專利名稱：無熱光密集波分復用/解復用器件的制作方法
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)成為包括中國在內(nèi)的世界各國光纖網(wǎng)絡建設的首選方案。作為建設大容量光傳輸網(wǎng)的最佳手段，DWDM技術(shù)已獲得長足發(fā)展。在DWDM系統(tǒng)中，從多波長激光器或激光器陣列中發(fā)出的單波長多路信號經(jīng)調(diào)制后進入復用器，進行合波，形成一路多波長信號，經(jīng)光纖放大器對光信號放大后進入光纖干路進行長距離傳輸。在接收端，多波長信號進入解復用器，然后按波長分成多路信號進入探測器，完成整個DWDM系統(tǒng)的功能。從上面的結(jié)構(gòu)論述可知，復用器和解復用器是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。從目前市場和技術(shù)上來看，AWG(陣列波導光柵)和薄膜濾光片占絕對主導地位，而AWG在將來大有取代薄膜濾光片而獨占整個復用/解復用器市場的趨勢。
通信系統(tǒng)要求AWG的各個通道的光信號的波長和ITUI(國際電信聯(lián)盟)規(guī)定的波長一致，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，從而導致AWG的各個通道的波長隨溫度而變化。為了使AWG在通信系統(tǒng)中工作時保持穩(wěn)定的ITUI波長，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加熱不僅帶來成本上的增加，而且對AWG本身的穩(wěn)定性也有不良影響。為了解決這個問題，人們提出了許多無熱AWG的方案，主要有1)基于POLYMER(高分子聚合物)填充物的無熱AWG硅片(二氧化硅)的熱光系數(shù)為正，大約為10*10-5量級，那么制備在硅片上的AWG當溫度每上升一度時，其各通道波長就會有越0.016納米的漂移。精心選擇POLYMER材料，使它具有大的負熱光系數(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的負熱光系數(shù)就會補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，從而實現(xiàn)AWG通道波長與溫度無關(guān)。該方案的缺點是POLYMER材料容易吸潮，并且POLYMER材料的導光性能不如二氧化硅，導致AWG器件具有較大的光信號損耗。
2)輸入波導移動的方法根據(jù)AWG的工作原理，當輸入波導沿輸入平板波導的邊緣移動時，會導致AWG各個通道的波長的變化。設輸入波導沿向上方向移動時，AWG通道波長變小，反之變大。當溫度升高時，AWG的通道波長變大，這時通過自動調(diào)節(jié)裝置，使輸入波導沿平板波導向上移動，使AWG的通道波長變小，從而補償由溫度引起的波長的變大，最終實現(xiàn)波長的不變。當溫度降低時向下移動輸入波導即可。該方案由于要精確控制輸入波導的移動，實現(xiàn)起來比較難，成本很高。
3)應力板法當給二氧化硅材料施加應力時，其折射率要變化。當施加張應力時，折射率要變小，壓應力時折射率變大。在AWG的背面粘貼一塊應力金屬板，這種應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計好的應力板后，在常溫狀態(tài)下，應力板處于膨脹狀態(tài)，給AWG施加一定的張應力，當溫度升高時，應力板給AWG施加的張應力就越大，導致其折射率變小，補償二氧化硅正的熱光系數(shù)帶來的折射率的升高，從而穩(wěn)定了AWG各個通道的波長。這種方案還會使AWG中的陣列波導長度差發(fā)生變化，也對穩(wěn)定AWG通道波長起到一定的作用。這種方法的缺點是給AWG施加應力后可能導致雙折射現(xiàn)象的增加，使AWG的偏振相關(guān)損耗增加。
實現(xiàn)AWG的無熱特性，還有其它的一些方案，也僅限于少量文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無熱光密集波分復用/解復用器件，它具有下列優(yōu)點，該器件在工作時不用任何溫度控制裝置就能保證輸出通道的波長為ITUT規(guī)定的波長，減小系統(tǒng)的能量消耗，避免上電時間對系統(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)方案是無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的梳狀濾波器；每個200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個400GHz AWG。
無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的AWG。
無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個400GHz AWG。
如上所述的器件，其特征在于多個AWG被制作在同一個芯片上。
梳狀濾波器是基于光學晶體的微光學器件，是屬于溫度無關(guān)型器件。梳狀濾波器和AWG級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的分光特點以及AWG的足夠?qū)挼膸拰崿F(xiàn)與溫度無關(guān)的波分復用器件。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、該器件在工作時不用任何溫度控制裝置就能保證輸出通道的波長為ITUT規(guī)定的波長，克服了AWG工作時需要溫度控制的缺點。
2、每個200GHz AWG的輸出通道很容易擴展，這樣常用的40通道輸出端很容易擴展到60或更多的通道。
3、多個200GHz AWG被制作在同一個芯片上，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，避免了上電時間對系統(tǒng)的制約，并且增加了器件本身的穩(wěn)定性。


圖1，是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，是本發(fā)明實施例梳狀濾波器和AWG光譜疊加的情況。
圖3，是本發(fā)明實施例合成光譜的示意圖。
圖4，是本發(fā)明實施例與傳統(tǒng)AWG器件的波長隨溫度變化的關(guān)系曲線。
圖5，是本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體的實施方式參見圖1。本發(fā)明的實施例一的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由一個100GHz梳狀濾波器、2個200GHz的梳狀濾波器和4個400GHz AWG拼接而成，其連接方式為一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的梳狀濾波器；每個200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個400GHz AWG。
首先100GHz的光信號進入第一級梳狀濾波器(100GHz梳狀濾波器)，經(jīng)過該器件后，100GHz的光信號被分成了兩路，每個分路的信號變成了200GHz；200GHz的分路信號接著進入第二級梳狀濾波器(200GHz梳狀濾波器)，經(jīng)過這級梳狀濾波器后，信號變成了400GHz，這樣一路100GHz光信號在經(jīng)過兩級梳狀濾波器后變成了四路400GHz的光信號。這四路光信號最后分別進入四個400GHz的AWG，利用AWG的分光特性，經(jīng)過了AWG的光信號最后按各個波長分開，實現(xiàn)了波分復用/解復用的功能。
梳狀濾波器是基于光學晶體的微光學器件，是屬于溫度無關(guān)型器件。梳狀濾波器和AWG級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。當溫度降低時，AWG的光譜向左邊移動；當溫度升高時，AWG的光譜向右邊移動；梳狀濾波器的光譜的溫度穩(wěn)定性很好，可認為不移動。當AWG的帶寬很寬時，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跑出AWG光譜的范圍之內(nèi)，這樣就不會影響合成光譜的特性，圖3給出了合成光譜的示意圖。
該混合無熱DWDM器件的工作溫度范圍取決于400GHz AWG的帶寬。我們開發(fā)的400GHzAWG的帶寬達到了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納米計算，工作溫度范圍可達到87度，所以可以在-10～77℃范圍內(nèi)工作，滿足光纖通信系統(tǒng)對光器件的要求。圖4給出了本實施例的無熱混合DWDM器件和傳統(tǒng)AWG器件的波長隨溫度變化的關(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的波長漂移為0.95納米，而混合DWDM器件的波長漂移被抑制到了0.058納米，實現(xiàn)了混合DWDM器件的無溫度控制工作。
另一個類似的DWDM無熱混合器件的方案見圖5。該方案更為簡潔，在100GHz信號被梳狀濾波器分成兩路200GHz的信號后，直接進入兩個200GHz的AWG，利用AWG的分波特性，可以實現(xiàn)光信號的復用/解復用功能。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。我們開發(fā)的200GHz AWG的帶寬達到了1納米，考慮余度后按0.8納米計算，工作溫度范圍達到了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。
實施例三的原理與實施例二相同。不同之處它有一個200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個400GHz AWG。
權(quán)利要求
1.無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的梳狀濾波器；每個200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個400GHz AWG。
2.無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的AWG。
3.無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個200GHz的梳狀濾波器，其輸出有兩路，每一路輸出接有一個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AWG被制作在同一個芯片上。
全文摘要
無熱光密集波分復用/解復用器件，其特征在于它有一個100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接有一個200GHz的梳狀濾波器；每個200GHz的梳狀濾波器也有兩路輸出，每一路輸出接有一個400GHz AWG?；蛘咚幸粋€100GHz梳狀濾波器，其輸出分為兩路，每一路輸出接一個200GHz的AWG。該器件在工作時不用任何溫度控制裝置，減小了系統(tǒng)的能量消耗，避免了上電時間對系統(tǒng)的制約，并且增加了器件本身的穩(wěn)定性；輸出通道很容易擴展。
文檔編號H04J14/02GK1777077SQ20051001989
公開日2006年5月24日 申請日期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 申請人:武漢光迅科技股份有限公司