平面光波導分路器

"Bicon Coupler

分路器作為FTTx網路的核心部件，其在無源光網路(Passive Optical Network, PON)的一個典型套用表現在以下兩個方面： 1.作為下行光信號(1490nm和1550nm)的功率分配器(Power splitter)使用
2.作為上行光信號(1310nm)的合束器(Combiner)使用
詳細的組網形式不是這裡的討論重點，讀者可以參考相關專著(如Gerd Keiser的《FTTX Concepts and Applications》)。這裡主要討論的是分路器的工作原理和性能。
目前市場上主流的分路器主要基於兩種技術形式：熔融拉錐型(Fused Biconical Taper, FBT)和平面光波導(PLC)型。同樣的，兩種技術形式孰優孰劣，這裡不作評論。無論基於何種技術形式的分路器，都是基於1 x 2基本結構的級聯而成。FBT的1 x 2結構是一耦合器，而PLC的是一Y分支結構。這個看似簡單的Y分支構件，其實並不簡單，因為分路器的性能優劣很大程度上就是由它決定的。如何設計一個性能優異的Y分支結構屬於技術機密(classified technology)，這裡不便討論。這裡僅就基於平面光波導技術的一個Y分支結構的分路器，即1 x 2分路器的工作原理作一簡介。其實也就是從物理本質上粗略地解釋為什麼1 x 2分路器無論是上行，還是下行信號，其插入損耗都是3 dB。
1 x 2分路器的功能結構可以用圖1(a)的框圖來表示：一個單模輸入波導，兩個單模輸出波導。中間用來分束的結構有很多種，這裡只給出了3種結構：圖1(b)的定向耦合器型(Directional Coupler, DC)，圖1(c)的無間距定向耦合器型(Zero-Gap Directional Coupler, ZGDC)，以及圖1(d)的模斑轉換器型(Spot Size Converter, SSC)。定向耦合器型和零間距定向耦合器型輸入端都只用其中一個連線埠，並且無間距定向耦合器型其實是多模干涉型(Multi-Mode Interference, MMI)。現行市場上熱賣的PLC分路器都是SSC型的，之所以給出另外兩種，是為了進行對比分析。