專利名稱：無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通訊的元器件。
背景技術(shù)：
光密集波分復(fù)用(DWDM)加光纖放大器(EDFA)的高速、大容量光纖傳輸系統(tǒng)已經(jīng)成為包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選方案。作為建設(shè)大容量光傳輸網(wǎng)的最佳手段，DWDM技術(shù)已獲得長(zhǎng)足發(fā)展。在DWDM系統(tǒng)中，從多波長(zhǎng)激光器或激光器陣列中發(fā)出的單波長(zhǎng)多路信號(hào)經(jīng)調(diào)制后進(jìn)入復(fù)用器，進(jìn)行合波，形成一路多波長(zhǎng)信號(hào)，經(jīng)光纖放大器對(duì)光信號(hào)放大后進(jìn)入光纖干路進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。在接收端，多波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)入解復(fù)用器，然后按波長(zhǎng)分成多路信號(hào)進(jìn)入探測(cè)器，完成整個(gè)DWDM系統(tǒng)的功能。從上面的結(jié)構(gòu)論述可知，復(fù)用器和解復(fù)用器是DWDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，目前能夠完成此功能的器件主要有AWG，薄膜濾光片和光纖光柵。從目前市場(chǎng)和技術(shù)上來(lái)看，AWG(陣列波導(dǎo)光柵)和薄膜濾光片占絕對(duì)主導(dǎo)地位，而AWG在將來(lái)大有取代薄膜濾光片而獨(dú)占整個(gè)復(fù)用/解復(fù)用器市場(chǎng)的趨勢(shì)。
通信系統(tǒng)要求AWG的各個(gè)通道的光信號(hào)的波長(zhǎng)和ITUI(國(guó)際電信聯(lián)盟)規(guī)定的波長(zhǎng)一致，但由于AWG是被制作在硅片上的，硅的折射率隨溫度的變化而改變，從而導(dǎo)致AWG的各個(gè)通道的波長(zhǎng)隨溫度而變化。為了使AWG在通信系統(tǒng)中工作時(shí)保持穩(wěn)定的ITUI波長(zhǎng)，必須給它加熱，使它在固定的高溫度下工作，一般的溫度為50-80攝氏度。給AWG加熱不僅帶來(lái)成本上的增加，而且對(duì)AWG本身的穩(wěn)定性也有不良影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們提出了許多無(wú)熱AWG的方案，主要有1)基于POLYMER(高分子聚合物)填充物的無(wú)熱AWG硅片(二氧化硅)的熱光系數(shù)為正，大約為10*10-5量級(jí)，那么制備在硅片上的AWG當(dāng)溫度每上升一度時(shí)，其各通道波長(zhǎng)就會(huì)有越0.016納米的漂移。精心選擇POLYMER材料，使它具有大的負(fù)熱光系數(shù)，如果在AWG的局部區(qū)域用POLYMER材料代替二氧化硅材料，那么POLYMER的負(fù)熱光系數(shù)就會(huì)補(bǔ)償或抵消二氧化硅的正熱光系數(shù)，最終使構(gòu)成AWG材料的綜合熱光系數(shù)為零，從而實(shí)現(xiàn)AWG通道波長(zhǎng)與溫度無(wú)關(guān)。該方案的缺點(diǎn)是POLYMER材料容易吸潮，并且POLYMER材料的導(dǎo)光性能不如二氧化硅，導(dǎo)致AWG器件具有較大的光信號(hào)損耗。
2)輸入波導(dǎo)移動(dòng)的方法根據(jù)AWG的工作原理，當(dāng)輸入波導(dǎo)沿輸入平板波導(dǎo)的邊緣移動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致AWG各個(gè)通道的波長(zhǎng)的變化。設(shè)輸入波導(dǎo)沿向上方向移動(dòng)時(shí)，AWG通道波長(zhǎng)變小，反之變大。當(dāng)溫度升高時(shí)，AWG的通道波長(zhǎng)變大，這時(shí)通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，使輸入波導(dǎo)沿平板波導(dǎo)向上移動(dòng)，使AWG的通道波長(zhǎng)變小，從而補(bǔ)償由溫度引起的波長(zhǎng)的變大，最終實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的不變。當(dāng)溫度降低時(shí)向下移動(dòng)輸入波導(dǎo)即可。該方案由于要精確控制輸入波導(dǎo)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較難，成本很高。
3)應(yīng)力板法當(dāng)給二氧化硅材料施加應(yīng)力時(shí)，其折射率要變化。當(dāng)施加張應(yīng)力時(shí)，折射率要變小，壓應(yīng)力時(shí)折射率變大。在AWG的背面粘貼一塊應(yīng)力金屬板，這種應(yīng)力板一般由熱膨脹系數(shù)不同的兩快金屬板粘接而成。在AWG的背面粘貼上這種設(shè)計(jì)好的應(yīng)力板后，在常溫狀態(tài)下，應(yīng)力板處于膨脹狀態(tài)，給AWG施加一定的張應(yīng)力，當(dāng)溫度升高時(shí)，應(yīng)力板給AWG施加的張應(yīng)力就越大，導(dǎo)致其折射率變小，補(bǔ)償二氧化硅正的熱光系數(shù)帶來(lái)的折射率的升高，從而穩(wěn)定了AWG各個(gè)通道的波長(zhǎng)。這種方案還會(huì)使AWG中的陣列波導(dǎo)長(zhǎng)度差發(fā)生變化，也對(duì)穩(wěn)定AWG通道波長(zhǎng)起到一定的作用。這種方法的缺點(diǎn)是給AWG施加應(yīng)力后可能導(dǎo)致雙折射現(xiàn)象的增加，使AWG的偏振相關(guān)損耗增加。
實(shí)現(xiàn)AWG的無(wú)熱特性，還有其它的一些方案，也僅限于少量文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，它具有下列優(yōu)點(diǎn)，該器件在工作時(shí)不用任何溫度控制裝置就能保證輸出通道的波長(zhǎng)為ITUT規(guī)定的波長(zhǎng)，減小系統(tǒng)的能量消耗，避免上電時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的制約，并且增加器件本身的穩(wěn)定性本發(fā)明的技術(shù)方案是無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器；每個(gè)200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的AWG。
無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
如上所述的器件，其特征在于多個(gè)AWG被制作在同一個(gè)芯片上。
梳狀濾波器是基于光學(xué)晶體的微光學(xué)器件，是屬于溫度無(wú)關(guān)型器件。梳狀濾波器和AWG級(jí)連的這種混合集成器件的濾波特性取決于梳狀濾波器光譜和AWG光譜的疊加特性。本發(fā)明用梳狀濾波器和AWG拼接，利用梳狀濾波器interleaver和AWG的分光特點(diǎn)以及AWG的足夠?qū)挼膸拰?shí)現(xiàn)與溫度無(wú)關(guān)的波分復(fù)用器件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、該器件在工作時(shí)不用任何溫度控制裝置就能保證輸出通道的波長(zhǎng)為ITUT規(guī)定的波長(zhǎng)，克服了AWG工作時(shí)需要溫度控制的缺點(diǎn)。
2、每個(gè)200GHz AWG的輸出通道很容易擴(kuò)展，這樣常用的40通道輸出端很容易擴(kuò)展到60或更多的通道。
3、多個(gè)200GHz AWG被制作在同一個(gè)芯片上，減小了耦合封裝的成本。
4、由于不加任何能量，減小了系統(tǒng)的能量消耗，避免了上電時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的制約，并且增加了器件本身的穩(wěn)定性。


圖1，是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，是本發(fā)明實(shí)施例梳狀濾波器和AWG光譜疊加的情況。
圖3，是本發(fā)明實(shí)施例合成光譜的示意圖。
圖4，是本發(fā)明實(shí)施例與傳統(tǒng)AWG器件的波長(zhǎng)隨溫度變化的關(guān)系曲線。
圖5，是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體的實(shí)施方式參見(jiàn)圖1。本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由一個(gè)100GHz梳狀濾波器、2個(gè)200GHz的梳狀濾波器和4個(gè)400GHz AWG拼接而成，其連接方式為一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器；每個(gè)200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
首先100GHz的光信號(hào)進(jìn)入第一級(jí)梳狀濾波器(100GHz梳狀濾波器)，經(jīng)過(guò)該器件后，100GHz的光信號(hào)被分成了兩路，每個(gè)分路的信號(hào)變成了200GHz；200GHz的分路信號(hào)接著進(jìn)入第二級(jí)梳狀濾波器(200GHz梳狀濾波器)，經(jīng)過(guò)這級(jí)梳狀濾波器后，信號(hào)變成了400GHz，這樣一路100GHz光信號(hào)在經(jīng)過(guò)兩級(jí)梳狀濾波器后變成了四路400GHz的光信號(hào)。這四路光信號(hào)最后分別進(jìn)入四個(gè)400GHz的AWG，利用AWG的分光特性，經(jīng)過(guò)了AWG的光信號(hào)最后按各個(gè)波長(zhǎng)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了波分復(fù)用/解復(fù)用的功能。
梳狀濾波器是基于光學(xué)晶體的微光學(xué)器件，是屬于溫度無(wú)關(guān)型器件。梳狀濾波器和AWG級(jí)連的這種混合集成器件的濾波特性取決于梳狀濾波器光譜和AWG光譜的疊加特性，如圖2和圖3。
圖2給出了梳狀濾波器和AWG光譜疊加的情況。當(dāng)溫度降低時(shí)，AWG的光譜向左邊移動(dòng)；當(dāng)溫度升高時(shí)，AWG的光譜向右邊移動(dòng)；梳狀濾波器的光譜的溫度穩(wěn)定性很好，可認(rèn)為不移動(dòng)。當(dāng)AWG的帶寬很寬時(shí)，即使溫度降低或上升，AWG的光譜發(fā)生左或右移的情況，梳狀濾波器的光譜也不會(huì)跑出AWG光譜的范圍之內(nèi)，這樣就不會(huì)影響合成光譜的特性，圖3給出了合成光譜的示意圖。
該混合無(wú)熱DWDM器件的工作溫度范圍取決于400GHz AWG的帶寬。我們開(kāi)發(fā)的400GHzAWG的帶寬達(dá)到了1.2納米，而AWG的溫度特性為0.0114納米每度，考慮到一些余度，帶寬按1納米計(jì)算，工作溫度范圍可達(dá)到87度，所以可以在-10～77℃范圍內(nèi)工作，滿足光纖通信系統(tǒng)對(duì)光器件的要求。圖4給出了本實(shí)施例的無(wú)熱混合DWDM器件和傳統(tǒng)AWG器件的波長(zhǎng)隨溫度變化的關(guān)系曲線。從圖中4可以看到，在-20到70℃的溫度范圍內(nèi)，傳統(tǒng)AWG的波長(zhǎng)漂移為0.95納米，而混合DWDM器件的波長(zhǎng)漂移被抑制到了0.058納米，實(shí)現(xiàn)了混合DWDM器件的無(wú)溫度控制工作。
另一個(gè)類似的DWDM無(wú)熱混合器件的方案見(jiàn)圖5。該方案更為簡(jiǎn)潔，在100GHz信號(hào)被梳狀濾波器分成兩路200GHz的信號(hào)后，直接進(jìn)入兩個(gè)200GHz的AWG，利用AWG的分波特性，可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的復(fù)用/解復(fù)用功能。和400GHz的AWG相比，200GHz的AWG的帶寬要小一些，所以工作溫度范圍窄一些。我們開(kāi)發(fā)的200GHz AWG的帶寬達(dá)到了1納米，考慮余度后按0.8納米計(jì)算，工作溫度范圍達(dá)到了70℃，可以在-5～65℃范圍內(nèi)工作，也可以滿足大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)的需要。
實(shí)施例三的原理與實(shí)施例二相同。不同之處它有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
權(quán)利要求
1.無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器；每個(gè)200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
2.無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的AWG。
3.無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的器件，其特征在于多個(gè)AWG被制作在同一個(gè)芯片上。
全文摘要
無(wú)熱光密集波分復(fù)用/解復(fù)用器件，其特征在于它有一個(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個(gè)200GHz的梳狀濾波器；每個(gè)200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個(gè)400GHz AWG?；蛘咚幸粋€(gè)100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接一個(gè)200GHz的AWG。該器件在工作時(shí)不用任何溫度控制裝置，減小了系統(tǒng)的能量消耗，避免了上電時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的制約，并且增加了器件本身的穩(wěn)定性；輸出通道很容易擴(kuò)展。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1777077SQ20051001989
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者馬衛(wèi)東, 丁麗, 王文敏 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司