一種功率均勻分配的星型耦合器及其設置方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功率均勻分配的星型耦合器及其設置方法。
【背景技術】
[0002]最有吸引力的光網絡結構是以無源組件NXN星型耦合器為基礎的高速、大規模、多接入光網絡。在這里我們使用N表示光信道的數目。在此類光網絡結構中，星型耦合器起著對多路接入的組件功率分配的功能[1]。相互連接的3分貝耦合器的陣列可被用作一個星形親合[2]。然而，當N非常大時，制造的復雜性和光損耗會讓人望而卻步。Dragnoe等人
[3]提出了一種更簡單的集成光學星形耦合器包括由一個輻射區域用于分開通道波導的陣列，如圖1所示。該結構保持了緊湊的芯片尺寸，同時信道的數目可以很大，但是卻存在功率的不均勻分配，這是由于來自任何一個波導的光在自由傳播區(FPR)的衍射圖案都近似高斯形，如圖3中所示。
[0003]為了克服功率分配不均勻性的問題，人們可以增加接收外波導的孔寬度[4]，如圖4所示。然而，這種方法只可以在單一方向的星形耦合器中使用，單一方向的星形耦合即為星形耦合器的輸入和輸出側均被固定。
[0004]另一個方法是利用在輸入陣列中定向耦合平行波導端部形成一個種特殊的光衍射特性場分布圖形。Okamoto等人[5]首先報道了他們在這種情況下的數值模擬衍射圖案。它可以用在雙向星形耦合器的設計。輸入陣列中的波導的形狀需要特殊設計，以獲得這種特殊的光衍射特性場分布圖形。因此，這種設計的星形耦合器對制造變化非常敏感，加工精度要求非常高。

【發明內容】

[0005]本發明為了克服現有技術中星形耦合器的功率分配不均勻的問題，提出了一種功率均勻分配的星型耦合器及其設置方法，通過對星形耦合器中的波導輸入端和波導輸出端之間的距離參數進行調整，使得穿過波導開放區域的光呈辛格函數的形式分布，從而在波導輸出端得到呈矩形分布的光，完成功率的均勻分配。
[0006]一種功率均勻分配的星型耦合器，包括設置在硅芯片上的NXN個光波導輸入端與光波導輸出端，所述光波導輸入端與光波導輸出端以兩者的中軸線對稱分布；
[0007]所述光波導輸入端與波導開放區域之間的間距為0.5-2微米，所述光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的正中間端部的距離為2-3mm ;
[0008]在使用軟件仿真過程中，為了在波導開放區域得到呈矩形分布效果更好的光譜，對光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的正中間端部的距離進行調整，調整參數為Lf，即將光波導輸入端的正中間光輸出點O沿水平中線向右邊移動，Lf的取值范圍為0.1-0.2mm。
[0009]所述光波導輸入端與光波導輸出端與自由傳播區域相連的光波導自由傳播區域端口寬度為aW，其中，W為光波導寬度，a為光波導在自由傳播區域端口寬度與光波導寬度的比值；
[0010]所述光波導輸出端的寬度從星型耦合器的自由傳播區域端口開始沿光波導連接方向逐漸加寬，直到光波導輸出端的寬度達到光波導寬度，所述逐漸加寬的延伸長度為Lt，Lt的取值范圍為2-3mm0
[0011]在光波導輸出端兩側分別設置3-4個虛擬光波導。
[0012]一種功率均勻分配的星型耦合器的設置方法，通過以下步驟的設置，光波導在自由傳播區域輸入端口的光呈辛格函數分布，從而在光波導在自由傳播區域輸出端獲得的光呈矩形分布，完成對功率的均勻分配，具體步驟如下:
[0013]步驟1:將光波導輸入端與波導開放區域之間的間距設置為5-8微米；
[0014]步驟2:將光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的最外沿之間的距離設置為2-3mm ；
[0015]步驟3:將光波導輸入端與光波導輸出端與自由傳播區域相連的光波導自由傳播區域端口寬度設置為aW，其中，W為光波導寬度，a為光波導自由傳播區域端口寬度與光波導寬度的比值；
[0016]步驟4:將光波導輸出端的寬度從光波導自由傳播區域端口開始沿光波導連接方向逐漸加寬，直到光波導輸出端的寬度達到光波導寬度，所述逐漸加寬的延伸長度為Lt，Lt的取值范圍為2-3mm0
[0017]sine函數，又稱辛格函數，用sine (X)表示。也記作Sa函數，用Sa (X)表示。在頻域它的形狀象一個矩形函數。
[0018]有益效果
[0019]本發明提出了一種功率均勻分配的星型耦合器及其設置方法，該星型耦合器包括設置在娃芯片上的NXN個光波導輸入端與光波導輸出端，所述光波導輸入端與光波導輸出端以兩者的中軸線對稱分布；所述光波導輸入端與波導開放區域之間的間距為0.5-2微米，所述光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的正中間端部的距離為2-3mm;所述光波導輸入端與光波導輸出端與自由傳播區域相連的光波導自由傳播區域端口寬度為aW，其中，W為光波導寬度，α為光波導在自由傳播區域端口寬度與光波導寬度的比值；所述光波導輸出端的寬度從星型耦合器的自由傳播區域端口開始沿光波導連接方向逐漸加寬，直到光波導輸出端的寬度達到光波導寬度，所述逐漸加寬的延伸長度為Lt，Lt的取值范圍為2-3mm0
[0020]通過對星形耦合器中的波導輸入端和波導輸出端之間的距離參數進行調整，使得穿過波導開放區域的光呈辛格函數的形式分布，從而在波導輸出端得到呈矩形分布的光，完成功率的均勻分配。
【附圖說明】
[0021]圖1為5X9星形耦合器的結構示意圖；
[0022]圖2為NXN的星形耦合器的結構示意圖，其中，FPR表示自由傳播區，WOR表示波導開放區；
[0023]圖3為光在自由傳播區的衍射圖案呈高斯形分布示意圖；
[0024]圖4為I X 16光功率分配星形親合器的結構不意圖；
[0025]圖5為本發明所述的星型耦合器結構示意圖；
[0026]圖6為辛格函數分布示意圖；
[0027]圖7為在自由傳播區域呈矩形分布光譜示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0029]如圖5所示，一種功率均勻分配的星型耦合器，包括設置在硅芯片上的NXN個光波導輸入端與光波導輸出端，所述光波導輸入端與光波導輸出端以兩者的中軸線對稱分布；
[0030]該耦合器是在現有的星型耦合器做出的進一步改進，現有技術中的星型耦合器如圖2所示；
[0031]所述光波導輸入端與波導開放區域之間的間距為0.5-2微米，所述光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的正中間端部的距離為2-3mm ;
[0032]在使用軟件仿真過程中，為了在波導開放區域得到呈矩形分布效果更好的光譜，對光波導輸入端的正中間光輸出點到光波導輸出端的正中間端部的距離進行調整，調整參數為Lf，即將光波導輸入端的正中間光輸出點O沿水平中線