陣列中在由所述第一和第二光波導(dǎo)限界的扇區(qū)外的一或多個(gè)光波導(dǎo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二光學(xué)星形耦合器的所述第二邊緣具有大于所述無源AWG路由器的所述布里淵區(qū)寬度的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述無源AWG路由器經(jīng)進(jìn)一步配置以將施加到所述第一光波導(dǎo)的第二載波波長路由到所述第二橫向陣列的所述第一光波導(dǎo)和所述第二橫向陣列的所述第二光波導(dǎo)兩者，所述第二載波波長與所述第一載波波長偏移達(dá)所述無源AffG路由器的以波長單位表示的自由光譜范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括多個(gè)光功率分裂器(例如，220)，每一分裂器耦合到所述第二橫向陣列的所述光波導(dǎo)的相應(yīng)光波導(dǎo)且經(jīng)配置以將從所述相應(yīng)光波導(dǎo)接收的光功率分裂成若干部分且沿著不同相應(yīng)傳播路徑導(dǎo)引所述分裂部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中: 所述無源AWG路由器進(jìn)一步包括具有平坦表面的襯底(例如，202)，其中所述第一光學(xué)星形耦合器、所述第二光學(xué)星形耦合器和所述多個(gè)光功率分裂器實(shí)施于所述襯底上；且 所述多個(gè)光功率分裂器包括: 第一光功率分裂器(例如，220A)，其耦合到所述第二橫向陣列的所述第一光波導(dǎo)且經(jīng)配置以將從所述第一光波導(dǎo)接收的所述光功率分裂成k個(gè)分裂部分，其中k為大于I的正整數(shù)； 第二光功率分裂器(例如，220E)，其耦合到所述第二橫向陣列的所述第二光波導(dǎo)且經(jīng)配置以將從所述第二光波導(dǎo)接收的所述光功率分裂成k個(gè)分裂部分；和 至少第三光功率分裂器(例如，220。)，其耦合到所述第二橫向陣列的所述另一光波導(dǎo)且經(jīng)配置以將從所述另一光波導(dǎo)接收的所述光功率分裂成2k個(gè)分裂部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括: 光網(wǎng)絡(luò)單元的第一群組(例如，HO1)，每一光網(wǎng)絡(luò)單元耦合到所述第一光功率分裂器或所述第二光功率分裂器； 光網(wǎng)絡(luò)單元的第二群組(例如，170N)，每一光網(wǎng)絡(luò)單元耦合到所述第三光功率分裂器；和 光線路終端(例如，110)，其耦合到耦合到所述第一光學(xué)星形耦合器的所述第一邊緣的所述第一光波導(dǎo)(例如，208)且經(jīng)配置以: 經(jīng)由所述無源AWG路由器將具 有所述第一載波波長的光信號(hào)廣播到光網(wǎng)絡(luò)單元的所述第一群組 '及 經(jīng)由所述無源AWG路由器將具有第二載波波長的光信號(hào)廣播到光網(wǎng)絡(luò)單元的所述第二群組。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中: 所述第一光學(xué)星形耦合器進(jìn)一步具有耦合到其所述第一邊緣的第二光波導(dǎo)；且所述無源AWG路由器經(jīng)進(jìn)一步配置以將施加到所述第二光波導(dǎo)的第二載波波長路由到所述第二橫向陣列的所述第一光波導(dǎo)和所述第二橫向陣列的所述第二光波導(dǎo)兩者。
【文檔編號(hào)】H04J14/02GK103930811SQ201280055161
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】彼得羅·A·G·貝爾納斯科尼, 戴維·T·尼爾森 申請人:阿爾卡特朗訊