專利名稱：使用平面光波線路和可變形反射鏡的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通信的光系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及適合于在使用波分復(fù)用的高數(shù)據(jù)速率的光通信系統(tǒng)中使用的無(wú)色可調(diào)色散(dispersion)補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
在電子制造技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方面的許多進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了大量商用和消費(fèi)設(shè)備，這些設(shè)備能夠生成信息并在彼此之間傳遞信息，因此對(duì)信息通信服務(wù)的需求日益增加。對(duì)信息通信服務(wù)需求方面的這種增長(zhǎng)導(dǎo)致了對(duì)傳輸容量需求的相應(yīng)增長(zhǎng)。
增加傳輸容量的一種方法是提供另外的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。但是，產(chǎn)生了與增建另外的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)的巨額成本。
滿足增長(zhǎng)的信息通信容量需求的另一種途徑是增加在跨越網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息的過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)速率。在光網(wǎng)絡(luò)中，由色散引起的碼間干擾隨比特率的二次方增加。色散是指這樣的效應(yīng)，其中，光信號(hào)通過(guò)光纖傳播的速率隨發(fā)送的波長(zhǎng)而變化。
在理想的、40Gb/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)該通過(guò)對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)對(duì)所要求的更精密的容差以及在色散方面的隨時(shí)間的變化進(jìn)行處理。
對(duì)于例如在40Gb/秒系統(tǒng)中使用的遠(yuǎn)距離鏈路，光可調(diào)色散補(bǔ)償器(tunable dispersion compensator，TDC)具有實(shí)用性。目前，在40Gb/秒情況下，電子色散補(bǔ)償已經(jīng)不適于實(shí)用，另外，在長(zhǎng)鏈路中的光纖溫度變化足以要求使用TDC。重要的是，TDC必須是無(wú)色的，這意味著TDC應(yīng)該具有與信道間隔相等的自由光譜范圍(free-spectralrange，F(xiàn)SR)，由此能夠?qū)崿F(xiàn)可重新配置波分復(fù)用(WDM)網(wǎng)絡(luò)，并且減少庫(kù)存和管理問(wèn)題。對(duì)于例如在40Gb/秒系統(tǒng)中使用的TDC的另一個(gè)希望的屬性是具有很快的調(diào)諧速度(例如，小于1ms)，以便形成魯棒且有時(shí)間效能的色散控制反饋環(huán)。此外，為了使控制復(fù)雜度最小，希望對(duì)色散進(jìn)行單旋鈕調(diào)節(jié)(single-knob adjustment)。
所以需要一種緊湊的、低功耗的、無(wú)色的、具有很快的調(diào)諧速度和單旋鈕色散調(diào)節(jié)機(jī)制的可調(diào)色散補(bǔ)償器。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，基于波導(dǎo)光柵路由器的可調(diào)色散補(bǔ)償器包括平面光波線路和可變形反射鏡，通過(guò)平柱面玻璃透鏡(plano-cylindrical glass lens)使其彼此光耦合，從而實(shí)現(xiàn)很快的調(diào)諧速度和單旋鈕色散調(diào)節(jié)。
按照本發(fā)明的另一方面，將波導(dǎo)光柵路由器在中心夾持住(即，使波導(dǎo)靠近)，關(guān)于其中心線對(duì)稱，并且在其中插入半波片(half-waveplate)，從而提供偏振無(wú)關(guān)性。
按照本發(fā)明的另一方面，可變形反射鏡是彎曲反射薄膜。


圖1示出了包括柱面透鏡和膜片的可調(diào)色散補(bǔ)償器的示意性波導(dǎo)布圖。
圖2和3示出了通過(guò)利用壓電致動(dòng)器使具有反射涂層的聚酯樹脂薄膜(Mylar film)彎曲得到的可變曲率(圖2未致動(dòng)的；圖3彎曲的)圖4示出了按照本發(fā)明的TDC的群延遲，示出了-475到x范圍內(nèi)的色散值。
具體實(shí)施例方式
一般來(lái)說(shuō)，按照本發(fā)明的、基于波導(dǎo)光柵路由器(WGR)的可調(diào)色散補(bǔ)償器是無(wú)色的，具有快速單旋鈕調(diào)諧，有效利用帶寬，能夠提供極大的調(diào)諧范圍并且是緊湊的。按照本發(fā)明的基于WGR的TDC使用可變形反射鏡而不是熱光透鏡(thermo-optic lens)，由此顯著地減少了功耗和尺寸。如圖1所示，通過(guò)將對(duì)稱的WGR“夾持”在其中心，實(shí)現(xiàn)了高分辨率和偏振無(wú)關(guān)性(polarization independence)。在某些實(shí)施例中，在對(duì)稱WGR中插入了半波片(也如圖1所示)。
這里提到“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”或者相似表述意味著結(jié)合實(shí)施例描述的具體特性、結(jié)構(gòu)、操作或特征至少包括在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中。因此，這里的短語(yǔ)或表述不一定全指相同的實(shí)施例。此外，可以將各種具體的特性、結(jié)構(gòu)、操作或特征以任意合適的方式組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
利用代表例如長(zhǎng)度或半徑等參數(shù)的具體數(shù)字值，對(duì)本發(fā)明的示意性實(shí)施例的各個(gè)方面進(jìn)行描述。這里將這些值描述為“標(biāo)稱的”，這意味著，規(guī)定的值是期望的，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到要對(duì)由實(shí)際制造容差導(dǎo)致的細(xì)微變化有所預(yù)料。提出的標(biāo)稱值包含并包括在用于制備并提供示意性實(shí)施例的各種部件的制造過(guò)程中固有的范圍。
對(duì)于無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償裝置來(lái)說(shuō)，各種現(xiàn)有技術(shù)的方法包括塊狀光學(xué)器件(bulk optic)、環(huán)形諧振腔、波導(dǎo)光柵路由器和Mach-Zehnder干涉儀裝置等。但是，在不使用偏振分集的情況下，這些方法或裝置中的任何一個(gè)都不能提供像在本發(fā)明的實(shí)施例中發(fā)現(xiàn)的那樣的緊湊尺寸、低功耗、高光譜分辨率、大調(diào)節(jié)范圍、快速調(diào)節(jié)、單旋鈕調(diào)節(jié)以及偏振無(wú)關(guān)性。
本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例提供了基于WGR的TDC，它是無(wú)色的，具有快速單旋鈕調(diào)節(jié)，有效利用帶寬，能夠提供極大的調(diào)諧范圍并且是緊湊的。按照本發(fā)明，示例性的基于WGR的TDC使用可變形反射鏡，由此，與使用熱光透鏡的現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，節(jié)省了大量功耗。盡管以前報(bào)道過(guò)使用WGR和固定反射鏡的非可調(diào)色散補(bǔ)償器，但是，對(duì)于40Gb/秒的100-GHz-FSR TDC，按照本發(fā)明的、基于WGR的TDC具有極高的光譜分辨率和很大的調(diào)諧范圍。通過(guò)將WGR“夾”在其中心，實(shí)現(xiàn)了高分辨率和偏振無(wú)關(guān)性。
圖1示出了示意性的波導(dǎo)布圖和無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器的構(gòu)思。平面光波線路(planar lightwave circuit，PLC)100由在硅襯底上埋入的0.80％相對(duì)折射率(0.80％-index-contrast)的波導(dǎo)構(gòu)成。在1550nm時(shí)，波導(dǎo)具有～60pm的有效雙折射(birefringence)。由于幾種原因?qū)GR在中間夾持。第一，夾持明顯節(jié)省了由波導(dǎo)光柵路由器占用的晶片面積。第二，夾持顯著減小了對(duì)晶片中的折射率梯度的敏感度。第三，夾持使得能夠插入小型半波片，從而形成TDC的偏振無(wú)關(guān)性。
仍然參照?qǐng)D1，這個(gè)示意性實(shí)施例的WGR具有34個(gè)光柵臂(gratingarm)102，并且，自由光譜范圍是100GHz。注意，WGR關(guān)于其中心線對(duì)稱。在WGR的每端布置星形耦合器。每個(gè)星形耦合器的半徑標(biāo)稱為3mm，并且，在星形耦合器處的光柵臂間距標(biāo)稱為11.5μm。對(duì)星形耦合器的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，使得只需要一個(gè)曲率符號(hào)(sign)，來(lái)對(duì)整個(gè)色散范圍進(jìn)行調(diào)諧。
在圖1所示的示意性實(shí)施例中，其中布置了波導(dǎo)光柵路由器的芯片在第二星形耦合器104的輸出曲面被截?cái)?，在這里膠著了或者以其他方式用折射率匹配的粘合劑黏性附著了半徑為1mm的平柱面玻璃透鏡106。這樣的透鏡可以是平凸柱面透鏡。應(yīng)該理解，可以使用任何合適的附著方法。
在這個(gè)示意性實(shí)施例中，由膠著到或者以其他方式黏性附著到相對(duì)的壓電致動(dòng)器的、商用的、2mil厚的、涂有鋁的聚酯樹脂薄膜構(gòu)成反射鏡108。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可以使用靜電致動(dòng)的致動(dòng)器。盡管這個(gè)示意性實(shí)施例將可變形反射鏡黏性附著到致動(dòng)器，但是，可以使用將可變形反射鏡機(jī)械附著到致動(dòng)器的任何合適的方法。還應(yīng)該理解，可以用任何合適的柔性反射膜片代替結(jié)合這個(gè)示意性實(shí)施例描述的、涂有鋁的聚酯樹脂薄膜。
在這個(gè)示意性實(shí)施例中，由涂有鋁的柔性薄膜如聚酯樹脂薄膜構(gòu)成可變曲率反射膜片202。如圖2和3所示，可變曲率反射膜片202或者可變形反射鏡通過(guò)彎曲實(shí)現(xiàn)了可變曲率半徑。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，由于僅需要一個(gè)曲率符號(hào)來(lái)覆蓋需要的色散范圍，因此可以利用彎曲反射鏡來(lái)對(duì)色散補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)諧。如果星形耦合器104的半徑為R0，反射鏡108的半徑為R，則色散為D=-2nλ0c0(R-R0RR0)(dxdλ)2---(1)]]>式中，n為玻璃的折射率，λ0為自由空間的波長(zhǎng)，c0為自由空間的光速，dx/dλ為空間色散，dxdλ=c0R0naΔfλ0---(2)]]>a為星形耦合器處的光柵臂間距，Δf為WGR的自由光譜范圍。
利用上述的本發(fā)明的示意性實(shí)施例得到的某些結(jié)果包括群延遲波動(dòng)(Group Delay Ripple，GDR)＜～10ps.；插入損耗(Insertion Loss，IL)從10到13dB，取決于設(shè)定；對(duì)低色散值，偏振相關(guān)損耗(PolarizationDependent Loss，PDL)小于1dB；在高色散值，上升到2-4dB；除了在高色散值以外，差動(dòng)群延遲(Differential Group Delay，DGD)＜5ps。
注意，按照本發(fā)明，可以提供無(wú)色的、基于WGR的TDC的許多其它方案。舉例來(lái)說(shuō)，但不限于此例，可以通過(guò)任何合適的方法而不是通過(guò)黏性附著，使透鏡附著到第二星形耦合器。相似地，可以通過(guò)任何合適的機(jī)械附著方法而不是通過(guò)黏性附著，將包括可變形反射鏡的柔性反射膜片固定到其對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器上。此外，在其上形成WGR的襯底可以是任何合適的襯底，而不是硅襯底。
結(jié)論這里已經(jīng)對(duì)使用平面光波線路和可變形反射鏡的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器進(jìn)行了描述。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例具有標(biāo)稱為1000ps/nm的調(diào)諧或調(diào)節(jié)范圍，并且具有標(biāo)稱為100GHz的自由光譜范圍。本發(fā)明的實(shí)施例適合于在數(shù)據(jù)速率為40Gb/秒的通信系統(tǒng)中使用。
按照本發(fā)明，具有可變形反射鏡的、基于波導(dǎo)光柵路由器的可調(diào)色散補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)在于功耗相對(duì)低、快速單旋鈕調(diào)諧、帶寬效能、很大的調(diào)諧范圍以及結(jié)構(gòu)緊湊等。
應(yīng)該將本發(fā)明理解為不限于以上所描述的實(shí)施例，但是，本發(fā)明包含在所附權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)的任何以及所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)色散補(bǔ)償器，包括平面光波線路(100)，包括具有一個(gè)終止于刻面的星形耦合器(104)的波導(dǎo)光柵路由器(102)；柱面透鏡(106)，附著到所述刻面；以及可變形反射鏡(108)，被配置為反射回到所述平面光波線路(100)。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，對(duì)終止于所述刻面的所述星形耦合器(104)進(jìn)行配置，使得只需要所述可變形反射鏡(108)的一個(gè)曲率符號(hào)，來(lái)對(duì)整個(gè)色散范圍進(jìn)行調(diào)諧。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，通過(guò)使所述反射鏡彎曲(圖3)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述反射鏡的變形。
4.一種無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器，包括平面光波線路(100)，包括波導(dǎo)光柵路由器(102)，所述波導(dǎo)光柵路由器(102)在中間被夾持并且關(guān)于其中心線對(duì)稱；位于所述波導(dǎo)光柵路由器的第一端的第一星形耦合器，和位于所述波導(dǎo)光柵路由器的第二端的第二星形耦合器(104)；透鏡(106)，被布置為與所述第二星形耦合器(104)相鄰；可變形反射鏡(108)，被布置為與所述透鏡相鄰；以及至少一個(gè)第一和一個(gè)第二致動(dòng)器，所述第一和第二致動(dòng)器被機(jī)械耦合到所述可變形反射鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，所述致動(dòng)器包括壓電致動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求5所述的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，所述襯底是硅襯底。
7.如權(quán)利要求5所述的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，所述波導(dǎo)是0.8％相對(duì)折射率埋入波導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求4所述的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器，其中，波導(dǎo)具有接近60pm和1550nm的有效雙折射。
9.一種光通信系統(tǒng)，包括至少一個(gè)接收器，位于通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述至少一個(gè)接收器包括無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器；其中，所述無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器包括平面光波線路(100)，包括具有一個(gè)終止于刻面的星形耦合器(104)的波導(dǎo)光柵路由器(102)；柱面透鏡(106)，附著到所述刻面；以及可變形反射鏡(108)，被配置為反射回到所述平面光波線路(100)。
10.如權(quán)利要求9所述的光通信系統(tǒng)，其中，對(duì)終止于所述刻面的所述星形耦合器(104)進(jìn)行配置，使得只需要所述可變形反射鏡的一個(gè)曲率符號(hào)，來(lái)對(duì)整個(gè)色散范圍進(jìn)行調(diào)諧。
全文摘要
基于波導(dǎo)光柵路由器的無(wú)色可調(diào)色散補(bǔ)償器包括平面光波線路和可變形反射鏡，通過(guò)平柱面玻璃透鏡使其彼此光耦合，從而實(shí)現(xiàn)很快的調(diào)諧速度和單旋鈕色散調(diào)節(jié)。按照本發(fā)明的另一方面，將波導(dǎo)光柵路由器夾持住，關(guān)于其中心線對(duì)稱，并且在其中插入半波片，從而產(chǎn)生偏振無(wú)關(guān)性。按照本發(fā)明的另一方面，可變形反射鏡包括附著到相對(duì)的壓電致動(dòng)器上的反射薄膜。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1828352SQ200610059729
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者克里斯托弗爾·理查德·多爾, 丹·馬克·馬羅姆 申請(qǐng)人:朗迅科技公司