專利名稱：基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成光學領(lǐng)域與光通信無源器件領(lǐng)域，尤其涉及基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器。
背景技術(shù)：
在波分復用(WDM)光纖系統(tǒng)中，光分插復用器(OADM)是一個關(guān)鍵器件。它從傳輸線路中有選擇性地分下通往本地的特定波長光信號，同時上載本地發(fā)往另一節(jié)點的特定波長光信號。OADM是實現(xiàn)大容量、高速率全光網(wǎng)通信的關(guān)鍵節(jié)點器件，在WDM光網(wǎng)絡系統(tǒng)中有著廣泛的應用。光分插復用器(OADM)的解決方案主要分為基于分立器件型和基于集成器件型兩大類?；诜至⑵骷?ADM，一般采用分立的透鏡、棱鏡、反射鏡等構(gòu)成，通過調(diào)整光束出射方向來達到分插濾波功能。由于制造容易、成本低，目前已經(jīng)實現(xiàn)的OADM大多采用分立器件制作。但該類器件體積偏大，實現(xiàn)光束精確對準難度較高，器件的插入損耗較大。根據(jù)所使用材料的不同，已見報道的基于集成技術(shù)的OADM主要有三大類:一種是通過在半導體材料上制作波導或者是微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光信號的濾波、耦合和分插復用，比如陣列波導光柵和MEMS光開關(guān)陣列。此類OADM集成度高，支持的信道數(shù)目多。而且，它所使用的制造設(shè)備與半導體激光器、半導體微電子器件兼容，因此可實現(xiàn)更高集成度的光電子集成。但不論是制造裝備、制造工藝還是所使用的半導體材料，其成本都很高，而且受目前制作能力的限制，性能也不夠穩(wěn)定，距實用化還有一段距離。另一種成本更低的集成OADM是基于光纖器件的。如利用光纖布拉格光柵(FBG)加兩個光環(huán)行器實現(xiàn)一種0ADM，整個器件插入損耗較低( 1.0dB)，但是由于使用了光環(huán)行器而使得成本較高。還有一種將長周期光纖光柵(LPFG)應用到OADM中，利用了兩個LPFG間的包層模式耦合實現(xiàn)了一個波長選擇耦合器，從而實現(xiàn)了波長的分插復用。但是，嚴格維持兩根光纖的相對位置對于器件封裝是一個很大的挑戰(zhàn)，也很難通過擴大光纖數(shù)量來增加輸出端口數(shù)量。還有一種集成OADM是通過在鈮酸鋰或聚合物材料基底上制作波導或者是微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，如聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)就是一個極具吸引力的方案，但其具有邊模抑制比低、插入損耗大等缺點，而且同樣存在著制造成本高昂，制造工藝復雜，性能不夠穩(wěn)定等問題。迄今為止，雖然已經(jīng)實現(xiàn)的OADM大多采用分立器件制作，而已見報道的基于集成技術(shù)的OADM由于成本高，工藝復雜，性能不穩(wěn)定等問題，距實用化還有一段距離，但毫無疑問集成化才是光通信器件的發(fā)展方向。關(guān)鍵是要找到一種制作工藝簡單、成本低廉的集成方案
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的基于集成器件的分插復用器結(jié)構(gòu)復雜、制作困難和材料重復利用率低等不足，本發(fā)明提供一種簡化結(jié)構(gòu)、制作方便、材料重復利用率較高的基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器。為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、插入尾纖和分下尾纖。所述基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器還包括3條完全相同的光波導。所述3條完全相同的光波導均為單模波導，其中第一波導為主波導，具有兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別位于第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊。所述光折變長周期波導光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體；所述基底上設(shè)置包層；所述包層中設(shè)置Z向布置的單模波導；所述單模波導上制作光折變光柵。進一步，所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖粘合固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖粘合固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖粘合固定連接。進一步，所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖通過夾具固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖通過夾具固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖通過夾具固定連接。再進一步，利用有效折射率法確定單模波導和包層的幾何尺寸、導模參數(shù)和有效折射率。更進一步，利用長周期波導光柵的耦合理論，確定波導間的耦合系數(shù)，波導間距和光柵長度。根據(jù)單模波導的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個分下或插入信號波長時的光柵周期，最后采用雙光束干涉方法制作出光折變光柵。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:用雙光束干涉方法制作光折變光柵，裝置和工藝簡單，而且利用光折變光柵在暗條件下可保持數(shù)年的特性，方便使用且性能可靠。另外，利用鈮酸鋰晶體中光折變光柵可以擦除和再建立的特點，通過改變記錄角度，就可以得到新的光柵周期，達到對分下和插入不同波長信號的目的，從而提高材料的重復利用率。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:1、只需利用雙光束干涉就可制作長周期波導光柵，不需要在鈮酸鋰晶體上加裝電極等復雜結(jié)構(gòu)，也避免了利用刻蝕等復雜的集成光學工藝制作光柵，使得制造技術(shù)簡單；2、光折變光柵可以擦除和再建立，可以改變分插復用器選擇的波長，從而提高材料的重復利用率。


圖1是本發(fā)明基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明雙光束干涉法制作光折變光柵示意圖。圖3是本發(fā)明基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器應用裝置示意圖。
圖4是本發(fā)明基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器應用波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步描述。實施例1參照圖1 圖3，一種基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖103和輸出尾纖109，分下尾纖110和插入尾纖101。所述光折變長周期波導光柵的分插復用器還包括3條完全相同的波導:波導I為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在波導I的左右兩端，左端光柵為102，右端光柵為108，兩個光折變長周期光柵間有一定距離；波導2具有與波導I左端完全相同的光折變長周期光柵104，且完全對齊；波導3具有與波導I右端完全相同的光折變長周期光柵107，且完全對齊。所述光折變長周期波導光柵包括基底106，所述基底106為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，所述基底106上設(shè)置包層105，所述包層105上設(shè)置Z向布置的波導1、2、3。所述波導I的兩個端面分別與所述輸入尾纖103和輸出尾纖109粘合固定連接，所述波導2的右端與分下尾纖110粘合固定連接，所述波導3的左端與插入尾纖101粘合固定連接。利用有效折射率法可確定波導1、2、3和包層105的幾何尺寸、導模參數(shù)和有效折射率。利用長周期波導光柵的模式理論，確定長周期光柵的長度L和波導的間距d。根據(jù)波導1、2、3的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個濾波波長時的光柵周期Am，采用雙光束干涉方法制作出光折變光柵。參照圖1 圖4，分插復用器的制作和應用包括以下步驟:步驟I鈮酸鋰基底單模波導的制作參照圖1，本發(fā)明中使用的波導是以鈮酸鋰晶體106為基底，經(jīng)過第一次擴鈦形成包層105，再經(jīng)第二次擴鈦分別形成波導1、2和3 ;波導I上制作的光柵102和108，波導2上制作的光柵104，波導3上制作的光柵107，都是光折變光柵。步驟2掩模版的制作參照圖2，根據(jù)長周期光柵的間隔d，達到100%耦合所需的光柵長度L，還有光分插復用的結(jié)構(gòu)以及波導的大小，制作出圖2中所示結(jié)構(gòu)的掩模版，該掩模版的主要功能是擋住波導上不需要光照射的部分，以便形成特定位置的光柵。步驟3光折變長周期波導光柵的制作參照圖2，首先將掩模版完全對齊地覆蓋在波導上，被掩模版擋住的地方無法接觸到光，沒有遮擋的地方可以接收到光。然后利用記錄光201，通過分束鏡202反射到203上，又經(jīng)203反射后形成一路干涉光205入射到掩模版上。而通過分束鏡202之后的另一束光經(jīng)過反射鏡204反射之后形成另一路干涉光206也入射到掩模版表面。干涉光205和206中未被掩模版遮擋的光在鈮酸鋰表面四個位置處同時形成干涉條紋，條紋間距為Am，條紋總長度為L，最后通過光折變效應同時形成光折變長周期波導光柵102、104、107和108。步驟4分插復用器的制作和應用參照圖1，在制作成功的光折變長周期波導光柵的波導I兩端面分別加上輸入尾纖103和輸出尾纖109，波導2的右端加上分下尾纖110，波導3的左端加上插入尾纖101，這樣就制成了基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器。尾纖103和109，110和101是直接對準并粘合固定在波導上的。參照圖3和圖4,假設(shè)輸入的波分復用信號光為A1, λ 2, λ 3, λ 4 (圖4 (a)),且共振波長為λ 3，所述的波分復用信號先耦合進輸入尾纖103中，再耦合進波導I中，則共振波長入3會在波導I的光折變長周期光柵102的作用下，耦合到整個波導片的包層模式中，該包層模式又在波導2的光折變長周期光柵104的作用下，耦合到波導2的導模中，從而可以在分下尾纖110端口處接收到光信號λ3 (圖4 (c))，即分下信號。其余的非共振波長入1，λ 2 λ 4 (圖4 (b))將從尾纖109輸出。如果同時在插入尾纖101端口插入信號入’ 3(圖4 (d))，同理，該信號的導模會在波導3的光折變長周期107的作用下耦合到整個波導片的包層模式中，然后該包層模式會在波導I的光折變長周期光柵108的作用下耦合到波導I的導模中，從而可以從尾纖109端口接收到信號光X1, λ 2, λ ’ 3，λ 4 (圖4 (e))。即該器件可以實現(xiàn)插入和分下的功能，即分插復用。實施例2本實施例與實施例1的不同之處在于:在制作成功的光折變長周期波導光柵的波導I兩端面分別加上輸入尾纖103和輸出尾纖109，波導2的右端加上分下尾纖110，波導3的左端加上插入尾纖101，這樣就制成了基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器。尾纖103和109，110和101是通過夾具固定后、直接對準緊貼在波導端面上。本實施例的其他結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方式與 實施例1完全相同。
權(quán)利要求
1.一種基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、插入尾纖和分下尾纖，所述基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器還包括3條完全相同的單模波導，其中第一波導為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；所述光折變長周期波導光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，所述基底上設(shè)置包層，所述包層上設(shè)置Z向布置的單模波導，所述單模波導上制作光折變光柵；所述第一波導的兩個端面分別與所述輸入尾纖和輸出尾纖連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特征在于:所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖粘合固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖粘合固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖粘合固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述的基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特征在于:所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖通過夾具固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖通過夾具固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖通過夾具固定連接。
4.如權(quán)利要求3所述的基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特征在于:利用長周期波導光柵的耦合理論，確定了第一波導、第二波導和第三波導之間的間距，同時也確定了光折變長周期波導光柵的長度。
5.如權(quán)利要求4所述的光折變長周期波導光柵，其特征在于:利用有效折射率法確定單模波導和包層的幾何尺寸、導模參數(shù)和有效折射率。
6.如權(quán)利要求5所述的光折變長周期波導光柵，其特征在于:根據(jù)單模波導的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個濾波波長時的光柵周期。
7.如權(quán)利要求6所述的光折變長周期波導光柵，其特征在于:采用雙光束干涉方法制作出全息光折變光柵。
全文摘要
基于光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、分下尾纖和插入尾纖。還包括3條完全相同的單模波導，其中第一波導為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊。光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，基底上設(shè)置包層，包層上設(shè)置Z向布置的單模波導，單模波導上制作光折變光柵。第一波導的兩個端面分別與所述輸入尾纖和輸出尾纖連接，第二波導的右端與分下尾纖連接，第三波導的左端與插入尾纖連接。
文檔編號G02B6/34GK103197387SQ201310125858
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者張明, 陳文 , 全必勝 申請人:浙江工業(yè)大學