有信道監控功能的陣列波導光柵分波/合波裝置的製作方法

2023-07-24 04:17:46 2

專利名稱：有信道監控功能的陣列波導光柵分波/合波裝置的製作方法
技術領域：
本發明創造屬於多路通信技術，涉及一種波分復用(WDM)系統中既能分波/合波又能對每一波長信道進行性能監控的裝置。
背景技術：
在波分復用光纖通信系統中，在波長信道被復用之前或者解復用之後，通常需要對每個信道的光功率、光信噪比以及波長必須被實時監控，以保證光信號在WDM系統中可靠、穩定地傳輸，這在WDM系統中至關重要。關於陣列波導光柵的信道監控裝置或組件已有不少現有技術，例如申請號為00100262.7，99124363.3等中國專利，這些技術僅具有單一的信道監控功能。其信道監控裝置一般包括陣列波導光柵(AWG)裝置、光功率探測器陣列和信號轉換及處理單元等。如圖1所示，是它的一種實施例，它將多路不同波長的信號經AWG1合為一路多波長信號，經過抽頭耦合器(TAP)2，按照一定比例的部分光功率引入到信道監控裝置8中，該裝置8中又有陣列波導光柵(AWG)3將光信號分解為多路不同波長的信號後，被光功率探測器陣列(PIN ARRAY)4所接收，再經過信號放大器5、模數轉換器6及數據處理器7，即可得到有關信道功率、信噪比以及波長等有關信息。上述系統的不足之處是需要兩個陣列波導光柵(AWG)，系統結構較為複雜，成本較高，更重要的是由於有兩個AWG難免產生性能差異，而造成測量準確性和可靠性較低。

發明內容
本發明創造針對現有技術的缺點，在WDM光傳輸系統中將兩個AWG合併成一個，實現既有分波/合波功能，又有信道監控功能的目的。
為實現上述目的，本發明創造的技術方案是將現有兩個陣列波導光柵AWG1和AWG3、抽頭耦合器2、光功率探測器4等功能構件的功能由一個分波/合波、信道監控組件11替代，其他信號放大器、A/D轉換器和數據處理器等構造及其連接關係不變。該分波/合波、信道監控組件是本發明創造的中心內容，其結構特點是有一個既能夠一路多波長光信號分解為多路不同波長的信號，又能將多路不同波長光信號合成為一路多波長信號的AWG分波/合波器，其輸出波導外包層有減薄區，在減薄區安裝耦合片，耦合片上裝有光功率探測器，光功率探測器與耦合片端面成一定角度，安裝位置要求每個光功率探測器感應區對準相應輸出波導，然後設置輸入輸出光纖、溫控單元和功率探測器陣列的引出電接口，再對組件外殼封裝而成。
本發明的有益效果是將AWG分波/合波器和AWG信道監控裝置的功能結合在一起，成為一種綜合功能的裝置，使得WDM系統中信道監控功能變得更為簡單，測量更為準確可靠，且簡化了結構、降低了成本。


圖1是WDM系統中現有信道監控裝置的一種實施例的線路原理示意圖；圖2是本發明的線路原理方框圖，發明的中心內容就是圖中所示的分波/合波、信道監控組件；圖3是圖2中分波/合波、信道監控組件的一種實施例的示意圖；圖4表示分波/合波、信道監控組件中的重要部件即利用高折射率耦合片將波導中一部分能量耦合進光功率探測器陣列的一種實施例的示意圖。
具體實施方式
通過參照附圖可進一步了解本發明技術方案的實施方式。從圖2中，可以看出這一裝置的運用，將原來兩個模塊的功能綜合到了一個模塊中，簡化了系統的結構，實現了子系統更高的集成化，符合現代光通信器件的發展趨勢。圖2中分波/合波信道監控組件11兼具有分波/合波和信道監控功能，這一組件在完成分波/合波功能的同時，將部分光功率耦合到安裝在其中的光功率探測器陣列上，實現了將光信號轉變為電信號，並且該電信號被施加到信號放大單元5上，經過放大的信號被A/D轉換單元6轉化為數位訊號。數位訊號經過數據處理單元7的處理，其結果被輸出到系統其他處理單元。這樣實現了對所有波長信號的監視。
圖3示出了帶有信道監控功能的分波/合波組件11的一種實施例。通常的AWG的波導包括一個或多個並列的輸入波導14，用於將混合多個波長信道λ1到λn的多路復用信號傳播到第一個平板波導區15，平板波導區是一個星型耦合區或其它類似區域。平板波導區15與陣列波導區16相連，將輸入信號分配給陣列波導區的多根波導，這些波導構成光柵。每一根波導都具有不同的光學長度，相鄰波導的光學長度按照與中心波長有關的一恆定值增減，並且從光柵的一側到另一側的波導長度逐步遞增。與陣列波導另一端相連的是另一個平板波導區17，在第二平板波導區17會出現由波導陣列光柵區16引入的相對相位差所導致的幹涉。波導光柵的色散使信號光的不同波長物理上分開，並且聚焦到第二平板波導區17的輸出平面上，並且將分開的波長耦合進與第二平板波導區17相連的多個輸出波導中。不同中心波長的輸出信號對應於不同的輸出波導18位置，從而實現了將不同波長信號從空間分開的功能。利用光路互逆原理，陣列波導光柵既具有多波長光信號復用功能也具有多波長光信號解復用的功能。各個波長信道的中心波長和間隔取決於AWG波導的幾何形狀和形成光柵的陣列波導的有效折射率。為了得到每個波長信道的光功率大小，光功率探測陣列的安裝位置一般處於輸出波導陣列的正上方，如圖3所示。必須選擇光功率探測器陣列的間距與輸出波導陣列的間距相一致，並且必須將每個光功率探測器對準相應的輸出波導，這樣才能夠獲得每一個波長信道光功率的準確值。帶有探測器陣列的耦合片被安裝在輸出波導的相應位置，然後引出輸入光纖12、輸出光纖20、溫控單元和光功率探測器陣列的電接口。然後經過外殼封裝等手段，最後製成了帶有信道監控功能的分波組件。
圖4顯示了一種利用高折射率耦合片將波導中一部分能量耦合進光功率探測器陣列4的應用實例。構成陣列波導光柵的集成光波導一般由三層電介質結構組成，其中上層22和下層24為低折射率層，中間為折射率較高的芯層23，絕大部分的光能量都被約束在芯層中。為了將光的部分能量從芯層中耦合出來，需要破壞原來完整的三層結構。因此對波導的上包層22的結構進行減薄，減薄可以利用幹法和溼法刻蝕兩種方法。這樣在原來波導結構上就形成了一個減薄區19，為了不對分波/合波功能帶來太多的損耗，對輸出波導上包層的減薄不能夠破壞到芯層23結構中，一般選擇上包層剩下的厚度為0～6微米之間。耦合片21的結構參數以及折射率的選擇對於器件的損耗以及探測器接受到的光功率的強弱都是至關重要的。在我們實施的優選例中，選擇耦合片的折射率略微高出上包層的折射率，耦合片長度儘量選擇得短一些，厚度大於探測器陣列受光面25的長度。為了方便探測器陣列電引線的安裝以及達到更佳的接收效果，探測器陣列與耦合片的端面成一定角度。將裝配有探測器陣列的耦合片經過對準放置在輸出波導上包層的減薄區，選擇折射率匹配的紫外光固化膠將耦合片與陣列波導光柵晶片固定。從前面分析可以看出高折射率的耦合片21的作用是連接探測器陣列4和陣列波導光柵的輸出波導18並將波導芯層22中的部分能量耦合到探測器陣列中；如果選用一種折射率適合的紫外固化膠，當紫外固化膠被固化後，在輸出波導18和探測器陣列4之間會形成一層具有與耦合片21同樣功能的紫外膠耦合層，故這一結構與安裝耦合片的結構可視為等同。
權利要求1.一種有信道監控功能的陣列波導光柵分波/合波裝置，它包括陣列波導光柵(AWG)、耦合片、光功率探測器，信號放大器、A/D轉換器和數據處理器，其特徵是有一個AWG分波/合波器其輸出波導的外包層有減薄區，在減薄區安裝耦合片，耦合片上安裝光功率探測器，光功率探測器感應區應對準相應輸出波導。
2.按權利要求1所述的裝置，其特徵是輸出波導由三層電介質結構組成，上層(22)、下層(24)均為低折射率層，中間層(23)為折射率較高的芯層，大部分光的能量約束在芯層中，波導上層(22)有減薄區(19)，減薄區下表面至芯層上表面的厚度為0～6微米，選擇耦合片(21)的折射率略高於上包層的折射率，耦合片長度選擇短些，厚度略大於探測器陣列受光面(25)的長度，探測器陣列(4)與耦合片(21)端面成一定角度，裝配有探測器陣列的耦合片對準放置在輸出波導(18)上波層的減薄區(19)，耦合片與陣列波導光柵晶片之間採用折射率匹配的紫外膠固定。
3.按權利要求1所述的裝置，其特徵是耦合片(21)連接探測器陣列(4)和陣列波導光柵的輸出波導(18)，可以用折射率匹配的紫外固化膠來替代。
專利摘要有信道監控功能的陣列波導光柵分波/合波裝置，涉及波分復用(WDM)系統中對波長信道信息進行監控的技術。是要解決將現有WDM光傳輸系統中兩個AWG合併成為一個裝置，該裝置既能分波/合波又能進行信道監控。技術特徵是有一個既能夠一路多波長光信號分解為多路不同波長的信號，又能將不同多路波長光信號合成為一路多波長信號的AWG分波/合波器，其輸出波導外包層有減薄區，在減薄區安裝耦合片，耦合片上裝有光功率探測器，光功率探測器與耦合片端面成一定角度，安裝位置要求每個光功率探測器感應區對準相應輸出波導。
文檔編號H04B17/00GK2534739SQ0221693
公開日2003年2月5日 申請日期2002年4月17日 優先權日2002年4月17日
發明者符建 申請人:符建