单纤三向器件tprilexer 的平面光波导芯片结构设计

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1、单纤三向器件Triplexer平面光波导芯片结构设计陈霞，陈思乡(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070)摘要：本文对采用平面光波导技术的单纤三向器件Triplexer芯片结构的参数进行了优化设计，对单元结构的光谱响应进行了模拟计算，通过数值模拟分析了结构的工艺容差性。结果表明，采用双模耦合器和Mach-Zehnder干涉仪结构可以得到工艺容差性高、光谱响应优良的适用的Triplexer器件。关键词：单纤三向器件，平面光波导，双模耦合器，M-Z干涉仪Designoptimizationoftriplexerchipbasedonplanarlightwaveci

2、rcuitChenXia,ChenSixiang(SchoolofElectromechanicsEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070)Abstract:Designoptimizationofanovelintegratedtriplexerbasedonplanarlightwavecircuit(PLC)forfiber-to-thepremiseapplicationsisdescribed.ThetwomodeinterferenceandMach-zehnderinterferometerar

3、eusedtoconstructthefilterchip.Simulationresultsofhighisolationandlowinsertionlossaregottenforproposeddesign.Andtechniquetoleranceisimprovedtobeapplicableforfabricating.deviceKeyword:tri-directionaldevice,PLC,twomodeinterference,Mach-zehnderinterference1、引言单纤三向器件Tprilexer是下一代接入网技术FTTH光网络中

4、关键的不可或缺的器件之一，包含两个下路波长1490nm、1550nm和一个上路波长1310nm的滤波或复用/解复用，三个波长的带宽要求不同，分别为100nm、20nm和10nm。Triplexer复用/解复用主要有两个难点：一是三个波长是非均匀分布且波长（或频率）跨度大，二是每个波长的带宽不同且相差较大。目前的解决方法是基于传统分立元件的薄膜滤波片（TFF）滤波技术，但是这种方式引入了大量的分立元件和装配工序，使得器件的成本较高。平面光波导（PLC）技术被认为是能够克服用于大批传统分立元件缺点、适量生产的、能集成化和小型化的、大幅度降低成本的比较有前途的技术。Tripl

5、exerPLC芯片的结构现在主要有几种形式：1）波导＋膜片混合集成形式【1,2】，2）耦合器＋波导BRAGG光栅结构【3】，3）MMI(Multi-ModeInterferometer)干涉仪＋AWG(ArrayedWaveguideGrating)结构【4】，4）MZI（Mach－ZehnderInterferometer）干涉仪型结构【5】，5）EDG（EchelleDiffractionGrating）结构【6】。上述几种方法各有特点，但由于存在诸如器件尺寸、插入损耗、通道带宽、隔离度或工艺容差性等的问题，目前还没有成熟的实用性的产品面世。本文提出一种采用双模耦合

6、器和MZI干涉仪的新的结构形式，获得了较好的光谱响应和工艺容差性。2、设计原理包含两个输入输出双模耦合器的M-Z干涉仪的结构如图1(a)所示，当干涉仪的两个臂长度不等时，光波在两个臂中传播后会聚时具有一定的相位差，干涉仪对产生干涉的两束光的作用可以用传输矩阵来表示。假定输入端口1、2的光场为E0和0，归一化的输出光强为：(1)陈霞，女，1980年出生，湖北十堰人，博士，副教授，主要从事光纤通信器件的研究。(2)其中表示Mach－Zehnder干涉仪两臂之间的相位差。当两个耦合器的耦合比均为1：1，即相位因子为π/4时，归一化输出光强可以写为：(3)于是可以得到输出口a、

7、b光强最大时波长的表达式：(4)其中m为干涉级次，因此可以在输出端口得到不同的波长响应。波长响应的频率间隔为：(5)输出端口光场的响应为类正弦形式，一般采用多级级联的方式，通过选择合适的耦合比和配置不同的干涉臂长度差可以形成平顶光谱响应的WDM滤波器。图1(b)是两级级联的形式，同样假定输入的光场为E0和0，输出端口的光场复振幅为：(6)(7)其中：根据傅立叶级数展开的理论，矩形函数可以展开为正弦函数的叠加，或者基频和相应高频正弦函数的叠加合成为矩形函数，因此假定：，那么端口a、b的归一化输出光强分别为：(8)k1k2L1L212abk1