專利名稱：一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信波分復(fù)用解復(fù)用及固定路由交換領(lǐng)域中的陣列波導(dǎo)光柵，以及密集波分復(fù)用系統(tǒng)信道監(jiān)控領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高長(zhǎng)途干線的通信容量，密集波分復(fù)用系統(tǒng)得到大力的發(fā)展，多波長(zhǎng)光源、寬帶光放大器、密集波分復(fù)用器以及光分叉復(fù)用器等是密集波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，光源波長(zhǎng)的溫度漂移及密集波分復(fù)用器溫度敏感性會(huì)引起信道中心波長(zhǎng)的變化與插損的變化；寬帶光放大器增益不平坦及增益變化會(huì)引起各信道光功率的變化；系統(tǒng)中心波長(zhǎng)漂移引起各信道信噪比的變化。因此，密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各信道中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比等必須實(shí)時(shí)監(jiān)控。
除了申請(qǐng)?zhí)枮?0100262.7的中國(guó)專利所述方案外，在使用陣列波導(dǎo)光柵進(jìn)行密集波分復(fù)用信道監(jiān)控的現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)信道中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比三個(gè)測(cè)量項(xiàng)中任意兩個(gè)被測(cè)量時(shí)，剩余項(xiàng)不能被測(cè)量。美國(guó)專利No.5617234利用了陣列波導(dǎo)光柵和光電二極管陣列，每個(gè)信道的波長(zhǎng)都可以被監(jiān)視，但陣列波導(dǎo)光柵的溫度必須實(shí)時(shí)控制，同時(shí)每個(gè)信道需要提供分離的用作參考波長(zhǎng)的光信號(hào)，并且光信號(hào)的光功率與光學(xué)信噪比不能被精確監(jiān)控。
申請(qǐng)?zhí)枮?0100262.7的中國(guó)專利所述方案能夠?qū)崿F(xiàn)各信道中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比的同時(shí)監(jiān)控，用作光功率測(cè)量的陣列光功率測(cè)量器直接耦合到陣列波導(dǎo)光柵輸出平板波導(dǎo)端面，見圖1陣列光探測(cè)器與輸出平板波導(dǎo)直接耦合，其中100、110、120、130、140分別為輸入波導(dǎo)、輸入平板波導(dǎo)、光柵區(qū)、輸出平板波導(dǎo)、陣列光功率測(cè)量器，135為各輸出光的光聚焦面(130的端面)，140與135耦合(陣列波導(dǎo)光柵是用陣列輸出波導(dǎo)代替140，將各波長(zhǎng)信號(hào)經(jīng)輸出波導(dǎo)耦合到輸出光纖)，如圖2陣列光探測(cè)器與輸出光譜，各波長(zhǎng)的光譜310在水平軸320上處于不同位置，同一波長(zhǎng)光譜由若干個(gè)光功率測(cè)量器探測(cè)的電流值經(jīng)數(shù)值處理方法后得到，140將130中各輸出波長(zhǎng)的光功率轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，該模擬電信號(hào)被數(shù)模轉(zhuǎn)換器220為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各信道的監(jiān)控。該技術(shù)方案能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)的信道監(jiān)控，不足之處在于，它需要利用抽頭(TAP)從多波長(zhǎng)光波中耦合出一部分光進(jìn)行在線監(jiān)控，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)成本比較高(包括陣列波導(dǎo)光柵、陣列光功率測(cè)量器、信息處理系統(tǒng)等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光波密集波分復(fù)用的同時(shí)，既要實(shí)現(xiàn)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各信道中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比的實(shí)時(shí)監(jiān)控，又要大幅降低密集波分復(fù)用系統(tǒng)信道監(jiān)控成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光信號(hào)波帶光譜的測(cè)量監(jiān)控。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的含有多波長(zhǎng)的光輸入陣列波導(dǎo)光柵輸入波導(dǎo)，經(jīng)輸入平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)光柵區(qū)、輸出平板波導(dǎo)后，相干聚焦并耦合進(jìn)輸出波導(dǎo)，完成解復(fù)用功能，反過來，可以實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)的復(fù)用功能，這是傳統(tǒng)陣列波導(dǎo)光柵的基本功能，對(duì)于折疊式陣列波導(dǎo)光柵，輸入平板波導(dǎo)與輸出平板波導(dǎo)是同一個(gè)平板波導(dǎo)，復(fù)用解復(fù)用功能是一致的；本發(fā)明在輸出平板波導(dǎo)與輸出陣列波導(dǎo)之間的楔形過渡波導(dǎo)上包層減薄，在減薄區(qū)設(shè)置折射率匹配片，由于波導(dǎo)芯層與陣列光功率測(cè)量器距離很小(小于5微米)，同時(shí)采取了折射率匹配措施，以至部分導(dǎo)波光耦合進(jìn)折射率匹配片；折射率匹配片上裝有光功率探測(cè)器，光功率探測(cè)器與耦合片端面成一定角度(耦合光的傳輸方向與波導(dǎo)軸線幾乎平行，光功率探測(cè)器傾斜放置便于探測(cè)耦合光)，這樣陣列光功率測(cè)量器便可監(jiān)控信道光了。不同波長(zhǎng)的光相干聚焦耦合進(jìn)不同的楔形過渡波導(dǎo)，每個(gè)楔形過渡波導(dǎo)都有若干個(gè)光功率測(cè)量器對(duì)應(yīng)，這樣將波導(dǎo)中的導(dǎo)波光按比例的變?yōu)槟M電信號(hào)，再利用數(shù)字邏輯電路對(duì)這些信號(hào)采用數(shù)值分析算法對(duì)各數(shù)值進(jìn)行處理，同時(shí)獲得各信道的光譜圖。
為了監(jiān)控各信道的中心波長(zhǎng)，必須對(duì)每一個(gè)信道分別預(yù)先輸入對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的參考光信號(hào)，相應(yīng)的電信號(hào)將從對(duì)應(yīng)的光功率測(cè)量器上輸出，這樣每個(gè)光功率測(cè)量器都有了相應(yīng)的參考功率值、參考中心波長(zhǎng)和參考光譜，實(shí)際信號(hào)輸入時(shí)，各光功率測(cè)量器測(cè)得的功率值經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理后，即可獲得對(duì)應(yīng)信道的光波中心波長(zhǎng)和光功率。此外，光信號(hào)的光學(xué)信噪比可以通過同一信道的各光功率測(cè)量器的測(cè)量值的比較獲得。這樣在實(shí)現(xiàn)復(fù)用解復(fù)用功能的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的信道監(jiān)控——信道功率、中心波長(zhǎng)、信噪比，還可以獲得整個(gè)窗口的光信號(hào)光譜。
本發(fā)明，一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)，由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本發(fā)明通過利用陣列波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)復(fù)用解復(fù)用功能的同時(shí)，在輸出自由耦合區(qū)各波長(zhǎng)光波聚焦處波導(dǎo)(輸出波導(dǎo)與自由耦合區(qū)楔形過渡波導(dǎo))的上包層減薄，設(shè)置折射率匹配片，并將陣列光功率測(cè)量器與折射率匹配片耦合，每個(gè)楔形過渡波導(dǎo)都有若干個(gè)光功率測(cè)量器對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生的光電流經(jīng)邏輯電路處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各信道的中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比的監(jiān)控，整個(gè)器件集成度高，體積小，可靠性好，省去了傳統(tǒng)密集波分復(fù)用信道監(jiān)控系統(tǒng)的光波色散器件，監(jiān)控系統(tǒng)成本大大降低。
2.本發(fā)明采用的陣列光功率測(cè)量器，對(duì)應(yīng)每個(gè)信道，都有三個(gè)以上的光功率測(cè)量器與之對(duì)應(yīng)，每個(gè)信道對(duì)應(yīng)的光功率測(cè)量器越多，其探測(cè)精度越高，從而獲得較高的監(jiān)控質(zhì)量；3.本發(fā)明適合于傳統(tǒng)陣列波導(dǎo)光柵、溫度不敏感陣列波導(dǎo)光柵、折疊式陣列波導(dǎo)光柵等。
通過參照附圖對(duì)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點(diǎn)闡述得更加明顯。


通過以下對(duì)本發(fā)明一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)的若干實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是陣列光功率測(cè)量器與輸出平板波導(dǎo)直接耦合的結(jié)構(gòu)示意2是陣列光功率測(cè)量器與測(cè)試光譜示意3是本發(fā)明技術(shù)發(fā)明案俯視圖方案圖4是本發(fā)明輸出波導(dǎo)錐形區(qū)與陣列光功率測(cè)量器局部放大5是本發(fā)明波導(dǎo)軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
請(qǐng)見圖3，1為輸出自由耦合區(qū)，2為陣列光功率測(cè)量器，3為各信道的楔形過渡波導(dǎo)區(qū)，4為陣列輸出波導(dǎo)，5為硅V形槽，6為帶狀光纖，當(dāng)相干相長(zhǎng)的多波長(zhǎng)光波在1中干涉，不同波長(zhǎng)的光分別聚焦耦合進(jìn)4，繼而耦合進(jìn)輸出光纖6。一般陣列波導(dǎo)光柵輸出波導(dǎo)與輸出自由耦合區(qū)之間設(shè)計(jì)了一段過渡楔形波導(dǎo)，目的在于減少溫度敏感性，且各楔形過渡波導(dǎo)區(qū)分別是對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光波相干聚焦的位置。請(qǐng)見圖4，12為楔形過渡波導(dǎo)區(qū)，11為陣列光功率測(cè)量器，以12的對(duì)稱線呈對(duì)稱分布，13為波導(dǎo)包層，14為輸出波導(dǎo)，15為12中光波的光譜。請(qǐng)見圖5，21為芯片基底，22為波長(zhǎng)為λ的相干光波，23為平板波導(dǎo)區(qū)，24為波導(dǎo)上包層，25為楔形過渡波導(dǎo)區(qū)，26為折射率匹配膠層，27為光功率測(cè)量器(傾斜放置)，28為輸出波導(dǎo)，29為波導(dǎo)下包層，30為輸出光纖。波長(zhǎng)為λ的光在23中相干相長(zhǎng)耦合進(jìn)楔形過渡波導(dǎo)25，25的上包層減薄，經(jīng)折射率匹配層26作用下25中部分波導(dǎo)光耦合進(jìn)陣列光功率測(cè)量器27，25中其余波導(dǎo)光繼續(xù)傳播耦合進(jìn)輸出波導(dǎo)28。
在DWDM系統(tǒng)中的光譜監(jiān)測(cè)就特別適合于采用這種光電檢測(cè)陣列來進(jìn)行光電能量的轉(zhuǎn)換，它有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)·使光學(xué)器件結(jié)構(gòu)緊湊，有效地減小設(shè)備的體積；·沒有可動(dòng)部件，可以在穩(wěn)定性不是很好的現(xiàn)場(chǎng)使用；·不需要現(xiàn)場(chǎng)波長(zhǎng)校準(zhǔn)，易于維護(hù)；·這種器件集成度更高，噪聲很低；·可以獲得很大的動(dòng)態(tài)范圍。
光譜信號(hào)被采樣后送入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中進(jìn)行處理并得出結(jié)果。DSP特別適合于做運(yùn)算方面的處理，它采用高效的算法，能夠以很快的速度對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并把結(jié)果保存下來。以C波段(1530.28nm～1562.68nm)為例，如果采用有511個(gè)像素的光電檢測(cè)陣列，則每個(gè)像素檢測(cè)0.0633nm波長(zhǎng)寬度的光能量。這些檢測(cè)數(shù)值經(jīng)A/D變換后送入到數(shù)字信號(hào)處理器中進(jìn)行處理，得到如下的一組原始數(shù)據(jù)yi＝f(xi)，i＝0，±1，±2......±255，其中yi代表光功率；xi＝x0+h×i為等間距點(diǎn)，代表光波長(zhǎng)點(diǎn)；x0為中心波長(zhǎng)；h＝0.0633nm。數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)這些離散數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯插值運(yùn)算，尋找出一個(gè)連續(xù)函數(shù)P(x)來逼近f(x)，使得公式y(tǒng)＝f(x)＝P(x)+R(x)成立，其中R(x)為余式。這樣就可以由少數(shù)的一些樣點(diǎn)(511個(gè)點(diǎn))經(jīng)yi＝f(xi)運(yùn)算得出任意點(diǎn)的光譜數(shù)值(P(x)在相應(yīng)波長(zhǎng)x處的取值)。在實(shí)際計(jì)算中，光譜函數(shù)只能由P(x)的前幾項(xiàng)來近似取得，所產(chǎn)生的誤差叫做截?cái)嗾`差，其誤差可以用余式來估計(jì)。截?cái)嗾`差與近似式中所截取的項(xiàng)數(shù)有關(guān)。根據(jù)余式來看，似乎插值公式中所截取的項(xiàng)數(shù)越多，所產(chǎn)生的截?cái)嗾`差就越小，實(shí)際上并不盡然，由于光電器件的老化及其固有的非線性等因素的影響，所測(cè)得的原始數(shù)據(jù)本身就有測(cè)量誤差存在，這種測(cè)量誤差可能會(huì)在插值的過程中逐級(jí)累積、擴(kuò)散和放大，導(dǎo)致誤差的增大。當(dāng)然，誤差也有被削弱、抵消的可能性。在實(shí)際運(yùn)算中，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的測(cè)量精度要求、計(jì)算量等因素合理選取保留項(xiàng)數(shù)。一般取插值公式中的前四項(xiàng)左右作為近似值比較合適。
這種方式可以在波分復(fù)用層(DWDM)上在線檢測(cè)線路中傳輸?shù)墓庑盘?hào)中各通道的光功率、光波長(zhǎng)以及光信噪比，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的監(jiān)測(cè)和故障的自動(dòng)定位，而不需要通過SDH開銷的處理來實(shí)現(xiàn)這一功能，真正體現(xiàn)了DWDM系統(tǒng)的透明性(通信質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與接入的業(yè)務(wù)無關(guān))，同時(shí)極大地方便了維護(hù)人員的工作。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)，其特征在于通過利用陣列波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光波解復(fù)用功能的同時(shí)，在輸出自由空間耦合區(qū)各波長(zhǎng)光波聚焦處的楔形過渡波導(dǎo)的上包層減薄，減薄區(qū)內(nèi)設(shè)置折射率匹配片，使得部分波導(dǎo)光從上包層被折射率匹配片匹配出來，耦合進(jìn)陣列光功率測(cè)量器，每個(gè)信道均有三個(gè)以上的光功率測(cè)量器與楔形過渡波導(dǎo)耦合；
2.如權(quán)利要求1所述的一種器件，其特征在于陣列光功率測(cè)量器在減薄區(qū)內(nèi)通過折射率匹配膠與芯片耦合并粘接，陣列光功率探測(cè)器與折射率匹配片傾斜耦合，每個(gè)楔形過渡波導(dǎo)上包層減薄區(qū)內(nèi)有多個(gè)光功率測(cè)量器對(duì)應(yīng)，且每個(gè)楔形過渡波導(dǎo)對(duì)稱線上均有一個(gè)光功率探測(cè)器對(duì)應(yīng)；
3.如權(quán)利要求2所述的一種器件，其特征在于每個(gè)楔形過渡波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的各光功率探測(cè)器由于偏離楔形過渡波導(dǎo)對(duì)稱線距離不同，因此測(cè)得的光功率不同，經(jīng)邏輯電路處理，可實(shí)時(shí)獲得各信道光譜圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各信道的中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比的監(jiān)控；
4.如權(quán)利要求3所述的一種器件，其特征在于以光電二極管陣列或電荷耦合器件為光功率測(cè)量器；
5.如權(quán)利要求4所述的一種器件，其特征在于減薄區(qū)可以通過濕法刻蝕或干法刻蝕形成；
6.如權(quán)利要求5所述的一種器件，其特征在于陣列波導(dǎo)光柵有兩個(gè)自由耦合區(qū)或只有一個(gè)自由耦合區(qū)(折疊式陣列波導(dǎo)光柵)。
全文摘要
本發(fā)明是一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)，屬于光通信領(lǐng)域，尤其涉及波分復(fù)用及固定路由交換領(lǐng)域中的陣列波導(dǎo)光柵，以及密集波分復(fù)用系統(tǒng)信道監(jiān)控領(lǐng)域。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在輸出平板波導(dǎo)與輸出陣列波導(dǎo)耦合部位的楔形過渡波導(dǎo)上包層減薄，在減薄了波導(dǎo)上包層上設(shè)置折射率匹配片，陣列光功率測(cè)量器傾斜放置與折射率匹配片耦合，由于波導(dǎo)芯層與陣列波導(dǎo)探測(cè)器折射率匹配片間距很小，以至部分導(dǎo)波光耦合進(jìn)折射率匹配片進(jìn)而耦合進(jìn)陣列光功率測(cè)量器，每個(gè)信道的楔形過渡波導(dǎo)都有若干個(gè)光功率測(cè)量器對(duì)應(yīng)(對(duì)光譜的不同位置進(jìn)行取值采樣)，這樣將楔形波導(dǎo)中的導(dǎo)波光按比例的變?yōu)槟M電信號(hào)，再利用數(shù)字邏輯電路對(duì)這些信號(hào)采用數(shù)值分析算法對(duì)各數(shù)值進(jìn)行處理，獲得各信道的光譜圖，這樣在實(shí)現(xiàn)復(fù)用解復(fù)用功能的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的信道監(jiān)控——信道功率、中心波長(zhǎng)、信噪比。本發(fā)明，一種陣列波導(dǎo)光柵與信道監(jiān)控集成系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光波密集波分復(fù)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各信道的中心波長(zhǎng)、光功率、信噪比的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)整個(gè)光信號(hào)波帶光譜的實(shí)時(shí)測(cè)量，整個(gè)器件集成度高，體積小，精度高，可靠性好，省去了傳統(tǒng)密集波分復(fù)用信道監(jiān)控系統(tǒng)的光波色散器件，監(jiān)控系統(tǒng)成本大大降低。
文檔編號(hào)H04B10/08GK1530678SQ0311876
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者張立國(guó) 申請(qǐng)人:張立國(guó)