專利名稱：內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，特別適用于做光通訊網(wǎng)絡(luò)器件。
背景技術(shù)：
陣列波導(dǎo)干涉器(Arrayed waveguide interferometer，AWI)是一種采用多光束干涉原理的新型干涉器，它具有非常高的波長(zhǎng)分辨率，多個(gè)AWI可以按一定方式串接起來(lái)組成各種光無(wú)源器件，如基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)解復(fù)用/波長(zhǎng)復(fù)用器(WDMUX/WMUX，Wavelengthdemutipler/wavelength mutiplexer)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇開關(guān)(WSS，Wavelength-selective switches)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇路由(WSR，wavelength-selective routing)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)選擇耦合器(WSC，Wavelength-selective coupler)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的波長(zhǎng)分插復(fù)用器(WADM，Wavelength add/drop mutiplexer)等，在光通訊技術(shù)中有重要應(yīng)用。AWI一般采用光集成技術(shù)制作，像其他平面波導(dǎo)器件一樣，AWI存在一定程度的損耗，特別是多個(gè)AWI串接組成的光無(wú)源器件損耗可能很大。這種損耗主要起源于光波導(dǎo)基片的材料吸收、由光波導(dǎo)的彎曲、轉(zhuǎn)折等形變引起的模式損耗以及光波導(dǎo)加工微缺陷引起的散射損耗等。所以一般在光無(wú)源器件的輸入端或輸出端要進(jìn)行光放大，如串接摻鉺光纖放大器，但這樣就使得系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，提供一種內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它結(jié)構(gòu)緊湊，不影響原有基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的功能，可以大幅度減小插入損耗，甚至直接實(shí)現(xiàn)光放大，解決了光無(wú)源器件插入損耗大的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它包括采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，泵浦光輸入通道，泵浦光分離通道，和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道；泵浦光輸入通道與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸入光波導(dǎo)和/或輸出光波導(dǎo)和/或陣列波導(dǎo)中某一根光波導(dǎo)耦合相連，泵浦光分離通道在靠近輸出端口處與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連，信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。泵浦光輸入通道用于把泵浦光耦合到基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件內(nèi)部，泵浦光分離通道用于把泵浦光從輸出通道中過(guò)濾分離出來(lái)，信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道用于把輸出信號(hào)光強(qiáng)分出一小部分，以監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)光的強(qiáng)度，反饋控制泵浦光的大小。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它的泵浦光輸入通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸入光波導(dǎo)和/或輸出光波導(dǎo)和/或陣列波導(dǎo)中某一根光波導(dǎo)耦合相連。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它的泵浦光輸入通道直接連接到采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它的泵浦光分離通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器在靠近輸出端口處與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它沒(méi)有泵浦光分離通道。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。
所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它沒(méi)有信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道。
本說(shuō)明書中所用術(shù)語(yǔ)說(shuō)明(1)、基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件指以陣列波導(dǎo)干涉器為基本單元，把多個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器通過(guò)一定方式串接或堆砌組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/解復(fù)用、光開關(guān)等功能的光無(wú)源器件。(2)、具有光增益功能的光波導(dǎo)指在泵浦光激勵(lì)下，光信號(hào)在其中通過(guò)時(shí)光信號(hào)的增益大于光波導(dǎo)材料的吸收損耗的光波導(dǎo)，如摻餌、鐵等稀土元素的光波導(dǎo)。因此對(duì)無(wú)缺陷的直線型具有光增益功能的光波導(dǎo)，光信號(hào)的總增益大于總損耗，因?yàn)榇藭r(shí)的光損耗主要是材料吸收，而對(duì)于曲線型和/或同時(shí)存在加工缺陷的具有光增益功能的光波導(dǎo)，光信號(hào)的總增益仍然可能等于或小于總光損耗，因?yàn)榇藭r(shí)總光損耗中還包括模式損耗、光散射損耗等。
本發(fā)明的基本原理是當(dāng)用泵浦光激勵(lì)具有光增益功能的光波導(dǎo)，如摻餌、鐵等稀土元素的光波導(dǎo)時(shí)，會(huì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)光信號(hào)通過(guò)時(shí)，由于受激輻射，電子從高能級(jí)激發(fā)態(tài)跳到低能級(jí)，輻射出與入射光子相同頻率的光子，新產(chǎn)生的光子和原來(lái)的光子一道又會(huì)產(chǎn)生更多的光子，這樣可以在一定程度上抵消光損耗，甚至增益大于損耗，實(shí)現(xiàn)光放大。因此內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件首先在器件制作上全部或部分采用具有光增益功能的光波導(dǎo)，其次通過(guò)泵浦光輸入通道把泵浦光耦合到該器件的內(nèi)部光波導(dǎo)中，使光信號(hào)得到增益放大。為了避免泵浦光的影響，必要時(shí)還需設(shè)置泵浦光分離通道，以免它從輸出端口輸出。如果想調(diào)節(jié)控制輸出信號(hào)光的強(qiáng)度，可以設(shè)置信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道，用于把輸出信號(hào)光分離出一小部分，檢測(cè)其強(qiáng)度，再反饋控制泵浦光的強(qiáng)度，因?yàn)楣庑盘?hào)的增益倍數(shù)取決于泵浦光的強(qiáng)度，在一定范圍內(nèi)，泵浦光的強(qiáng)度越大，信號(hào)光的增益也就越大。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明所涉及的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，由于把增益功能直接集成在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，與外接光放大器方式相比，還可大幅度節(jié)省封裝、恒溫裝置成本等。


圖1為本發(fā)明在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件為全部采用具有增益功能的光波導(dǎo)制作的1×N解復(fù)用器，泵浦光輸入通道與單個(gè)單元的陣列波導(dǎo)干涉器的輸出波導(dǎo)耦合相連，并帶有采用方向耦合器與單個(gè)單元的陣列波導(dǎo)干涉器的輸出波導(dǎo)相連的泵浦光分離通道和采用陣列波導(dǎo)干涉器的信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道時(shí)，內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的實(shí)施例示意圖。
圖2為本發(fā)明在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件為全部采用具有增益功能的光波導(dǎo)制作的1×N解復(fù)用器，采用方向耦合器構(gòu)成的泵浦光輸入通道與整個(gè)器件的輸入波導(dǎo)相連，沒(méi)有泵浦光分離通道和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道時(shí)，內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的實(shí)施例示意圖。
圖3為本發(fā)明在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件為全部采用具有增益功能的光波導(dǎo)制作的N×1復(fù)用器，泵浦光輸入通道直接與整個(gè)器件的輸出波導(dǎo)相連，并帶有一個(gè)采用方向耦合器與整個(gè)器件的輸出通道相連的泵浦光分離通道時(shí)，內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的實(shí)施例示意圖。
圖4為本發(fā)明在基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件為全部采用具有增益功能的光波導(dǎo)制作的N×1復(fù)用器，泵浦光輸入通道與單個(gè)單元的陣列波導(dǎo)干涉器的輸入波導(dǎo)通過(guò)一個(gè)方向耦合器相連時(shí)，內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件包括一個(gè)由陣列波導(dǎo)干涉器1，......，N組成的1×N解復(fù)用器，它們的工作波長(zhǎng)分別為λ1、，......，λN，在陣列波導(dǎo)干涉器1中，正向泵浦光λP從它的輸出光波導(dǎo)I2的左端口直接輸入，反向泵浦光λp在靠近I2的右端口處從由Y形結(jié)構(gòu)成的泵浦光輸入通道P1輸入，由于I2采用具有增益功能的光波導(dǎo)制作，輸出光信號(hào)λ1在其中傳輸時(shí)獲得增益，可以在一定程度上抵消光損耗，甚至增益大于損耗，實(shí)現(xiàn)光放大。為了避免泵浦光λp的影響，通過(guò)一個(gè)由方向耦合器構(gòu)成的泵浦光分離通道P2把λp分離出來(lái)，以免它從輸出通道I2的右輸出端口輸出，為了調(diào)節(jié)輸出光信號(hào)λ1的強(qiáng)度，通過(guò)一個(gè)由中心波長(zhǎng)為λ1的陣列波導(dǎo)干涉器構(gòu)成的信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道S2把λ1分離出一小部分來(lái)，以反饋控制泵浦光λp的強(qiáng)度。其他陣列波導(dǎo)干涉器2，......，N可以采用與上述陣列波導(dǎo)干涉器1一樣的方式設(shè)置泵浦光輸入通道、泵浦光分離通道和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道，圖中未畫出。采用上述結(jié)構(gòu)的好處是正向和反向雙向泵浦，光信號(hào)增益大，而且各個(gè)通道都有信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道，增益強(qiáng)度可分別單獨(dú)調(diào)節(jié)，有利于各個(gè)信道獲得均勻一致光強(qiáng)輸出，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)通道都需要各自的泵浦光輸入通道、泵浦光分離通道和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道，且信號(hào)光在整個(gè)器件的輸入光波導(dǎo)和各個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的耦合波導(dǎo)陣列中傳輸時(shí)由于沒(méi)有泵浦光而無(wú)法獲得增益。
圖2中內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件包括一個(gè)由陣列波導(dǎo)干涉器1，......，N組成的1×N解復(fù)用器，它們的工作波長(zhǎng)分別為λ1、，......，λN。泵浦光λp通過(guò)一個(gè)方向耦合器P1從整個(gè)器件的輸入光波導(dǎo)I1輸入。采用這種結(jié)構(gòu)的好處是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)泵浦光輸入通道，不需要泵浦光分離通道，這是因?yàn)楸闷止猞藀與λ1、，......，λN不重合，不能發(fā)生相長(zhǎng)干涉，無(wú)法從輸出光波導(dǎo)的輸出端口輸出。而且信號(hào)光在整個(gè)輸入光波導(dǎo)I1及每個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器的耦合波導(dǎo)陣列中傳輸時(shí)都能獲得增益，因?yàn)楸闷止庠谶@些光波導(dǎo)中都存在。
圖3中內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件包括一個(gè)由陣列波導(dǎo)干涉器1，......，N組成的N×1復(fù)用器，它們的工作波長(zhǎng)分別為λ1、，......，λN，泵浦光λp直接從整個(gè)器件的輸出光波導(dǎo)I2的左端口輸入。通過(guò)一個(gè)由方向耦合器構(gòu)成的泵浦光分離通道P2把λp從輸出通道I2分離出來(lái)，以免它從輸出通道I2的右輸出端口輸出。采用這種結(jié)構(gòu)的好處是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，整個(gè)器件只需要一個(gè)額外的泵浦光分離通道。
圖4中內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件包括一個(gè)由陣列波導(dǎo)干涉器1，......，N組成的N×1復(fù)用器，它們的工作波長(zhǎng)分別為λ1、，......，λN，在陣列波導(dǎo)干涉器1中，泵浦光λp通過(guò)一個(gè)由向方向耦合器組成的泵浦光輸入通道P1耦合進(jìn)入陣列波導(dǎo)干涉器1的輸入光波導(dǎo)I1中。其他陣列波導(dǎo)干涉器2，......，N可以采用與上述陣列波導(dǎo)干涉器1一樣的方式增加一個(gè)泵浦光輸入通道，圖中未畫出。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)同樣不需要泵浦光分離通道，且每個(gè)通道的信號(hào)光強(qiáng)度可分別調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)平坦一致的信號(hào)輸出。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，它包括采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，泵浦光輸入通道，泵浦光分離通道，和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道；泵浦光輸入通道與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸入光波導(dǎo)和/或輸出光波導(dǎo)和/或陣列波導(dǎo)中某一根光波導(dǎo)耦合相連，泵浦光分離通道在靠近輸出端口處與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連，信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，泵浦光輸入通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸入光波導(dǎo)和/或輸出光波導(dǎo)和/或陣列波導(dǎo)中某一根光波導(dǎo)耦合相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，泵浦光輸入通道直接連接到采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，泵浦光分離通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器在靠近輸出端口處與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，沒(méi)有泵浦光分離通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道通過(guò)Y型結(jié)或方向耦合器或工作波長(zhǎng)合適的陣列波導(dǎo)干涉器與采用具有光增益功能的光波導(dǎo)制作的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件的輸出光波導(dǎo)耦合相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，其特征在于，沒(méi)有信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)置光增益功能的基于陣列波導(dǎo)干涉器的光無(wú)源器件，它采用具有增益功能的光波導(dǎo)材料制作，同時(shí)在內(nèi)部還集成了泵浦光輸入通道、泵浦光分離通道和信號(hào)光強(qiáng)檢測(cè)通道，插入損耗低，甚至可以實(shí)現(xiàn)光放大，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，成本低，特別適于應(yīng)用在多通道大規(guī)模光通訊網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號(hào)H04J14/06GK1434316SQ03118700
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請(qǐng)人:李志揚(yáng)