适合于CWDM的改善的波导光栅光学路由器

摘要

本发明提供了一种适合于CWDM的改善的波导光栅光学路由器。通过使用具有两个具有相反曲率的弯曲阵列的波导光栅，实现了可用作低级次波长路由器的平面光学装置。通过两个弯曲阵列的旋转角确定衍射几次并且可以实现小于例如约30的非零衍射级次。这种布置更小，并且比使用三个弯曲阵列结合的传统的光栅性能更好。

权利要求

1.一种路由器设备，包括：

输入耦合器装置，其用于接收输入信号；

光栅装置，其用于在多个臂的相应的一者中传输所接收到的输入信号的分量，所述光栅装置包括放射状波导的输入阵列、第一波导弯曲阵列、基本直的波导的中心阵列、第二波导弯曲阵列以及放射状波导的输出阵列；以及输出耦合器装置，其用于将已经在所述臂中传播的分量结合到输出信号中，其中，所述第一波导弯曲阵列和所述第二波导弯曲阵列具有相反的曲率，其中，所述第一波导弯曲阵列的每个波导的特征是曲率半径R作为所述波导的旋转角θ的函数而变化，并且通过选择所述第一波导弯曲阵列的参数以使得R的一阶导数对于在所述第一波导弯曲阵列的孔径内的特定主旋转角θ＝θ0基本为零而使所述R的值最小，来使得与所述主旋转角θ0相对应的第一主波导的半径是所述第一波导弯曲阵列中的最小的曲率半径，并且其中，所述第二波导弯曲阵列的每个波导的特征是曲率半径R′作为所述波导的旋转角θ′的函数而变化，并且通过选择所述第二波导弯曲阵列的参数以使得R′的一阶导数对于在所述第二波导弯曲阵列的孔径内的特定主旋转角θ′＝θ′0基本为零而使所述R′的值最小，来使得与所述主旋转角θ′0相对应的第二主波导的半径是所述第二波导弯曲阵列中的最小的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主旋转角θ0和θ0′被选择为产生非零的衍射级次。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光栅装置的每个臂都包括具有不同的有效折射率的部分。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光栅装置的逐个臂具有路径长度差ΔL，其中从每个臂到相应的下一个臂的所述路径长度差ΔL具有基本恒定的值。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中心阵列的所述波导具有基本恒定的波导间距。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述输入阵列和所述输出阵列中的所述放射状波导具有波导之间的恒定的放射间距。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一主波导和所述第二主波导的所述最小的曲率半径显著小于在所述光栅的孔径的边缘处产生的半径。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述放射状波导的输入阵列的角周期大于所述放射状波导的输出阵列的角周期。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述放射状波导的输出阵列在其与所述输出耦合器的接合部处具有的角周期基本等于在其与所述第二波导弯曲阵列的接合部处的角周期的一半。

10.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述第一主波导和所述第二主波导的所述最小曲率半径显著小于在所述光栅的孔径的边缘处产生的半径；

所述第一主波导和所述第二主波导各自的所述主旋转角θ0和θ′0满足条件θ0≥θ′0；并且路径长度差ΔL大于以下表达式的值：

tan(θ0/2)·(smax+smin)-tan(θ′0/2)·2smax并且ΔL小于以下表达式的值：

tan(θ0/2)·2smax-tan(θ′0/2)·(smax+smin)其中，smax和smin分别是包括所述第一波导弯曲阵列和所述第二波导弯曲阵列以及所述中心阵列的中心光栅区域中的最大和最小的波导间隔。

11.根据权利要求1或9所述的设备，还包括：

一个输入波导和N个输出波导，所述N个输出波导在所述设备的输出圆上的位置被选择为使得：在所述输入波导与所述输出波导之间，所述设备的两个相邻循环在两个分离的波长区间λ1＜λ＜λ2和λ3＜λ＜λ4中提供基本最大的传输，其中所述两个区间分别由所述两个循环产生；并且频谱效率 大于0.7

其中，λ1、λ2、λ3、λ4表示限定所述波长区间的边界的波长，并且其中，所述设备耦合到多个光纤。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备用在本地接入节点中，以在耦合到所述设备的每个光纤中、在两个分离的波长区间λ1＜λ＜λ2和λ3＜λ＜λ4中提供上行和下行信号的有效传输，其中所述两个区间分别由所述设备的所述两个相邻循环产生。

13.一种光学布置，包括：

包括权利要求1或9所述设备的第一路由器；具有一个输入波导和N个输出波导的第二路由器，所述N个输出波导在所述第二路由器的输出圆上的位置被选择为使得在所述输入波导与所述输出波导之间，所述第二路由器的两个相邻循环在两个分离的波长区间λ1＜λ＜λ2和λ3＜λ＜λ4中提供基本最大的传输，其中，所述两个区间分别由所述两个循环产生，并且频谱效率大于0.7，并且光纤耦合到所述第一路由器和所述第二路由器之间，其中：

λ1、λ2、λ3、λ4表示限定所述波长区间的边界的波长，

所述第一路由器包括2N个输入端口和一个输出端口；并且

在所述第一路由器的一个循环中传输2N个波长信道。

14.一种用于路由器的方法，包括：

在输入耦合器处接收输入光学信号；

在光栅的多个臂的相应的一者中传输所接收到的输入信号的分量，所述光栅包括放射状波导的输入阵列、第一波导弯曲阵列、基本直的波导的中心阵列、第二波导弯曲阵列以及放射状波导的输出阵列，其中，所述第一波导弯曲阵列和所述第二波导弯曲阵列具有相反的曲率，其中，所述第一波导弯曲阵列的每个波导的特征是曲率半径R作为所述波导的旋转角θ的函数而变化，并且通过选择所述第一波导弯曲阵列的参数以使得R的一阶导数对于在所述第一波导弯曲阵列的孔径内的特定主旋转角θ＝θ0基本为零而使所述R的值最小，来使得与所述主旋转角θ0相对应的主波导的半径是所述第一波导弯曲阵列中的最小的曲率半径，并且其中，所述第二波导弯曲阵列的每个波导的特征是曲率半径R′作为所述波导的旋转角θ′的函数而变化，并且通过选择所述第二波导弯曲阵列的参数以使得R′的一阶导数对于在所述第二波导弯曲阵列的孔径内的特定主旋转角θ′＝θ′0基本为零而使所述R′的值最小，来使得与所述主旋转角θ′0相对应的主波导的半径是所述第二波导弯曲阵列中的最小的曲率半径；以及在输出耦合器处将已经在所述臂中传播的分量结合到输出信号中。

说明书

适合于CWDM的改善的波导光栅光学路由器

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请涉及2008年5月7日递交的题为“IMPROVED WAVEGUIDEGRATING OPTICAL ROUTER SUITABLE FOR CWDM”的美国专利申请序列号No.12/151,469的优先权，其根据35U.S.C.$119(e)要求2008年2月28日递交的题为“IMPROVED LOW ORDER GRATING”的美国临时专利申请序列号No.61/067,395的优先权。这两个申请都转让给与本申请相同的受让人，并且通过引用结合在这里。

技术领域

[0003] 本公开通常涉及光学器件，并且更具体地但是非排外地涉及例如适合于粗波分复用(CWDM)的具有小衍射级次的波导光栅路由器(WGR)。

背景技术

[0004] 当前光学网络中的一种组件是在1992年8月4日授权的题为“IMPROVED OPTICAL SWITCH，MULTIPLEXER ANDDEMULTIPLEXER”的美国专利No.5,136,671中描述的波导光栅路由器。该路由器当前被用在光学网络中，以通过增加在每个光纤中同时传输的波导信道的数目来增加光纤的长距离容量。通常，在使用密集波分复用(DWDM)的光学网络中，每个路由器的级次都小于30，并且因而可以通过简单地使用两个相同部分A和B的对称设置来实现光栅，其中两个相同部分A和B如图1所示对于光栅的级次具有相等的贡献。另一方面，在使用粗波分复用(CWDM)的本地接入网络中，级次可能略微小于30，并且如1993年5月18日授权的美国专利No.5,212,758所示对光栅几何形状进行调整。在该专利中，光栅包括具有相反曲率的两个部分A和B，以及如图2所示包括在A与B之间的附加部分C。然而，这种设置的缺点是部分C显著地增加了光栅的尺寸，因此增加了损耗和串扰，并且减小了可以包括在每个晶片中的器件的最大数目。

发明内容

[0005] 一个方面提供了一种平面路由器，包括输入耦合器、输出耦合器以及具有形成光栅的臂的多个波导的光栅，其中：光栅的逐个臂具有路径长度差ΔL，其中从光栅的每个臂到紧接着的下一个臂的路径长度差ΔL具有基本恒定的值；光栅包括放射状波导的输入阵列、第一弯曲阵列、理想直波导的中心阵列、第二弯曲阵列以及放射状波导的输出阵列；并且第一弯曲阵列和第二弯曲阵列是相同的并具有相反的曲率，并且选择第一弯曲阵列和第二弯曲阵列的旋转角以产生非零衍射级次。

[0006] 另一个方面提供了一种路由器设备，包括：输入耦合器装置，其用于接收输入信号；光栅装置，其用于在多个臂的相应的一者中传输所接收到的输入信号的分量，光栅装置包括放射状波导的输入阵列、第一弯曲阵列、理想直波导的中心阵列、第二弯曲阵列以及放射状波导的输出阵列；以及输出耦合器装置，其用于将已经在臂中传播的成分结合到输入信号中，其中，第一弯曲阵列和第二弯曲阵列是相同的并具有相反的曲率。

[0007] 另一个方面提供了一种方法，包括：在输入耦合器处接收输入光学信号；在光栅的多个臂的相应的一者中传输所接收到的输入信号的分量，光栅包括放射状波导的输入阵列、第一弯曲阵列、理想直波导的中心阵列、第二弯曲阵列以及放射状波导的输出阵列，其中第一弯曲阵列和第二弯曲阵列是相同的并具有相反的曲率；以及在输出耦合器处将已经在臂中传播的成分结合到输入信号中。

[0008] 该发明的内容仅是为了提供简单的说明并且不是为了用来解释或限制权利要求的范围。

附图说明

[0009] 参照附图描述了非限制性和非详尽实施例，其中除非特别指明，在各个图中相似的附图标记指示相似的部件。

[0010] 图1示出了传统的高级次波导光栅路由器。光栅包括对于每个光栅衍射级次作出相等的贡献的两个相似部分A和B。

[0011] 图2示出了从图1通过将部分B(竖直地)翻转并且在A与B之间插入附加部分C而得出的传统的低级次波导光栅路由器。在此布置中，每个级次完全由中心部分C确定。

[0012] 图3示出了从图2通过移除部分C并且在部分A和B中选择不同的参数(旋转角)而得出的根据一个实施例的设置。

[0013] 图4示出了根据一个实施例的图3的部分A的细节。

[0014] 图5示出了根据一个实施例的图4的弯曲阵列的参数Δs、ΔR、Δy0随着θ的变化。参数Δs是初始波导间距、Δy0是最终间距并且R是波导曲率半径。

[0015] 图6示出了根据一个实施例的图4中的弯曲阵列的布局。为了清楚，仅示出了部分波导。

[0016] 图7示出了具有1250GHz信道间距的1×16波长路由器的掩模布局。

[0017] 图8示出了使用两个路由器的双向布置的本地接入网络，其中两个路由器使用根据一个实施例的图3的布置来设计。也示出了根据一个实施例的两个路由器的掩模布局。

[0018] 图9示出了通过将过渡部914包括在路由器中而实现的两个相邻循环916和917，路由器过渡部914特征在于输入周期Δθ′0等于输出周期的两倍。

具体实施方式

[0019] 在以下描述中，给出大量的特定细节来提供实施例的透彻理解。可以在没有一个或多个特定细节的状态下或者利用其他方法、组件、材料等来实施本实施例。在其他方面，没有示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免妨碍实施例的方面。

[0020] 在本说明书前后所指的“一个实施例”或“实施例”意味着这里结合实施例描述的特别的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在说明书中各个位置中的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指相同的实施例。此外，特别的特征、结构或特性可以以合适的方式结合在一个或多个实施例中。

[0021] 除非上下文需要，在说明书以及跟随的权利要求中，词“包括”及其各种变化被解释为开放的、包括界限的意思，即“包括但不限于”。

[0022] 这里提供的标题仅是为了方便并且不对实施例的范围或含义进行解释。

[0023] 在以下描述中，每个元件的标记中的第一位指的是设置有该元件的附图(例如，201设置在图2中)。此外，剩下的位对于出现在不同幅图中的相似的元件是相同的。

[0024] 如在先解释的，由于增加的部分C，图2的布置具有缺点。因此，在对于一个实施例的本公开中，移除了部分C，并且通过适当地调整部分A和B来实现非零级次。新的布置更小并且比在先的图2的布置性能更好。此外，级次可以例如高达30。可以对于例如需要比30更小的衍射级次的特定应用(诸如粗波分复用(CWDM))使用新的布置。

[0025] 在一个实施例中，改善的低级次光栅通过使用两个弯曲阵列的不对称的布置而减小了低级次波导光栅的损耗和尺寸。两个阵列具有相反的曲率半径，产生相反的旋转角，其中可以适当地选择旋转角以产生小衍射级次。

[0026] 在一个实施例中，改善的低级次光学路由器包括显著地减小了在先的具有三个弯曲阵列的布置的尺寸并改善了性能的改善的光栅布置。代替三个弯曲阵列，新的布置仅包括两个具有相反曲率的弯曲阵列，并且级次可以例如高达30。一个实施例的完整的光栅是这样一种波导阵列，包括：(1)输入放射状阵列；(2)第一弯曲阵列；(3)直波导的阵列；以及(5)输出放射状阵列。在另一个实施例中，两个弯曲阵列的特征都是在光栅孔径中产生的最小的曲率半径。在另一个实施例中，通过将特殊过渡部包括在放射状阵列中，实现了具有改善的频谱效率的双向路由器，其输出轴其等于阵列周期的一半。

[0027] 在一个实施例中，平面光波导光栅布置包括形成光栅的臂的多个波导，并且实质上连接到两个圆弧之间，这两个圆弧分别决定了光栅的两个焦点，其中：臂基本具有从每个臂到下一个臂的恒定的长度增加ΔL；每个臂包括具有符号相反的曲率的两个弯曲部分A和B，使得两个部分的特征是旋转角符号相反，并且整个光栅包括两个部分A和B，其中，两个部分沿着特征基本为在相邻的臂之间恒定的间隔Δy的线接合到一起；每个部分的特征基本为恒定的长度增加，并且由部分A和B所引起的长度增加具有相反的符号，使得由总的增加ΔL所引起的光栅的几次是大于零小于20的小整数；并且通过适当地选择部分A和B中的旋转角，可以实现非零级次。

[0028] 在一个实施例中，每个弯曲的部分A和B包括连接到可变曲率的两个弯曲过渡部之间的恒定曲率的中心弧，并且光栅的部分A和B中的每一者都包括具有最小曲率半径的臂，其中，臂位于光栅孔径的中心的附近。

[0029] 路由器描述

[0030] 图1示出了包括波导光栅的传统成像布置100的基础结构。注意，在下文中也将成像布置称作路由器。成像布置100包括间隔开并由光栅150互相连接的输入部分101和输出部分102，其中光栅150由被称作光栅臂的多个M波导115形成。输入部分和输出部分(也被称作耦合器)通常都是自由间隔板条波导，并且该布置具有以下特性：由输入波导107施加的、充当点源的波能量形成多个输出图像，其中两个示出为图1中的I和I″。光波导臂115通常是支撑在平面硅晶片上的硅石核心的薄窄层(平面长条)。

[0031] 在传统的成像布置或路由器中，输入端口和输出端口沿着两个圆(其通常被称作路由器的输入圆121和输出圆141)的一部分连接到输入和输出耦合器101和102。为了简单，图1仅示出了一个输入端口107和两个输出端口108。

[0032] 光栅是包括多个部分的波导阵列。第一和第二部分103和104是放射状阵列，其沿着两个圆(其将会被称作光栅的输入圆122和输出圆142)的一部分连接到输入和输出耦合器101和102。注意，两个放射状阵列的焦距F和F′定位在路由器的输入圆和输出圆。完整的光栅包括两个部分A(160)和B(161)，其每个都包括放射状阵列(103或104)以及弯曲阵列(105或106)，并且两个部分通过平行波导的阵列109接合到一起。

[0033] 结果是路由器产生每个输入信号的波长相关的输出图像。每个输出图像的位置由其波长λ决定，并且因此，来自特定输入端口的不同波长的信号引起可以由不同输出端口接收的分离的图像。通常，光纤被用来将输入信号施加到输入端口并且用于从输出端口提取输出信号。实践中，如果路由器将要将信号发送到许多不同的目标的话，可以实施许多输出端口。类似地，可以实施数个输入端口，以从不同的输入部接收信号。在波分光学网络中，不同波长将会表示出不同的通信信道。

[0034] 在下文中通过考虑图1的布置的、响应于施加到输入波导107的各种波长λ的输入信号的成像特性，来最好地描述图1的布置的特性。图1中的输入信号从波导位置朝向形成光栅150的臂115的接收孔径传播。如之前讨论的，在光栅150中将会存在适当数目M的臂。在特定输入波长处，每个臂接收输入信号的分量。因此将信号分离为许多分量，每个分量沿着特定臂传播。每个臂将其分量施加到适当的移相器(其为波长相关的)，并且这与臂的光路长度成比例。在传统路由器中，逐个臂的特征是光路长度差固定以具有良好的近似性。结果，该布置在输出曲线141上产生一组输入信号的等间隔图像I、I″。这些图像在特定位置处产生，其中对于这些特定位置，通过臂传播的各种信号分量的相位相加在2π的整数倍内。各种图像代表不同的级次(2π的不同整数倍)并且它们可以具有三个特性。第一，它们的位置随着波长λ变化。第二，它们的强度也变化，并且它们的强度是由输出周期阵列104的辐射特性所确定。第三，图像以由阵列元件的角距Δθ确定的间隔Ω相等地隔开：

[0035]

[0036] 其中n是折射率。注意，在传统路由器中，中心图像I具有最高的强度。这是最靠近臂的焦点F′的图像并且其被称作主图像。该图像产生在中心区域内，中心区域是以F′为中心的宽度Ω的区间P1，P2。(不同级次)的其余图像(诸如I″)产生在中心区域的外侧。这些图像在全部情况下(除了在它们靠近中心区域的边界P1，P2的情况)都具有略小的强度。

[0037] 在传统的路由器中，所有的输出端口或波导都位于中心区域(在图1中代表路由器的视野P1，P2)的内部并且接收在中心区域中产生的图像。在图1中，为了简单而仅示出了两个输出波导108，并且输入信号被有效地传输到在主图像位置与波导位置对于该波长相一致的那些波长处的特定波导。如前文中指出的，I被限定为中心区域P1，P2内的特定图像。因此，I的变化是信号波长的周期(周期)函数。在每个周期中，变化完全覆盖整个中心区域P1，P2。因此，传递系数具有由相等间距的最大值构成的周期性的行为。每个最大值对应于图像I在该波长处与输出波导位置相一致的波长。由最大值之间的波长间隔λf给出的周期被称作自由光谱范围。在传统的路由器中，产生在中心区域之外(例如，图1的I″)的图像被认为是无用的，并且也是不希望的。因此，使得它们的强度最小通常会使得路由器优化。为了这个目的，通过将诸如2005年3月29日授权的美国专利No.6,873,766B2以及2006年6月27日授权的美国专利No.7,068,888B1中示出的合适的过渡部结合到光栅中，来对于周期阵列104的辐射特性进行优化

[0038] 总的来说，对于波长可变的输入信号的路由器响应是可变的主图像，其位置是信号波长λ的函数。结果，可以将同时施加到相同的输入波导上的不同的波长传输到不同的输出波导。然而，上述布置仅适合于通常大于30的大的衍射级次。对于更小的级次，对上述布置进行调整并且可能的选择是之前提出的在1993年5月18日授权的美国专利No.5,212,758中的布置。

[0039] 以与图1类似的方式，图2中的布置包括部分A(260)和B(261)、输入部分201和输出部分202、一个输入端口207和两个输出端口208、输入圆221和输出圆241、第一部分203和末尾部分204以及输入圆222和输出圆242。

[0040] 图2中示出的布置包括三个弯曲阵列205、243、206，并且可以被如下所述地从图1中的布置得出。图1的光栅包括两个相同的部分A和B。此外，该光栅一般设计为对于所有的弯曲的波导采取相同的曲率，并且因此不能将光栅的中心区域中的直波导均匀地隔开(虽然在图1中为了简单而将它们示出为相等地隔开了)。另一方面，在图2中，中心区域中的波导被均匀地隔开，并且在这种情况下的光栅包括三个部分A、C、B。因此，从图1的光栅通过三个步骤获得了图2的光栅，即，通过首先在图1中的光栅的中心区域中选择相同波导间隔，之后通过将第二部分B竖直地翻转并且之后通过在A与B之间加入附加部分C，其中部分C包括相等地隔开的(弯曲的)波导。之后就可以获得图2的、包括三个弯曲阵列205、243、206的布置。第一和末尾阵列205和206对于(主图像)的级次没有贡献并且因此级次完全是由中间阵列243产生的。这个布置的特征是通过适当地选择中间阵列243的旋转角244，可以实现任何级次。另一方面，中间阵列243显著地增加了光栅的尺寸，其减小了可以包括在每个晶片上的器件的最大数目，并且也增加了损耗和串扰。因此，如图3所示，在对于一个实施例的当前公开中，通过移除中间阵列243并且如图所示适当地调整两个阵列205、206，显著地改善了尺寸和性能。图3中的新的光栅主要是例如可以在级次小于
30的情况下使用的布置。

[0041] 在图3中，路由器的布置300包括部分A(360)和B(361)。布置300也包括一个输入端口307和两个输出端口308。

[0042] 图3的光栅与图1中的高级次光栅在某些方面是相似的。在这两种情况下，光栅都包括两个部分A和B，这两个部分都包括放射状阵列(303或304)和弯曲阵列(305或306)，并且在这两种情况下，这两部分都通过平行波导的阵列309接合到一起。此外，在这两种情况下，每个部分的特征都是从一个臂到下一个臂具有恒定的路径长度差。另一方面，图1的高级次光栅设计更简单，因为光栅的中心区域中的直波导不需要均匀地隔开，并且因此，可以对于所有的弯曲的波导选择相同的曲率。相反，在另一种情况下，图3的中心区域中的直波导被相等地隔开。因此，图3中的弯曲的部分具有不同的曲率，并且如图所示并且按照下文中描述地，因而使得部分A和B中的曲率变化最小化。

[0043] 与图1中相同，图3中的路由器包括第一耦合器301、长度L1、L2......、LM的M个臂的波导光栅350以及第二耦合器302。如上文中指出的，光栅被适当地设计，以使得逐个臂(波导)的特征为从一个臂到下一个臂的长度固定地增加ΔL＝L2-L1＝L3-L2等。与图1中相同，图3中的完整光栅包括总共5个阵列，即，输入放射状阵列303、第一弯曲阵列305、平行波导的中间阵列309、第二弯曲阵列306和输出放射状阵列304。输入放射状阵列和输出放射状阵列分别沿着光栅的输入圆322和输出圆342连接到输入耦合器和输出耦合器301和302。为了在一个实施例中使得光栅效率最大化，将放射状波导强烈地耦合到每个耦合器附近。另一方面，在光栅的中心部分中，在一个实施例中耦合基本上为零。与图1中相同，每个放射状阵列的波导特征在于具有恒定的角距Δθ0，并且它们的焦点F和F′分别位于路由器的输入圆321和输出圆341上。

[0044] 注意，一个实施例的每个光栅臂都包括数个部分，它们的主要特征是有效折射率略微不同。因此，每个部分的光路长度等于该部分的有效折射率乘以长度。因此，总光路长度是平均折射率乘以总长度。在下文中，因为将不会影响结果的本质，所以为了简单而将会在每个臂中采用恒定的折射率。

[0045] 在以上条件下，考虑对于施加到输入波导的波长λ可变的输入信号的波长响应。输入波导在输入耦合器301中产生放射状的波，并且光栅在入射信号上执行三种转换。第一，通过第一放射状阵列将入射信号分离为M个分离的分量，其每个都沿着光栅的特定波导(臂)传播。第二，光栅在相邻的分量之间添加由路径长度差ΔL、波长λ和臂的有效折射率n决定的波长相关的相位移动：

[0046]

[0047] 第三，通过输出放射状阵列304将M个分量重新结合，因此在输出耦合器302中产生朝向输出圆上的特定输出位置会聚的放射状波，因此在该位置处形成输入信号的输出图像。图像位置是由相位移动 确定的并且因此是信号波长的函数。特别地，如果ΔL/λ是整数并且输入波导位于焦点F，那么输出图像也在(输出)焦点F′处产生。如在先指出的，光栅也产生多余的图像，然而如在先指出的因为将会通过将合适的输出过渡部包括在光栅中而将它们基本消除，所以会将它们忽略。

[0048] 总之，在一个或多个实施例的路由器的设计中，考虑了数个问题。首先，如在先示出的两个专利中示出的，优化了光栅效率。第二，为了使得弯曲部中的辐射损耗最小化，每个弯曲部中的曲率R不比通过折射率反差而确定的最小值Rmin更小。第三，在光栅的弯曲区域中，相邻臂之间的间隔的特征是变化最小。第四，使得路由器的尺寸最小化，以使得每个晶片上的器件数目最大化，由此减小每个器件的成本。最终，也可以使得损耗和串扰最小化。在具有需要三个分离的部分A、B和C而不是图1中的布置的两个部分A和B的缺点的图2中，难以满足最后的两个情况。注意，在图2的传统布置中，路径长度差ΔL完全由附加弯曲部分C引起。其他两个部分A和B对于ΔL没有贡献。这两个部分除了旋转了180°之外是相同的，使得它们对于ΔL的贡献彼此抵消。因此，在图2中需要弯曲波导的附加部分C，以产生非零的ΔL。该部分C略微地增加了光栅的尺寸，并且因此也增加了损耗和串扰(其主要在臂的弯曲部分中部分地由制造误差而产生)。

[0049] 这里在一个实施例中，通过如图3所示地移除中心部分C而解决该问题。一旦移除了这部分，从图2的传统布置获得的光栅仅包括相对于彼此旋转180°的两个相同的部分A和B。因此，因为两个部分具有相反的曲率，所以它们对于ΔL的贡献具有相反的符号并且总路径长度差ΔL变为零。另一方面，如本公开中所示，通过适当地调整以上两部分中的一者，可以实现非零的ΔL。注意，一旦移除了中心部分C，两个部分A和B通过直波导的阵列接合到一起，并如图3所示均匀地间隔Δy0。

[0050] 如在先指出的，在一个实施例中，将放射状波导强烈地耦合到每个耦合器301或302附近。另一方面，在弯曲阵列305和306中，在一个实施例中耦合实质上是零。可以如下所述地解释这两个情况。例如考虑放射状阵列303。因为该阵列的特征是恒定的Δθ0，所以它以周期Δθ0为周期。因此，它支持与耦合器的放射状波类似的超模，并且在这种情况下，假设耦合沿着放射方向(随着与耦合器的距离的增加)非常缓慢地减小，因为在耦合器附近的相当大的耦合改善了光栅效率，所以这是有用的。另一方面，连接到放射状阵列的弯曲阵列305不是周期的。在这种情况下，在特定臂中传播的每个信号分量向其他臂产生可以忽略的能量传递。任何能量传递都将会影响由臂产生的相位移动，因此产生导致更高的损耗和串扰的相位差。例如，通过采取0.6％的折射率反差和约6μm的波导宽度，可以发现在每个弯曲阵列中的波导间隔大于约35μm，并且因此间隔Δy0略微大于这个值。例如，在下文中考虑的示例中，Δy0＝45μm。注意，波导在图3中由更低折射率的带分隔开。制造过程通常将在这些带中产生略微由波导间隔决定的折射率。因此，每个弯曲阵列中的波导间隔的特征近似地为纵向变化对于全部波导相同。如之后示出的，通过适当地选择光纤参数，可以精确地满足这种情况。最终，注意这里考虑的路由器与预先通过图2的几何形状实现的路由器非常不同。路由器仅包括两个输出波导并且臂的数目约为10。另一方面，在根据一个实施例的典型的本地接入应用中，输出波导的数目可以例如大于32，并且臂的数目例如可以大于100。之后，如本公开中描述地，对尺寸和性能进行优化。

[0051] 注意，图3的实施例中的完成的光栅包括5个阵列，即，输入放射状阵列303、第一曲线阵列305、直波导的中心阵列309、第二弯曲阵列306和输出放射状阵列304。

[0052] 在下文中，将会用上标()′表示部分B的参数。然而，因为两个部分A和B具有相似的特性，所以最初仅考虑第一部分A。

[0053] 低级次路由器的示例设计

[0054] 如图4所示，部分A(460)包括三个部分，即，放射状波导的阵列403，之后是弯曲波导(弯曲部)的阵列405，再之后是(相等间隔的)直波导的阵列。因此，部分A中的每个臂430包括连接到弯曲波导的辐射状波导。在下文中，P将会表示这两个波导的连接点，θ将会表示对于x方向的初始角，r将会表示P距离焦点F的放射距离并且x、y将会表示弯曲波导的端部的坐标。此外，Δθ0将会表示放射状阵列中的波导的(恒定)角距，并且Δy0将会表示在部分A的端部处的直波导的(恒定)间隔。注意，臂坐标θ也等于由弯曲波导产生的旋转角。

[0055] 在每个弯曲部中，通过包括具有可变曲率的适当的过渡部来消除(或基本减小)初始与最终曲率的不连续性，并且每个弯曲部之后包括恒定半径R的中心部分以及可变曲率的两个(相对短的)末端过渡部。另一方面，因为将会在基本不影响结果的情况下简化推导，所以将这两个过渡部省略掉。因此，假设每个弯曲部具有恒定的曲率半径R。如在之前指出的，R的值小于由折射率反差而确定的最小值Rmin。例如，对于0.6％的折射率反差来说，最小半径约为 因此，在约束R≥Rmin下设计光栅。这里注意，R的特征是基本以臂坐标θ为函数而变化。图4中的R的变化是由于在弯曲阵列405的端部处的恒定波导间隔Δy0，并且因为它增加了光栅的尺寸并且减小了光栅性能，所以通常是不期望的。因此，如接下来所示地，将会使得R的上述变化最小化。

[0056] 可以看到对于这里考虑的布置的类型，R的二阶导数相对于角度θ是正的。因为R的二阶导数的这个特性，可以在由坐标θ确定的光栅孔径张角570内产生如图5所示的接近最小R的中心区域。为了这个目的，设计光栅以使得R的一阶导数对于接近中心臂的特定臂变为零就足够了，并且这个臂将会被称作主臂。通过之后对于这个臂选择R＝Rmin，在主臂附近作为角度θ的函数的R的变化将会接近静止(如图5所示，一阶导数将会接近零)，并且R的值将会接近最小值Rmin。将以下考虑应用到部分A和B。在这些情况下，下标()0将会表示主臂。具体地，Δs0将表示在放射状阵列403的端部处的波导间隔的理论值Δs＝rΔθ0。

[0057] 一个实施例的光栅的特性是一旦对于主臂指定了参数R、r、θ，对于给定衍射级次以及Δθ0、Δy0的给定值，部分A和B是唯一地确定的。因此，通过适当地选择主臂的参数，可对设计进行优化，以使得路由器的尺寸最小化，而不在弯曲部分的相邻臂之间引起可察觉到的耦合。在每个弯曲区域中，相邻波导的间隔的特征是沿着每个波导的整个长度良性变化(well behaved variation)。特别地，在每个放射状部分与弯曲部分的接合部分处，波导间隔Δs＝rΔθ0应当小于Δy0。此外，对于优化了的光栅，将示出Δs的最小值来计算最小的θ，并且Δs的这个最小值应当足够大以确保相邻臂之间的相互耦合可以忽略。另一方面，最大的Δs通常出现在上臂附近，并且它小于Δy0。通过适当地选择Δy0和Δs0，可以直截了当地满足上述两个条件。在图5中示出了一个示例，其中，臂的总数为M＝111，并且

[0058] Δy0＝45μm，Δs0＝40μm并且Rmin＝4mm

[0059] 在该示例中，光栅的部分A的孔径张角覆盖区间570：

[0060] 53.5°≤θ≤66.5°

[0061] 并且最小的R产生在孔径的中心θ0＝60°处，并且因此，如在先指出的，R的一阶导数对于θ0＝60°是零。注意，在底臂的附近产生Δs的最小值，并且对于θ＞θ0，Δs几乎是恒定的。间隔Δs的总变化约为7μm，并且它满足两个条件Δs0＞35μm以及Δy0＞Δs。通过选择足够大的Δs0的值来满足前一个条件，通过选择足够大的Δy0的值来满足后一个条件。图6示出了部分A中的弯曲波导的掩模布局605。为了清楚，仅示出了波导的一部分。可以看到波导的间隔的特征是在所有的情况下良性变化。也可以检验对于以下角度范围获得类似的结果：

[0062] 45°＜θ0＜75°

[0063] 之后，考虑光栅的逐个臂之间的路径长度差ΔL。如在先指出的，这里通过在主臂位置指定R的导数为零来对设计进行优化，以在该位置产生如图5所示的R＝Rmin。在上述条件下，可以看到部分A对于路径长度差的贡献：

[0064] ΔL0＝tan(θ0/2)[Δy0+Δs0]，(R＝Rmin) (1)

[0065] 类似地，B贡献了：

[0066] -ΔL′o＝-tan(θ′0/2)[Δy0+Δs′0]，(R′＝Rmin) (2)[0067] 因为B在图3中相对于A旋转了180°，所以它是负的。总路径长度差ΔL是以上两个贡献的总和：

[0068] ΔL＝ΔL0-ΔL′0，

[0069] 给出：

[0070] ΔL＝[tan(θ0/2)-tan(θ′0/2)]Δy0+[tan(θ0/2)Δs0-tan(θ′0/2)Δs′0] (3)

[0071] 特别地，通过选择Δs′0＝Δs0：

[0072] ΔL＝[tan(θ0/2)-tan(θ′0/2)](Δy0+Δs0) (4)

[0073] 并且，如果假设：

[0074] 45°＜θ′0＜θ0＜75°，

[0075] 并且中心波长λ＝1.442μm，可以验证级次nΔL/λ可以大于30，[0076] 注意，可以在不影响结果的本质的情况下，以许多方式修改以上设计。假设在每个弯曲部中具有恒定的曲率而得出以上表达式，但是可以在没有这些限制的状态下获得类似的结果。此外，如果在部分A和B中选择不同的主臂，上述表达式不受到影响，在这种情况下，主坐标θ和θ′对应于不同的光栅臂。

[0077] 在上述表达式中没有明确地出现参数Δθ0和Δθ′0。但是因为它们确定光栅的输入和输出孔径MΔθ0和MΔθ′0，它们影响光栅的尺寸和性能并且它们也确定路由器放大率(其等于Δθ0/Δθ′0的比率)，所以它们在路由器设计中起到作用。1/Δθ0和1/Δθ′0的值分别确定输入波导和输出波导的间隔(以及宽度)。在下文描述的示例应用是1×N路由器的设计，其中通过包括基于在前文中鉴别的两个专利的合适的过渡部来对其输出效率进行优化。在这种情况下，在部分B中，小的周期Δθ′0可能是期望的，并且那么通过选择Δθ0＞Δθ′0而使得光栅的尺寸最小化是有利的。

[0078] 图7例如示出了适合于本地接入应用的1×16路由器的布局，其特征为1250GHz的信道间隔。在这种情况下，光栅的特征是：

[0079] ΔL＝7.95μm并且θ0＝62°(6)

[0080] 并且通过采用0.6％的折射率反差以及选择：

[0081] θ0-θ′0＝8.1°，Δy0＝45μm，r0Δθ0＝r′0Δθ′0＝40μm (7)[0082] 来对其进行优化。将合适的过渡部包括在弯曲部中，并且因此上述值ΔL＝7.95μm与从没有过渡部的表达式(4)获得的值7.86μm略微地不同。在上述布置中，通过在光栅中包括特别的、如上述两个专利所示的输出过渡部，来对路由器效率进行了优化。总损耗预期约为3dB，这是具有图1中示出的更简单类型的、可以买到的路由器的通常损耗。

[0083] 图7的路由器的实施例是薄并且长的，并且可以将15个以上的器件装配到例如6英寸的晶片中；而使用图2的布置，器件的数目大约将会减小到10，并且将会产生更高的损耗和串扰。

[0084] 之后，令smax和smin分别表示包括两个弯曲阵列以及直波导的中心阵列的中心光栅区域中的最大和最小的波导间隔。之后，通过采取Δθ0＞Δθ′0，可以通过使用一般表达式(3)来检验路径长度差ΔL大于：

[0085] tan(θ0/2)·(smax+smin)-tan(θ′0/2)·2smax (8)

[0086] 并且小于：

[0087] tan(θ0/2)·2smax-tan(θ′0/2)·(smax+smin) (9)

[0088] 如在先指出的，仅在每个弯曲部具有恒定的曲率的情况下应用条件(3)，而以上的两个条件(8)和(9)包括所关注的所有情况，而没有以上限制。上述条件限定了由本公开覆盖的一个实施例的路由器参数的范围。

[0089] 迄今为止，采取了恒定的ΔL，但是在一些实施例中出于各种原因而调整这个条件可能是有利的。迄今为止，假设输入信号产生了从输入波导位置发射的输入放射状波。在实践中，输入波可能受到小的失真的不利影响，引起可以通过略微地调整臂的长度而校正的相位误差。可能通过输出波导而导致类似地失真，这可以通过将传输的方向反转来进行检验。此外，即使不存在失真，在一些实施例中略微地调整臂的长度也可能是有利的，例如来使得通带更宽。之后相应地调整了光栅。

[0090] 示例应用

[0091] 期望路由器的上述实施例例如在下一代本地接入网络中发挥作用。在这种情况下，初始光纤安装是初始成本的较大部分，并且因此通过增加由每个接入光纤服务的用户的数量可以显著地减小每个用户的成本。例如考虑在中心机房与作为特定接入区域的接入节点之间进行连接的接入光纤。之后，如图8所示，通过使用分别位于中心机房和接入节点的两个路由器，通过在光纤中传输覆盖光纤的整个可用波段B(约260纳米)的许多信道，可以使得每个用户的光纤安装成本最小化。此外，通过使用波导光纤路由器的循环特性，可以通过使用接入路由器的两个相邻循环(cycle)来以简单的方式实现每个光纤中的双向发送，因此进一步减小网络中的光纤的总数。

[0092] 然而，上述技术的特性是两个相邻循环不能在整个光纤带宽上提供可以接受的效率。相反，可以获得两个分离的发送波段，每个波段由一个循环产生并且两个波段由具有非常低的效率的波段分隔开。因此，传统的设计仅在小于约67％的光纤带宽B上提供有效的发送。这里，通过如接下来所示地使得路由器效率最大化而解决了这个问题。

[0093] 在图8中，单个光纤在接入节点与中心机房之间提供双向传输，并且类似地单个落下光纤(drop fiber)被用在接入点与每个用户之间。在该布置中，通过在接入节点的中使用路由器的不同循环而实现了沿着下行方向和上行方向的同时的传输。三个参数是沿着每个方向传输的信道的数目N、信道间隔ΔB以及光纤可用带宽B。如在先讨论的，双向路由器在两个独立的传输带中是有效率的，每个传输带具有等于NΔB的宽度。两个带由具有更低效率的中间带分隔开，并且光纤波段B完全覆盖三个带。在这种情况下，以下参数是路由器的频谱效率：

[0094]

[0095] 其中路由器的频谱效率是由可用带宽B的、由双向路由器实际使用的比例所决定的。

[0096] 通常，在上述示例布置中，每个路由器的级次小于10，并且可以使得每个方向上的信道N的数目至少为16。也可以使得信道间隔足够大以允许接入路由器在没有温度控制的状态下在户外使用。由于这个原因，对于给定的B，通过使得上述频谱效率E如下所述地最大化，可以使得乘积NΔB最小化。

[0097] 在图1中考虑路由器对于施加到输入波导的、波长λ增加的输入信号的响应，并且考虑级次Q和Q-1的两个相邻循环。为了简单，忽略了中间区域宽度P1P2对于波长的相关性。级次Q的第一循环在特定波长λa处开始并且该循环在波长λb处结束，其中，对于波长λa，(级次Q的)图像在中心区域P1P2的第一边缘P1处产生，而对于波长λb，(级次Q)的图像位于另一个边缘P2。在这个波长λb处，(级次Q-1)的新的循环在P1点开始并且在此在更高的波长λc的P2点处结束。在每个循环中，图像强度相当大地变化。通常，图像在焦点F′处具有最大的强度，并且在中心区域P1P2的边缘处至少小两倍。这种变化主要由输出放射状阵列104的效率变化所引起的，输出放射状阵列104的效率Eout被限定为光栅输出功率的、传递到主要图像的比率。通常，对于传统的阵列，效率Eout仅在焦点F′附近接近一致，并且因此，输出波导被包括在焦点的附近、在比中心区域宽度P1P2小得多的区域内。在这个区域之外，可以看到损耗主要由输出放射状阵列的端部不连续性的一次谐波所引起。这里，诸如之前在美国专利No.6,873,766B2中示出的，必须通过将如图9所示的特殊过渡部914包括在输出放射状阵列中来显著减少这种有害的谐波。通过包括这些过渡部，在阵列的端部947处的输出周期946相比于输入周期945减小了两倍。因此，在接合部不连续性947处消除了上述二次谐波。如图9所示，这些过渡部914的特征在于在每个循环(916和917)的80％以上之上具有几乎一致的匹配效率(923和924)。

[0098] 图9的底部部分示出了根据一个实施例的光栅的输出放射状阵列904、输出耦合器902以及位于光栅的中心区域P1P2内的输出波导的阵列。如在先指出的，光栅的输出效率在比中心区域区间931的宽度Ω更小(如图9所示，乘以系数γ)的区间932内接近一致。输出波导设置在区间932内，并且γ的值如下所述地最大化。

[0099] 在图9中，放射状阵列904中的每个元件包括包含两个相同波导的过渡部914。因此，在与耦合器902的阵列接合部947处，端部周期946比在过渡部的输入处的周期945小两倍。这消除了放射状阵列的接合部不连续性947的二次谐波，并且因此，可以看出过渡部914通常特征是γ＞0.8。即，在中心区域931的80％以上之上实现接近一致的匹配效率。
另一方面，在没有过渡部914的状态下，可以看出通常γ＜0.5。

[0100] 图9的上部示出了主图像I的两个相邻循环中的输出效率变化。如在先讨论的，第一循环916在λa处开始，并且在λb处结束，λb是下一个循环917的起点。如图9所示，通过以下等式给出每个循环的宽度C：

[0101] C＝λb-λa＝λc-λb

[0102] 也在图9中示出了由过渡部914产生的输出效率Eout。在每个循环中，效率变化是中心区域中的相应变化的复制品。因此，因为效率Eout在区间932中几乎是一致的，所以在相应的区间923和924中获得相同的结果。因此路由器的特征是两个传输带923和924具有效率Eout接近一致的特征并且每个传输带具有以下宽度(918和919)：

[0103] λ2-λ1＝λ4-λ3＝γC (11)

[0104] 注意，两个带923和924彼此偏移循环宽度C，并且因此：

[0105] λ3-λ1＝γC

[0106] 此外，如在先陈述的，两个传输带由更低效率的区间925分隔开。为了使得路由器的频谱效率E最大化，光纤带宽B与以上三个区间一致，使得

[0107] λ4-λ1＝B (12)

[0108] 此外，选择：

[0109] γC＝NΔB，

[0110] 以使得输出波导完全覆盖(见图9的下部)最大效率的中心区域区间932。在上述条件下，可以获得λ4-λ1＝C+γC，并且通过以上关系可以获得：

[0111]

[0112] 其中通过两个传输带(11)来确定分子并且通过光纤波段(12)来确定分母。根据上述表达式，通过参数γ来以简单的方式确定频谱效率E，并且在图8中，通过使得γ最大化而使得E最大化。通过使用没有过渡部914的传统的设计，可以看到通常γ＜0.5，并且因而效率E小于67％。通过代替使用过渡部914，对于γ＞0.8，效率E变为大于89％。如下文中所示，在图8中存在所得到的信道间隔的增加，以使得接入路由器适合于在户外使用。

[0113] 图8中的参数是每个路由器的1-dB通带宽度W。大的W是有用的，因为它允许接入路由器在没有温度控制的状态下在户外使用，并且也因为由于大的W减小了激光波长的容许偏差，因而可以简化发送器。W的值由信道间隔ΔB来确定，并且根据路由器设计而改变。对于高斯设计，W近似地等于ΔB/4，但是可以通过对设计进行调整来在具有约2.5dB的损耗惩罚(loss penalty)的状态下使得这个值加倍(以如1995年5月21日授权的美国专利No.5,412,744中示出的产生最大的平坦响应)。在前一种情况下，对于γ＝0.8并且B＝360nm，可以获得：

[0114]

[0115] 通过该表达式，对于N＝16，可以获得 其足够大以允许在没有温度控制的状态下使用路由器。实际上， 几乎是在从-40℃到+75℃的温度范围内由0.012nm/℃的路由器温度灵敏度所引起的波长变化的两倍。另一方面，为了对于N＝32获得相同的结果，在2.5dB的损耗惩罚的状态下使用了最平坦的响应。注意，通过图9的过渡部914来在图8中获得了上述大的宽度W。

[0116] 注意，在图8的实施例中，在中心机房使用了2N×1路由器，以对上行和下行信号进行分离以及结合，并且在这种情况下使用了一个路由器循环。图8的接入节点中的路由器的实施例是薄并且长的，并且可以例如将约15个器件装配到6英寸晶片上。(中心机房中)的另一个路由器更大，并且因此器件的数目例如约为10。如在之前指出的，在任一情况下，对于高斯设计的损耗约为3dB。

[0117] 其他实施例

[0118] 在一个实施例中，令θA、ΔθA、ΔLA、rA表示部分A的主臂的参数。之后，可以在路径长度差ΔLA与旋转角θA之间得到以下关系式：

[0119] ΔLA/ΔθA＝tan(θA/2)[Δy/ΔθA+rA]，对于R＝Rmin (a)[0120] 也可以得出：

[0121] ΔrA/ΔθA＝[Δy/ΔθA-rAcos(θ)-RAsin(θA)]/sin(θA)，对于R＝Rmin(b)除了(a)中的路径长度差因为180°的旋转而变为-ΔLB之外，在部分B中获得了类似的关系。因此，例如假设两个阵列A、B的特征是以上表达式中Δθ、r的值相同。之后，在这两个情况下由ΔLA、θA以及ΔLB、θB表示ΔL、θ的值，在r＝rA＝rB并且Δθ＝ΔθA＝ΔθB的状态下，通过以下等式给出完整布置的光路长度差ΔL：

[0122] ΔL＝ΔLA-ΔLB＝[tan(θA/2)-tan(θB/2)](Δy+rΔθ) (c)[0123] 因此，可以通过在两个角θA与θB之间引入适当的差来实现ΔL的任何特定值。注意，如下文中所述的，在一些情况下，选择部分A和B中的r、Δθ的略微不同的值并且之后对上述表达式(c)进行相应地调整是有利的。在设计中，适当地选择(ΔθA+ΔθB)/2的值，以优化光栅的一致性，其中在每个部分中的光栅的一致性是通过波导间隔的变化rΔθ来确定的。

[0124] 接下来对于适合于本地接入应用的1×18路由器的布局描述一个示例，其中该路由器的特征例如是1000GHz的信道间隔。在这种情况下，光栅的特征是：

[0125] ΔL＝9.6μm，并且θA-θB＝10° (d)

[0126] 并且通过采取0.06％的折射率反差并且选择：

[0127] Δy＝45μm，(θA+θB)/2＝60°，rAΔθ＝rBΔθ＝40μm，Δθ＝10° (e)[0128] 来对其进行优化。

[0129] 将合适的过渡部包括在弯曲部中，并因此上述值ΔL＝9.6μm与从没有过渡部的表达式(c)获得的值略微地不同。可以通过采取θA＝θB的两个相同的部分来对光栅进行优化。在这之后，在不改变在先优化的(θA+θB)/2的值的状态下，选择产生指定ΔL的θA-θB。可以如下所述地选择间隔Δy以及rΔθ的值。如之前指出的，Δy的值足够大以确保在相邻的波导之间的耦合可以忽略，并且在上述示例中的合理的选择是Δy＝45μm。参数rΔθ(其为在弯曲部的起点P处的波导间隔)稍微小于在弯曲部的末端处的间隔Δy。因此，在上述示例中，rΔθ被选择为等于40μm。在上述布置中，通过将与上文中相同的特殊过渡部包括在光栅中而优化了路由器效率。这些过渡部也减小了路由器的尺寸。特别地，臂的数目减小了60％。与可以买到的(高级次)路由器相同，总损失预期为约
3dB。

[0130] 在上述示例中，对于部分A和B选择相同值的Δθ，并且在这两种情况下对于中心臂指定了条件 然而，总之，两个部分的特征可以是Δθ不同，并且不同的臂可以具有特征

[0131] 该示例的路由器是薄和长的，并且可以将约15个器件装配到例如6英寸的晶片中；而使用图1的布置，器件的数目大约将会减小到10，并且将会产生更高的损耗和串扰。

[0132] 对于额外的设计考虑，采取奇数的波导，并且令中心臂的特征是最小的曲率。将以下考虑平等地应用到部分A和B，并且因此将仅考虑部分A。令：

[0133] θi、ri、Ri、Δri、ΔRi

[0134] 表示θ、r、R、Δr、ΔR的第i个值，并且令：

[0135] Δri＝ri-ri-1，ΔRi＝Ri-Ri-1

[0136] 在第i个臂的端部处的间隔等于riΔθ，并且将会使得每个弯曲部分中的间隔逐渐地从初始值riΔθ增加到最终值Δy。因此，可以使得所有的臂满足以下条件：

[0137] Δy＞riΔθ

[0138] 此外，一个实施例的光栅的特征是在每个弯曲部分处，与相邻的臂的相互耦合具有基本上为零。因此，选择了充分大的间隔riΔθ。例如，在一个示例中，指定了：

[0139] riΔθ＞35μm

[0140] 通常，可以发现间隔riΔθ对于底部臂最小并且在顶部臂附近最大。因此可以获得两个条件：

[0141] Δy≥rMΔθ，ri Δθ≥35μm (f)

[0142] 通过对于中心臂适当地选择Δy以及Δy-rΔθ来满足这两个条件。在上述示例中，通过选择Δy＝45μm并且rΔθ＝40μm，可以以 和 来满足以上两个条件，并且对于部分B获得相似的值。

[0143] 通过以下过程设计了一个实施例的光栅。所考虑的路由器的实施例是特征为不一定具有一致放大率的成像布置。因此，因为Δθ的输入值等于输出值除以放大率，所以该布置的特征是Δθ的输入值和输出值不一定相同。注意，Δθ的输出值以简单的方式决定输出波导的分离(并且也决定了输出波导的宽度)，并且类似地输入Δθ确定了输入波导宽度。一旦选择了Δθ的值，设计如下所述地进行。在部分A中，在被称作主臂的特定臂中选择R＝Rmin。类似地，在部分B中，选择不一定与部分A中相同的主臂。然而，最初假设主臂对于两个部分相同是方便的，并且主臂通常是中心臂或者靠近中心的臂。如之前所示的，在每个部分中都存在近似地由表达式(c)给出的、主臂的参数r、θ、Δθ、Δy与由该部分对于ΔL的贡献之间的简单的关系。因此，可以直截了当地确定产生ΔL＝ΔLA-ΔLB的指定值的近似的角差(θA-θB)/2。此外，之后可以直截了当地确定整个光栅(ri、Ri的值)。如在先指出的，利用满足条件(f)的最大和最小值，间隔riΔθ可以在一个实施例中以良性的方式变化。因此，通常通过连续反复可以最好地确定最优的参数。

[0144] 注意，为了使得两个部分A和B都相容到一个实施例中，在接合线处，它们必须在接合部具有恒定的间距Δy。

[0145] 到目前为止，在实施例中，在相邻的臂之间指定了恒定的长度差。更具体地，可以在基本不改变以上设计的状态下略微地调整这个条件。例如，代替产生恒定的长度差，在一个实施例中在ΔL中可以存在小的变化，以例如改善每个波段的平坦性。

[0146] 通过引用将在本说明书中参考和/或在申请数据表中列出的所有的上述美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开全部结合在这里。

[0147] 图示实施例的以上描述并且包括摘要中的描述都不是穷尽的或者限制为所公开的精确形式。虽然这里为了示例性目的描述了特定的实施例和示例，但是各种等价修改是可能的并且是可以做出的。

[0148] 可以根据以上具体描述来做出这些和其他修改。在权利要求中使用的术语不应当被理解为将权利要求限制为说明书中公开的实施例。此外，根据已经建立的权利要求解释的原则来确定权利要求的范围。