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CN105700071B - 温度不敏感demux/mux装置及其制作方法 - Google Patents

温度不敏感demux/mux装置及其制作方法 Download PDF

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CN105700071B CN201510926209.5A CN201510926209A CN105700071B CN 105700071 B CN105700071 B CN 105700071B CN 201510926209 A CN201510926209 A CN 201510926209A CN 105700071 B CN105700071 B CN 105700071B
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Abstract

提供了一种用于WDM应用的温度不敏感DEMUX/MUX装置及其制作方法，所述温度不敏感DEMUX/MUX装置的波长不因环境温度而改变。温度不敏感DEMUX/MUX装置包括基于波导的延迟线干涉仪，该延迟线干涉仪被配置为接收承载多路复用波长的输入光并且输出承载相同的多路复用波长但是具有偏移强度峰值位置的第一输出光。第一输出光通过第一自由空间耦合器以及光栅光纤或波导被传输到DEMUX装置中，从而被解复用以形成每个承载单独波长的多个第二输出光。DEMUX装置包括用于将每个第二输出光重新聚焦至对应的输出通道的第二自由空间耦合器。第一输出光的偏移强度峰值位置是可调谐的以使每个第二输出光避免与输出通道对应的任何温度引发的偏离。

Description

温度不敏感DEMUX/MUX装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及光通信技术。更具体地，本发明提供温度不敏感的 DEMUX/MUX硅的硅光子装置配置以及其方法。
背景技术
在过去的几十年，通信网络的使用迅猛发展。在早期的因特网中，流行的应用程序限于电子邮件、公告栏以及主要基于信息和文本的网页浏览，并且所传输的数据量通常较小。如今，因特网和移动应用程序需要大量带宽，用于传输照片、视频、音乐以及其他多媒体文件。例如，社交网络(例如，Facebook)每天处理超过500TB的数据。对于这样的高的数据和数据传输要求，需要改善现有的数据通信系统以解决这些需要。
电脑技术的发展(以及摩耳定律的继续)变得越来越多地取决于微芯片之间以及以内的更快的数据传输。光互连可以提供一个前进的方向，并且硅光子被证实，一旦集成在标准硅芯片上，会尤其有用。通过现有单模光纤的40-Gbit/s然后100-Gbit/s的数据速率波分多路复用(WDM)光传输是下一代光纤通信网络的目标。迄今为止的最大的难题(bighangup) 是减慢通信信号速度的类似色散现象的光纤损害。在直到10Gbits/s多一点时，一切都很好的，但是一旦超过这个数据率，失真和衰减会产生一定的影响。针对调制方法建议了许多方法以便针对每个符号传送两位或多位，从而可以实现高的通讯速率。马赫-曾德调制(MZM)可以处理更高的数据速率，但是需要具有宽输出电压摆幅的差动式(differential)驱动器。在数据传输的光调制以外，光信号的MUX/DEMUX是基于硅光子的光网络的基本组成部分。
硅光子装置可以使用现有的半导体制造技术制成，并且因为绝缘体上的硅已经用作大部分集成电路的基板，所以可以创造光部件和电子部件集成在单个微芯片上的混合装置。具体地，硅光子装置已经用于WDM中，尤其密集波分复用(DWDM)，光传输网络，其中DEMUX/MUX波长会由于环境温度而改变，从而引起通过网络传送光信号的问题。传统地，波长控制可以在使用TEC电路(其通常与高功率消耗相关联)的阵列波导光栅(AWG)DEMUX中进行。因此，需要具有低得多的功率消耗，对温度不敏感的DEMUX/MUX装置的改善的波长控制技术。
发明内容
本发明涉及光通信技术。更具体地，本发明提供用于基于波导的多通道光传输的温度不敏感的DUMUX/MUX硅光子装置。仅通过举例，本发明公开温度不敏感的DEMUX装置的配置作为不会由周围温度改变的，具有相应的多通道波长的WDM光通信的解决方案，尽管其他应用也是可能的。
在现代电互连系统中，高速串行链路代替了并行数据总线，并且由于 CMOS技术的演变，所以串行链路速度快速增大。遵循摩尔定律，因特网宽带几乎每隔两年就翻倍。但是摩尔定律在今后十年将失效。标准的 CMOS硅晶体管在大约5nm时停止扩展。并且，由工艺放大造成的因特网带宽增大将达到平衡。但是，因特网和移动应用程序继续需要大量带宽，来传输照片、视频、音乐以及其他多媒体文件。本公开描述了用于在摩尔定律之外提高通信带宽的技术和方法。
在实施方式中，本发明提供用于WDM的温度不敏感的 DEMUX/MUX装置，该装置包括：延迟线干涉仪(DLI)，包括：第一 MMI耦合器，所述第一MMI耦合器被配置为接收第一输入光，所述第一输入光承载多个波长并且分为两个光分支以分别传输通过具有相位延迟的两个波导。DLI还包括第二MMI耦合器，被配置为将所述两个光分支结合以形成穿过出口平面的第一输出光，其中所述出口平面进一步从所述两个光分支的焦点位移第一距离。另外，该装置包括第一自由空间耦合器，具有：与所述第二MMI耦合器的所述出口平面附接的输入平面，以将所述第一输出光作为为承载相同的所述多个波长的第二输入光接收。该装置进一步包括一个或多个光纤或波导，用于基于所述多个波长将所述第二输入光空间地分割。此外，配置为重新聚焦所述空间地分割的光，以在多个输出通道处分别形成多个第二输出光，其中所述多个输出通道的每个携带所述多个波长的单个波长。此外，所述第一输出光在所述出口平面处包括强度峰值位置，所述出口平面在环境温度改变时，以第二距离远离所述两个光分支的所述焦点的投射位置而偏移。所述第二距离是可调谐的，以便使具有相应的单个波长的所述第二输出光中的每一个在任何环境温度基本上避免所述对应的输出通道的任何空间偏移。
在另外的实施方式中，本发明提供制造用于WDM的温度不敏感的 DEMUX通道的方法。该方法包括在具有多个波长的第一输入光和 DEMUX装置的输入端口之间耦接延迟线干涉仪。延迟线干涉仪(DLI) 包括：第一MMI耦合器，配置为接收承载多个波长的所述第一输入光并且分成两个光分支。DLI进一步包括两个波导，该两个波导被配置为在所述两个波导中的一个中分别传输具有相位延迟的所述两个光分支。另外， DLI包括第二MMI耦合器，该第二MMI耦合器被配置为结合所述两个光分支以形成承载相同的所述多个波长的第一输出光，所述第一输出光在出口平面内具有强度峰值位置，其中所述出口平面离开所述两个光分支的焦点而位移第一距离。该方法进一步包括将所述第一输出光转换至输入到所述DEMUX装置中的第二输入光并且通通过光栅光纤或者波导传输所述第二输入光以形成多个第二输出光，所述第二输出光的每个承载所述多个波长的单个波长。此外，该方法包括将每个第二输出光重新聚焦至对应的输出通道，其中，由于环境温度的改变导致的每个第二输出光的远离所述对应的输出通道的任何空间偏移，通过在所述第二MMI耦合器的所述出口平面处转移所述第一输出光的所述第一位置而进行补偿。
在又一实施方式中，本发明提供制造用于WDM的温度不敏感的 DEMUX通道的方法。该方法包括添加延迟长度干涉仪，所述延迟长度干涉仪配置为接收具有多路复用的波长的第一光并且输出具有相同的所述多路复用的波长但是具有偏移的强度峰值位置的第二光。另外，该方法包括将具有偏移的强度峰值位置的所述第二光作为输入光传输通过DEMUX 装置以获取多个第三光，所述多个第三光的每一个在每个分离的输出通道处承载单个波长。此外，该方法包括将加热器附接至所述延迟线干涉仪，用于调谐所述偏移的强度峰值位置以补偿各个第三光的远离各个对应输出通道的任何温度引发的偏移。
本发明在已知的波导激光通信技术的背景下实现了这些和其他优点。然而，通过引用说明书的后半部分以及附图，可以实现本发明的性质和优点的进一步理解。
附图说明
以下示图仅仅是实例，不应当过度限制此处的权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多其他变化、变形或修改。还应该理解，此处描述的实例和实施方式仅用于说明的目的，并且将建议本领域技术人员进行根据其的各种改变或变化并且它们均被包括所附权利要求的精神和该过程的权限(purview of this process)以及范围以内。
图1A是在环境温度T0下传统的多通道DEMUX装置的简化图。
图1B是在环境温度T1≠T0下图1A 的多通道DEMUX装置的简化图。
图2是根据本发明的实施方式的被配置为由于温度从T0转换至T1而重新设置输入通道位置的多通道DEMUX装置的简化图。
图3A是根据本发明的实施方式的在环境温度T0下的温度不敏感的多通道DEMUX装置的简化图。
图3B是根据本发明的实施方式的在环境温度T1≠T0下的温度不敏感的多通道DEMUX装置的简化图。
图4A是根据本发明的实施方式的温度不敏感的DEMUX装置的延迟线干涉仪(DLI)中的光结合器的俯视图。
图4B是根据本发明的实施方式的在T＝T1下的通过具有偏移聚焦位置的图4A的光结合器光结合器传送的光的功率分布的俯视图。
图5是示出根据本发明的实施方式的由于从T0至T1的温度变化导致的光聚焦位置偏移的DLI的输出光的标准化功率的曲线。
具体实施方式
本发明涉及光通信技术。更具体地，本发明针对基于波导的多通道光传输提供温度不敏感的DUMUX/MUX硅光子装置。仅通过举例，本发明公开温度不敏感的DEMUX装置的配置作为WDM光通信(其中相应的多通道波长不会由周围温度改变)的解决方案，尽管其他应用也是可能的。
在过去的几十年，随着云计算和数据中心的出现，网络服务器的需要演进。例如，长时间使用的三层配置不再充分或合适，这是因为分布式应用程序需要更平的网络架构，其中，服务器虚拟化允许服务器并行操作。例如，多个服务器可以共同用于执行请求的任务。对于并行运行的多个服务器而言，在它们自身之间快速地分享大量信息通常是必要的，这与使数据通过多层网络架构(例如，网络交换机等)来回移动相反。
提供叶脊柱型网络架构，以更好地允许服务器并行运行，并且在服务器之间快速移动数据，提供高带宽和低延迟。通常，叶脊柱型网络架构使用架顶(top-of-rack)交换机，该交换机可以直接进入服务器节点和链路内，返回到一组非阻塞脊柱交换机，这些交换机具有充足的带宽，以允许服务器的群集彼此链接并且共享大量数据。
在如今的典型的叶脊柱型网络中，在服务器之间分享千兆位的数据。在某些网络架构中，在相同等级上的网络服务器具有某些对等链路，用于进行数据共享。可惜的是，这种类型的设置的带宽通常不充分。应理解的是，本发明的实施方式使用在叶脊柱型架构内的PAM(例如，PAM4、 PAM8、PAM12、PAM16等)，该叶脊柱型架构允许通过光网络传输大量数据(在脊柱等级上具有高达万亿字节的数据)。
呈现以下描述，以使本领域的技术人员能够制造和使用本发明并且将其结合在特定应用的背景下。对于本领域的技术人员，各种修改以及在不同应用中的各种使用将是显而易见的，并且在本文中限定的一般原理可应用于实施方式的宽范围。因此，本发明并非旨在限于所提出的实施方式，而是旨在符合与本文中所公开的原理和新特征一致的最广范围。
在以下详细描述中，阐述了大量具体细节，以便更彻底地理解本发明。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可不必限于这些具体细节来实践本发明。在其他情况下，以方框图的形式(而非详细地)示出了熟知的结构和装置，以避免使本发明晦涩难懂。
将读者的注意力引向与本说明书同时提交的并且与本说明书一起公开供公众检查的所有文件和文档，并且所有这些文件和文档的内容通过引用结合于本文中。在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要以及示图) 中公开的所有特征可以由用作相同、等效或相似目的的替换的特征代替，除非另有明文规定。因此，除非另有明文规定，否则每个特征仅仅是一系列通用的等效或相似特征的一个实例。
而且，在未明确规定用于执行规定的功能的“装置”或者用于执行规定的功能的“步骤”的权利要求中的任何部件不要理解为在美国专利法第112条第6段中规定的“装置”或“步骤”条款。特别地，在本文的权利要求书中使用“步骤”或“行为”并非旨在援引美国法典第35篇第112 节第6段的规定。
要注意的是，如果使用的话，那么标记左、右、前、后、顶部、底部、向前、向后、顺时针以及逆时针仅仅用于方便的目的，并非旨在暗含任何特定的固定方向。相反，这些标记用于表示在物体的各个部分之间的相对位置和/或方向。
图1A是在环境温度To下传统的多通道DEMUX装置的简化图。如示出的，多通道DEMUX装置100接收光信号(10)，该光信号由与对应于光通信的多个WDM通道的多个波长(包括两个邻近的通道λ1和λ2) 混合。例如，这些通道包括一组密集波分复用(DWDM)ITU网格波长，这可以与在任何DWDM光通信系统中的长距离的光纤中传送一样。在另一实例中，这些通道可以是多个粗略波分复用(CWDM)通道。对于DWDM 系统，两个相邻的通道包括选自l00GHz、50GHz、25GHz和12.5GHz的频率间距，尽管任何其他通道间距是可能的。对于CWCM系统，通道间距还可以是20nm(1300nm波长窗口(wavelength window)中的3500GHz)。
多通道DEMUX装置100被配置为将光信号分离或去耦至多个单独的通道以获得预定通道处的每个波长(例如，λ1或λ2)并输出至单个纤维或专用波导。入射光(10)穿过自由空间耦合器(101)并且进入基于一束光纤或阵列波导光栅(AWG)的通道(103)。第一自由空间耦合器101可以是腔体，在其中输入光从特定位置向着一束光纤或阵列波导(103) 衍射。纤维或波导(103)制成为具有不同的长度并且因此在通道出口出具有不同的相移。第二自由空间耦合器(102)耦接至通道出口并提供腔体以允许来自所有通道的光干涉。该过程导致具有不同的波长的光解复用，不同的波长在不同位置具有最大干涉。因此，解复用的光以以下方式被引导至相应的输出端口和输出波导，即每个输出通道，例如，通道11或通道12仅接收一个波长λ1或λ2的光。DEMUX装置100与从(101) 至(102)的光路相关联，同时可以称为具有颠倒光路的MUX装置。
参照图1A ，DEMUX装置100，无论是由自由空间光纤部件还是阵列波导光栅材料制成，经过其的光信号通常受到温度的影响，因为环境温度改变会引起光介质的折射率改变。例如，基于AWG的DEMUX装置是通过在包括大量光栅波导(103)的硅基板上沉积掺杂和无掺杂的二氧化硅层而制造的平面光波电路，该光栅波导具有从一个通道至下一个通道的持续长度增量(ΔL)，从而提供阵列相移。在耦合器/平板界面处的输入波导离开的衍射光通过自由空间区域(101)传播并且以高斯分布照亮光栅。耦接至光栅波导(103)的光的每个波长经受持续的相位变化，这要归因于光栅波导的持续长度增加。从光栅的每个波导衍射的光通过另一个自由空间区域(102)进行干涉并且在具有相应的空间位置的输出通道处重新聚焦，所述空间位置基于与温度相关的阵列相移。例如，多通道DEMUX 装置100在环境温度T＝T0下被配置为将具有不同的通道波长的每个解复用光与一个预定输出通道位置完全对准，以使具有那个特定波长的相应的光信号可以传送至相应的波导中。
图1B是在环境温度T1≠T0下图1A 的多通道DEMUX装置的简化图。如示出的，当环境温度从T0变化至T1时，光栅波导(103)以内的阵列相移也是如此，导致输出波导处的焦点位置的空间变化。例如，具有波长λ1的通道11或者具有波长λ2的通道12(以及所有其他通道中的每个)从相应的指定光聚焦位置向远处偏移，使得输出波导不能适当地传送具有相应的解复用波长的单个光信号。这个问题的传统解决方案是将温度稳定器添加至DEMUX装置100。例如，典型的基于AWG的DEMUX装置包括TEC 装置，该TEC装置可以或者加热或者冷却光栅波导(103)以便在环境温度改变时，将温度维持在指定的T0值(具有小的可容许的余量)。当然，这引入了光通信领域中采用的这样的DEMUX装置的大的功率消耗。
图2是根据本发明的实施方式的被配置为由于温度从T0转换至T1而重新设置输入通道位置的多通道DEMUX装置的简化图。该图仅仅是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到很多变更、替换以及修改。如示出的，多通道DEMUX装置200基本上与多通道DEMUX装置100相同，除了装置200被配置为在环境温度改变时转移输入通道位置。例如，当T0变化T1时，如果输入通道位置从预先设定的位置(对于T0时)20转移适当的距离至新的位置20A(当T＝T1时)，使得由这样的温度变化引起每个通道的由于阵列相移导致输出通道(202) 的聚焦位置的任何空间变化，则具有特定波长的解复用输出光(诸如通道 21的λ1和通道22的λ2，或者任何其他通道)可以再次对准至与已经对于T＝T0预先确定的输出波导通道对应的相应位置。因此，仅仅移动具有复用波长的输入光的一个位置，就能够补偿在相应的输出波导通道处的具有解复用波长的输出光的多个偏离聚焦位置。换言之，在被配置为连接波导的每个输出通道处将传送具有锁定波长的光，而不考虑环境温度改变 (在允许的标准系统操作规程以内)。
在实施方式中，温度控制的延迟长度干涉仪(DLI)可以用于实现以上构思，以便通过有意地转移输入通道位置补偿与温度有关的通道聚焦位置偏离。图3A是根据本发明的实施方式的在环境温度T0下的温度不敏感的多通道DEMUX装置的简化图。该图仅仅是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域的技术人员将认识到很多变更、替换以及修改。如示出的，多通道DEMUX装置300包括基于波导的DLI 310，该基于波导的DLI 310被配置为耦接入射光30并且调谐其在DEMUX装置300 的输入通道30A的聚焦位置。
参照图3A，DLI 310包括第一光功率耦合器311，该第一光功率耦合器被配置为在位置30处接收具有复用波长的输入光并且在第二光功率耦合器312处再次结合之前将其分成(通过输入耦合器311)两个分支波导 313和314以具有与DEMUX装置300的输入光聚焦位置30A对准的输出光(仍然具有复用波长)。第一分支波导313被指定为具有比第二分支波导314长特定值的长度，从而提供相位延迟。作为输入光，由输入耦合器分离，通过具有相位延迟的两个分支的波导传送并且在输出耦合器处合并，衍射光谱形成为其中多个谐波峰(harmonic peaks)聚焦在特定位置。在具体实施方式中，设定为具有相位延迟的特定DLI被选择以便提供两个连续的谐波峰之间的间隔，称为自由光谱范围(FSR)，以等于两个最近邻的通道波长的差异。例如，如果波长λ1和波长λ2是与两个邻近的通道(诸如DWDM通信系统的50GHz或l00GHz)相对应的两个波长，然后DLI 310 的FSR被选择为(当然在从频率单位转换为长度单位之后)等于|λ1-λ2|。这个DLI设定确保所有具有不同的波长的光在穿过两个波导的分支313和 314进入第二光功率耦合器312之后可以聚焦至单个点，即，具有单个焦点。
在另一具体实施方式中，两个波导分枝都是由在单个绝缘体硅衬底上的硅基材料制成。一个分支也可以附接有能够改变装置温度的电阻加热器，用于针对这个分支的波导提供指数的调谐能力。因此，两支波导之间的相位延迟变成可用于光通信系统中的温度不敏感装置的可调谐的元素。
此外，选择用于FSR这个值的理由是允许每个通道光的聚焦位置可在两个连续谐波峰值的间隔内调整，因此与DEMUX装置相关联的所有通道可以相同方式调整。因为光栅波导(303)的折射率是对温度敏感的，所以由于环境温度的变化而改变从一个通道至另一通道的传输相位偏移，导致每个通道的聚焦位置远离指定的输出波导位置的相应的偏离或者具有解复用波长的输出信号的光功率的巨大损失。参考图2，可以通过调整在第一输入自由空间耦合器201之前的输入光位置20A来补偿这个输出通道偏离。因为由于温度感应指数变化所导致的通道聚焦位置的变化基本上是线性的，在输入耦合器201前面的输入光聚焦位置20A的反向转移能够将所有通道的聚焦位置向针对输出耦合器202前面的温度感应偏离的反方向移动，以便可以与指定的各个输出波导位置(诸如，用于通道λ1或λ2 的21或22)对齐。
在特定实施方式中，使用基于波导的DLI 310可以实现输入光聚焦位置30A的调整用于补偿温度感应偏离。如果T＝T0是标准指定温度，参考图3A，用于DEMUX装置300的输入光聚焦位置30A不会远离入射光位置30的指定位置而转移。因此，DLI 310简单断开与至少一个分支(313) 相关联的加热器，以保持输入光聚焦位置30A在用于DEMUX装置300 的入射光的最初指定位置处。如果环境温度改变，则DLI 310被配置为调谐加热器以移动输入光聚焦位置30A，以便补偿任何温度感应走离。因为 DLI 310仅需要将加热器设置到一支波导(313)以调谐相应的相位延迟，与传统的AWG DEMUX装置(100)中使用的TEC加热器相比，该加热器消耗更少功率。
图3B是根据本发明的实施方式的在环境温度T1≠T0的温度不敏感多通道DEMUX装置的简图。如所示，多通道DEMUX装置300包括具有接通的加热器的DLI 310，以有意使得输入光聚焦位置30A在T＝T1时远离入射光30的位置转移距离△x(好像没有利用DEMUX装置300实现 DLI 310)。因为DLI 310具有等于两个连续波长(例如，λ1和λ2)之间的间隔的自由光谱范围FSR，输入光聚焦位置30A的转移距离△x通过自由空间耦合器301和光栅波导303被衍射传输，并且在另一自由空间耦合器302之后再次合并，其中具有解复用波长的输出光的多个聚焦位置的干涉光谱与用于输出波导的最初指定的通道位置对齐。例如，在标准T＝T0时，在它们的最初指定位置处，波长λ1的光与通道31重新对齐并且波长λ2的光与通道32重新对齐。请注意，与具有较长长度的该分支波导相关联的加热器可以是电阻加热器，与用于阵列波导光栅装置的传统TEC加热器相比，该电阻加热器消耗更少功率。此外，主要通过根据DWDM或者CWDM光通信系统的通道间隔适当选择较长的分支波导的长度来实现 DLI的相位延迟，同时加热器在DLI内的调谐恰恰提供使用相位延迟的灵活可调谐性以控制输入光的强度峰值位置，以在环境温度改变时保证补偿 DEMUX装置的输出通道偏离。
图4A是根据本发明的实施方式的用于温度不敏感DEMUX装置的延迟线干涉仪中的光组合器的顶视图。这个示图仅是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到很多变形、替换以及修改。在实施方式中，第二(或者第一)光功率耦合器312(或者311)是多模干涉(MMI)耦合器。如所示，MMI耦合器是2x1组合器，如所示出的具有两个输入端和一个输出端，与DEMUX装置300的第一自由空间耦合器301直接耦接。横截面图示出了用于将两个分支波导313和 314通过与自由空间耦合器301(在图4A中未示出)接触的出口平面320 结合为输出光的2x1MMI耦合器的物理结构。在特定实施方式中，也可以是两个输出端中的一个被终止的2x2耦合器。每个输入端接收具有多路复用波长但是具有不同相位的相同光。
在另一特定实施方式中，MMI耦合器具有约大于两个输入端之间的间隔两倍的宽度尺寸以及被设置为比脱离两个输入端的光的聚焦长度长的长度尺寸。例如，MMI耦合器的宽度约为2.2μm并且长度约为7.4μm，而来自两个输入端的光的聚焦长度约为5.3μm，两个输入端的中心距离约为1.1μm。每个波导分支携带具有λ1、λ2......的多路复用波长的光，该光由分束器(311并且在图4A中未示出)通过具有约0.8μm的横向尺寸的通道在初期分开，然后由于FSR的设置等于通道间隔，具有不同相位的两个分支的光形成具有信号焦点的干涉光谱。焦点321是具有所有波长的光的最高强度的点，该焦点位于出口平面320之下约2.1μm。因为MMI耦合器被制成为长于聚焦长度，所以引入了从焦点朝向出口平面移动的光的额外相位，其中，强度峰值位置322远离焦点321的投射中心位置而偏移。出口平面320内的这个强度峰值位置322是由DEMUX装置300的第一自由空间耦合器301收到的输入光的实际位置。根据DLI的相位延迟，强度峰值位置322在出口平面内偏移不同距离。通过选择一个分支波导的适当的延迟长度以及通过调谐与具有延迟长度的该分支相关联的加热器，相位延迟是易于可调谐的。因此，当环境温度改变时，DLI能够调谐用于 DEMUX装置300的输入光位置。
图4B是根据本发明的实施方式，在T＝T1时，传输通过图4A的具有偏移聚焦位置的光组合器的光(作为DEMUX装置的输入光)的功率分布的顶视图。这个示图仅是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到很多变形、替换以及修改。这是示出了当基于硅波导的DLI的相位改变时，强度峰值位置移动的具体实例。如所示，当T＝T1时，相对于T＝T0时的对应相位偏移约为-45度。由于干涉影响，携带所有波长λ1、λ2......，从具有约1.1μm的中心距离的两个输入端313和314离开的组合光被聚焦在相同点321处，但是在MM耦合器的出口平面320处的强度峰值位置322'相对于出口平面320处的焦点321的直接投射位置向左边方向偏移约-0.25μm。
图5是根据本发明的实施方式，由于从T0至T1的温度变化，焦点位置偏移的DLI输出光的归一化功率的绘图。这个示图仅是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到很多变形、替换以及修改。归一化功率强度轮廓是在MMI耦合器的出口平面处结合的光信号的2D绘图，该MMI耦合器被制成比两个输入光分支的聚焦长度长。如所示，随着温度变化从T0至T1的变化，DLI输出光信号的归一化功率绘图将其位置从一个强度轮廓510偏移至另一强度轮廓 520。轮廓520的强度峰值位置表示其在图4A中示出的MMI耦合器的出口平面320处的位置322。轮廓521的强度峰值位置表示其在图4B中示出的MMI耦合器的出口平面320处的位置322’。因此，具有MMI输出耦合器的DLI能够在出口平面320处调谐光强度峰值的位置。当出口平面 320附接有DEMUX装置(例如，图3B的300)的自由空间耦合器时， DEMUX输入光的位置因此而改变。如果DEMUX输入光位置的以上偏移被适当地调谐，则可以补偿DEMUX输出通道位置的随温度变化的偏移。与DLI的一个(或者两个)光分支相关联的加热器能够基于实际的环境温度为DLI输出光偏移来提供可控调整。所产生的DEMUX装置的输入光位置然后可以被控制为恰好适当补偿由于温度引入的波导光栅光谱偏移而导致的输出通道位置偏移。因此，DEMUX装置300变成温度不敏感多通道DEMUX装置。
在应用的一个或多个实现中，温度不敏感MUX装置基本上与上述 DEMUX装置相同，只是恰好将光路反转过来。MUX装置的多个输入通道的随温度改变的偏移仍然可用于传输具有各种通道波长的光。但是它们都可以通过具有可调谐相位的由加热器控制的DLI在输出端处校正，用于重新对齐输出多路复用光。
在可替代的实现中，温度不敏感DEMUX/MUX装置在通过针对现场部署DWDM系统的国际标准允许的某个环境温度范围内保持温度的不敏感性。例如，针对DWDM系统中的DEMUX/MUX装置，标准工作温度范围是10度并且针对具有20nm通道间距的CWDM系统，可以大于100 度。
尽管上述是特定实施方式的全面描述，但是可以使用各种修改、可替代的构造以及等同物。因此，以上描述和说明不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于WDM应用的温度不敏感DEMUX/MUX装置，包括：
延迟线干涉仪，包括：第一MMI耦合器，所述第一MMI耦合器被配置为接收第一输入光，所述第一输入光承载多个波长并且分为两个光分支以分别传输通过具有相位延迟的两个波导；第二MMI耦合器，被配置为将所述两个光分支结合以形成穿过出口平面的第一输出光，其中所述出口平面进一步从所述两个光分支的焦点位移第一距离；
第一自由空间耦合器，具有：与所述第二MMI耦合器的所述出口平面附接的输入平面，以将所述第一输出光作为承载相同的所述多个波长的第二输入光接收；一个或多个光纤或波导，用于基于所述多个波长将所述第二输入光空间地分割；以及第二自由空间耦合器，配置为重新聚焦所述空间地分割的光，以在多个输出通道处分别形成多个第二输出光，其中所述多个输出通道的每个携带所述多个波长的单个波长；
其中，所述第一输出光在所述出口平面处包括强度峰值位置，所述出口平面在环境温度改变时，以第二距离远离所述两个光分支的所述焦点的投射位置而偏移，所述第二距离是可调谐的，以便使具有相应的单个波长的所述第二输出光中的每一个在任何环境温度基本上避免对应的输出通道的任何空间偏移；
其中，所述多个波长包括ITU网格处的多个波长，作为至少包括分别用于两个相邻通道的第一波长和第二波长的DWDM通道；
其中，所述延迟线干涉仪包括用于形成所述两个波导的单个绝缘体硅衬底；
其中，所述两个波导中的一个包括加热器，所述加热器被配置为改变所述两个波导中的一个波导的温度用于调谐所述相位延迟，以改变用于调整所述第一输出光的所述强度峰值位置的所述出口平面内的所述第二距离以及随后分别在多个输出通道处对齐多个第二输出光。
2.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述两个相邻通道包括用于DWDM系统的l00GHz、50GHz、25GHz和12.5GHz的频率间隔或者针对CWDM系统分配的3500GHz以及其他值。
3.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述两个波导中的一个包括长度比另一个长的光路，以提供用于形成所述输出光的干涉光谱的所述相位延迟。
4.根据权利要求3所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其特征在于，所结合的光的所述干涉光谱具有两个谐波强度峰值之间的自由光谱范围，所述自由光谱范围通过所述相位延迟确定并且基本上被设置为等于所述第一波长与所述第二波长之间的差值。
5.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述两个波导分别耦接至所述第二MMI耦合器的两个输入端，所述两个输入端被分开用于提供聚焦长度，其中所述聚焦长度是从所述输入端朝向所述出口平面沿着比所述聚焦长度长的所述第二MMI耦合器的主体长度测量的。
6.根据权利要求5所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述第二MMI耦合器包括约7.4微米的主体长度、以大约1.1微米分开的两个输入端以及约5.3微米的聚焦长度。
7.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述第一MMI耦合器是1x2功率耦合器并且所述第二MMI耦合器是2x1功率组合器。
8.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中在承载多个波长的光从所述第一MMI耦合器传输至所述多个输出通道时，包括DEMUX装置。
9.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中在多个通道的光的，承载单个波长的每一个光从所述多个输出通道传输至所述第一MMI耦合器时，包括MUX装置。
10.根据权利要求1所述的温度不敏感DEMUX/MUX装置，其中，所述环境温度包括现场部署DWDM系统所需的标准范围。
11.一种制作用于DWDM应用的温度不敏感DEMUX通道的方法，所述方法包括：
在承载多个波长的第一输入光与DEMUX装置的输入端之间耦接延迟线干涉仪，所述延迟线干涉仪(DLI)包括：
第一MMI耦合器，配置为接收承载多个波长的所述第一输入光并且分成两个光分支；
两个波导，配置为在所述两个波导中的一个中分别传输具有相位延迟的所述两个光分支；
第二MMI耦合器，配置为结合所述两个光分支以形成承载相同的所述多个波长的第一输出光，所述第一输出光在出口平面内具有强度峰值位置，其中所述出口平面离开所述两个光分支的焦点而位移第一距离；
将所述第一输出光转换至输入到所述DEMUX装置中的第二输入光；
通过光栅光纤或者波导传输所述第二输入光以形成多个第二输出光，所述第二输出光的每个承载所述多个波长的单个波长；
将每个第二输出光重新聚焦至对应的输出通道，其中，由于环境温度的改变导致的每个第二输出光的远离所述对应的输出通道的任何空间偏移，通过在所述第二MMI耦合器的所述出口平面处转移所述第一输出光的第一位置而进行补偿；
其中，所述两个波导中的一个包括加热器，所述加热器被配置为改变所述两个波导中的一个波导的温度用于调谐所述相位延迟，以改变用于调整所述第一输出光的所述强度峰值位置的所述出口平面内的第二距离以及随后分别在多个输出通道处对齐多个第二输出光。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个波长包括ITU网格中的DWDM通道处的多个波长或CWDM通道处的多个波长，所述DWDM通道或CWDM通道至少包括分别用于两个相邻通道的第一波长和第二波长。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述两个相邻通道包括用于DWDM系统的l00GHz、50GHz、25GHz和12.5GHz的频率间隔或者针对CWDM系统分配的3500GHz以及其他值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一输出光包括由所述相位延迟所引起的干涉光谱，所述干涉光谱具有等于所述第一波长与所述第二波长之间的差值的自由光谱范围。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二MMI耦合器包括：约分别比两个输入端大两倍的主体宽度，用于接收所述两个光分支；以及长于在其中结合所述两个光分支的聚焦长度的主体长度，以便允许所述出口平面远离所述焦点位移所述第一距离，并且进一步允许所述出口平面内的所述第一输出光的所述强度峰值位置在所述出口平面上远离所述焦点的直接投射位置而偏移。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，具有所述相位延迟的一个波导包括较长的光学长度并且与加热器相关联以便通过改变所述延迟线干涉仪的温度调谐所述相位延迟，从而在所述出口平面内控制所述强度峰值位置以便补偿远离所述对应的输出通道的每个第二输出光的任何偏移。
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