多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，屬于一種全光開關領域。其在單控全光開關的基礎上，還包括第一控制光波導端口、第二控制光波導端口、第一濾波器以及第二濾波器，所述的第一控制光波導端口、第二控制光波導端口均與馬赫-曾德爾干涉臂相連；所述的第一多模干涉區(qū)、第二多模干涉區(qū)內均設有多模干涉耦合器；所述的第一濾波器、第二濾波器分別位于第一輸出波導端口、第二輸出波導端口上。本發(fā)明提供了一種多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其引入兩路控制光，兩控制光都可控制兩個輸出端口的輸出，使其在直通和交叉態(tài)之間自由選擇。
【專利說明】多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全光開關，尤其涉及一種多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關。
【背景技術】
[0002]全光開關是光子【技術領域】的關鍵器件之一，主要優(yōu)點是他們避免了光-電和電-光的轉換，也是高速全光通信網絡的一個重要器件。研究全光開關主要從三個方面提高其性能:一是設計出新的器件結構，二是采用載流子超快馳豫的新材料，三是利用半導體量子阱材料的特殊性質來發(fā)展超高速光開關。本發(fā)明則是從器件的結構方面實現(xiàn)雙控全光開關功能。多模干涉器件(麗I)和馬赫-增德爾干涉(ΜΖΙ)型裝置是雙控全光開關的主要部分。多模干涉自成像是多模波導的一種性質，即輸入場的橫向分布在沿著波導的傳播方向會周期性重現(xiàn)一個或多個像。1972年，Marcuse發(fā)現(xiàn)在漸變折射率波導中可以周期性地產生物體的實像；1973年，Bryngdahl提出了均勻折射率多模平板波導也可以得到自映像；1994年，Bachmann給出了多模干涉器件成像的特性；1995年，Sol dan o LB等人在J.Lightwave Technol上提出在集成光學中有廣泛用途的多模干涉(MultimodeInterference, MMI);2004年,Zhao Yiping等人在美國專利和商標局的專利數(shù)據庫(USPT0)中報道了一種碳納米管聚合物復合材料的超快全光開關；2005年，Chen Yuanyuan等人在Chinese Physics Letters中提出了一個基于絕緣娃的快速響應MM1-MZ熱光開關；2011年,Bahrami等人在Optik中提出了基于MZ-MMI非線性稱合型全光開關。這些光開關都是運用載流子注入效應、熱光、電光來改變波導材料的折射率，其結構和制作工藝較為復雜，響應時間也在納秒量級。
[0003]中國專利申請?zhí)?201210372474.X，
【公開日】:2013年1月16日，公開了一份名稱為
多模干涉馬赫-曾德爾全光開關的專利文件。其包括第一輸入波導端口、第二輸入波導端口、第一輸出波導端口、第二輸出波導端口、控制光波導端口、控制光輸出端口、第一多模波導、馬赫-曾德爾干涉臂、第二多模波導，第一輸入波導端口、第二輸入波導端口都連接在第一多模波導的一端，第一多模波導的另一端通過馬赫-曾德爾干涉臂與第二多模波導的一端連接，第一輸出波導端口、第二輸出波導端口、控制光輸出端口都連接在第二多模波導的另一端，控制光波導端口與馬赫-曾德爾干涉臂連接。該發(fā)明多模干涉馬赫-曾德爾全光開關的結構簡單緊湊，制作成本低。但是該發(fā)明僅僅由單束控制光加在馬赫一曾德爾干涉儀的一個臂上，實現(xiàn)全光開關的功能，無法滿足一些特殊的需要。類似于樓梯口的照明燈，用普通開關就無法實現(xiàn)樓上樓下都可以控制，必須用雙控開關。

【發(fā)明內容】

[0004]1、要解決的問題
[0005]針對現(xiàn)有單控全光開關在一些特殊場合，如樓梯口照明，則無法實現(xiàn)樓上樓下的靈活應用的問題，本發(fā)明提供了一種多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其引入兩路控制光，兩控制光都可控制兩個輸出端口的輸出，使其在直通和交叉態(tài)之間自由選擇。
[0006]2、技術方案
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術方案。
[0008]多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，包括第一輸入波導端口、第二輸入波導端口、第一輸出波導端口、第二輸出波導端口、第一多模干涉區(qū)、第二多模干涉區(qū)以及馬赫-曾德爾干涉臂，還包括第一控制光波導端口、第二控制光波導端口、第一濾波器以及第二濾波器，所述的第一控制光波導端口、第二控制光波導端口均與馬赫-曾德爾干涉臂相連；所述的第一多模干涉區(qū)、第二多模干涉區(qū)內均設有多模干涉耦合器；所述的第一濾波器、第二濾波器分別位于第一輸出波導端口、第二輸出波導端口上。
[0009]優(yōu)選地，所述的馬赫-曾德爾干涉臂與第一多模干涉區(qū)、第二多模干涉區(qū)的連接處、第一輸出波導端口、第二輸出波導端口與第二多模干涉區(qū)的連接處均為錐型結構。
[0010]更優(yōu)選地，所述的錐型結構的錐型角的取值在多模波導的二重像輸出端發(fā)生平移的容差范圍內。
[0011]優(yōu)選地，所述的第一濾波器、第二濾波器的類型均為帶通濾波器。
[0012]優(yōu)選地，所述的第一多模干涉區(qū)、第二多模干涉區(qū)的長度相等，且長度范圍為890 μ m-900 μ mD
[0013]3、有益效果
[0014]相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為:
[0015](1)本發(fā)明繼承了單束控制光改變單模波導的折射率，使馬赫-曾德爾干涉臂產生相位差來實現(xiàn)光通過與關斷的開關作用的優(yōu)點:在干涉臂上直接接入控制光波導，使開關尺寸更加緊湊；波導由具有良好光致色變性能的有機聚合物材料制作，成本低廉；基于材料的非線性光克爾效應，在強光作用下，折射率改變快，因此開關的響應時間比熱光電光開關更短。
[0016](2)本發(fā)明采用兩個控制光波導端口，分別控制全光開關的導通與斷開，實現(xiàn)雙控型結構，與單控型結構相比，增加了一個控制端口，因而增加了開關的靈活性，具有更為廣泛和方便的用途。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0018]圖中標號說明:1、第一輸入波導端口 ；2、第二輸入波導端口 ；3、第一輸出波導端口 ；4、第二輸出波導端口 ；5、第一控制光波導端口 ；6、第二控制光波導端口 ；7、第一多模干涉區(qū)；8、第二多模干涉區(qū)；9、馬赫-曾德爾干涉臂；10、第一濾波器；11、第二濾波器。
【具體實施方式】
[0019]為進一步了解本發(fā)明的內容，下面結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0020]實施例1
[0021]如圖1所示，多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，包括第一輸入波導端口 1、第二輸入波導端口 2、第一輸出波導端口 3、第二輸出波導端口 4、第一多模干涉區(qū)7、第二多模干涉區(qū)8以及馬赫-曾德爾干涉臂9，第一輸入波導端口 1、第二輸入波導端口 2都連接在第一多模干涉區(qū)7的一端，第一多模干涉區(qū)7的另一端通過馬赫-曾德爾干涉臂9與第二多模干涉區(qū)8的一端連接，所述的第一輸出波導端口 3、第二輸出波導端口 4連接在第二多模干涉區(qū)8的另一端,還包括第一控制光波導端口 5、第二控制光波導端口 6、第一濾波器10以及第二濾波器11，第一控制光波導端口 5、第二控制光波導端口 6均與馬赫-曾德爾干涉臂9相連；所述的第一多模干涉區(qū)7、第二多模干涉區(qū)8內均設有多模干涉耦合器；第一濾波器10、第二濾波器11分別位于第一輸出波導端口 3、第二輸出波導端口 4上。
[0022]另外，馬赫-曾德爾干涉臂9與第一多模干涉區(qū)7、第二多模干涉區(qū)8的連接處、第一輸出波導端口 3、第二輸出波導端口 4與第二多模干涉區(qū)8的連接處均為錐型結構。錐型結構的錐型角的取值在多模波導的二重像輸出端發(fā)生平移的容差范圍內。
[0023]第一濾波器10、第二濾波器11的類型均為帶通濾波器。第一多模干涉區(qū)7、第二多模干涉區(qū)8的長度相等,且長度范圍為890 μ m。
[0024]本發(fā)明基于馬赫-曾德爾型干涉(MZI)結構、多模干涉(麗I)原理和光學克爾效應，設計了麗1-ΜΖΙ型全光開關。工作時，工作波長光束從第一輸入波導端口 1進入，從第二輸出波導端口 4輸出，或者從第一輸入波導端口 2進入,從第一輸出波導端口 3時，即為交叉態(tài)；從第一輸入波導端口 1進入，從第一輸出波導端口 3輸出，或者從第一輸入波導端口 2進入，從第二輸出波導端口 4輸出時，即為直通態(tài)。
[0025]增加或不增加控制光所出現(xiàn)的情況分為:(1)當不加控制光束時，工作波長光束從第一輸入波導端口 1輸入，從第二輸出波導端口 4輸出，即信號光束為交叉態(tài)；(2)當?shù)谝豢刂乒獠▽Ф丝?5或第二控制光波導端口 6的任一端輸入另一波長且一定強度的控制光束時，信號光束為直通態(tài)；(3)當?shù)谝豢刂乒獠▽Ф丝?5和第二控制光波導端口 6同時輸入另一波長且一定強度的控制光束時，則信號光束為交叉態(tài)。
[0026]本發(fā)明控制光的強度既要滿足引起光克爾效應在干涉臂上產生π (或π的奇數(shù)倍)相位差，也要使第二個多模干涉區(qū)由于折射率的變化對二重像位置的影響在容差范圍內。由于多模干涉區(qū)的長度對信號光成雙像，而對控制光成單像，因此，控制光也在輸出端輸出，為了不影響信號光的傳輸，在輸出波導上引入第一濾光器10和第二濾光器11，作用是允許信號光通過，濾除控制光。此外，由于控制光的引入，使第二多模干涉區(qū)8的折射率產生微弱改變，這種改變會使輸出光場位置在一定范圍內變化，因此輸出單模波導使用錐形結構，使得信號光在系統(tǒng)允許容差范圍內輸出。
[0027]本發(fā)明運用到的多模干涉耦合器，其工作原理基于多模波導中的自成像效應，當一束光進入多模波導時，會激發(fā)波導的各階導模，各階導模在波導中傳播時，由于傳播常數(shù)不一樣，導模間產生相位差，相互之間發(fā)生干涉，在滿足一定條件的特定位置上會出現(xiàn)輸入光場的一個或多個映像。由于相位的周期性，這些映像會重復出現(xiàn)。本發(fā)明中多模干涉區(qū)相當于起到分束器和合束器的作用。當信號光從第一輸入波導端口 1或第一輸入波導端口2進入到第一多模干涉區(qū)7時，經過一定長度的傳輸，在成二重像處均勻輸出兩束光，這兩束信號光分別經馬赫-曾德爾干涉臂傳輸進入第二多模干涉區(qū)8，經過相同長度的傳輸，則在對稱輸出口成單像，即在第二輸出波導端口 4或第一輸出波導端口 3輸出(交叉態(tài));當在第一控制光波導端口 5或第二控制光波導端口 6加控制光束時，由于材料的光學克爾效應，其折射率發(fā)生了改變，使得經馬赫-曾德爾干涉臂傳輸?shù)墓馐a生一附加的η (或η的奇數(shù)倍)相位差，在進入第二多模干涉區(qū)8后，從第一輸出波導端口 3或第二輸出波導端口 4輸出，開關處于直通態(tài)。當?shù)谝豢刂乒獠▽Ф丝?5和第二控制光波導端口 6同時引入控制光時，同樣由于光學克爾效應，信號光又從第二輸出波導端口 4或第一輸出波導端口 3輸出(交叉態(tài))。本發(fā)明基于MM1-MZI原理和光克爾效應，以一定強度的控制光使開關運行，達到以光控光的目的，并且由于第一控制光波導端口 5和第二控制光波導端口 6是兩個控制光輸入端口，可以分別控制，實現(xiàn)雙控功能。
[0028]實施例2
[0029]同實施例1，所不同的是，第一多模干涉區(qū)7、第二多模干涉區(qū)8的長度為900 μ m。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，包括第一輸入波導端口(1 )、第二輸入波導端口(2)、第一輸出波導端口(3)、第二輸出波導端口(4)、第一多模干涉區(qū)(7)、第二多模干涉區(qū)(8)以及馬赫-曾德爾干涉臂(9)，所述的第一輸入波導端口(1)、第二輸入波導端口(2)都連接在第一多模干涉區(qū)(7)的一端，第一多模干涉區(qū)(7)的另一端通過馬赫-曾德爾干涉臂(9)與第二多模干涉區(qū)(8)的一端連接，所述的第一輸出波導端口(3)、第二輸出波導端口(4)連接在第二多模干涉區(qū)(8)的另一端，其特征在于，還包括第一控制光波導端口(5)、第二控制光波導端口(6)、第一濾波器(10)以及第二濾波器(11)，所述的第一控制光波導端口(5)、第二控制光波導端口(6)均與馬赫-曾德爾干涉臂(9)相連；所述的第一多模干涉區(qū)(7)、第二多模干涉區(qū)(8)內均設有多模干涉耦合器；所述的第一濾波器(10)、第二濾波器(11)分別位于第一輸出波導端口(3)、第二輸出波導端口(4)上。
2.根據權利要求1所述的多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其特征在于，所述的馬赫-曾德爾干涉臂(9)與第一多模干涉區(qū)(7)、第二多模干涉區(qū)(8)的連接處、第一輸出波導端口(3)、第二輸出波導端口(4)與第二多模干涉區(qū)(8)的連接處均為錐型結構。
3.根據權利要求2所述的多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其特征在于，所述的錐型結構的錐型角取值在多模波導的二重像輸出端發(fā)生平移的容差范圍內。
4.根據權利要求1所述的多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其特征在于，所述第一濾波器(10)、第二濾波器(11)的類型均為帶通濾波器。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的多模干涉馬赫-曾德爾型雙控全光開關，其特征在于，所述的第一多模干涉區(qū)(7)、第二多模干涉區(qū)(8)的長度相等，且長度范圍為890 μ m-900 μ m。
【文檔編號】G02F1/01GK103631035SQ201310535212
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】曾國榮, 王鵬, 王正嶺, 邱鳳仙 申請人:江蘇大學