基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器的製作方法

2023-04-29 04:00:41 3

專利名稱：基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成光學領域與光通信無源器件領域，尤其涉及基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器。
背景技術：
在波分復用(WDM)光纖系統中，光分插復用器(OADM)是一個關鍵器件。它從傳輸線路中有選擇性地分下通往本地的特定波長光信號，同時上載本地發往另一節點的特定波長光信號。OADM是實現大容量、高速率全光網通信的關鍵節點器件，在WDM光網絡系統中有著廣泛的應用。光分插復用器(OADM)的解決方案主要分為基於分立器件型和基於集成器件型兩大類。基於分立器件的0ADM，一般採用分立的透鏡、稜鏡、反射鏡等構成，通過調整光束出射方向來達到分插濾波功能。由於製造容易、成本低，目前已經實現的OADM大多採用分立器件製作。但該類器件體積偏大，實現光束精確對準難度較高，器件的插入損耗較大。根據所使用材料的不同，已見報導的基於集成技術的OADM主要有三大類:一種是通過在半導體材料上製作波導或者是微結構來實現光信號的濾波、耦合和分插復用，比如陣列波導光柵和MEMS光開關陣列。此類OADM集成度高，支持的信道數目多。而且，它所使用的製造設備與半導體雷射器、半導體微電子器件兼容，因此可實現更高集成度的光電子集成。但不論是製造裝備、製造工藝還是所使用的半導體材料，其成本都很高，而且受目前製作能力的限制，性能也不夠穩定，距實用化還有一段距離。另一種成本更低的集成OADM是基於光纖器件的。如利用光纖布拉格光柵(FBG)加兩個光環行器實現一種0ADM，整個器件插入損耗較低( 1.0dB)，但是由於使用了光環行器而使得成本較高。還有一種將長周期光纖光柵(LPFG)應用到OADM中，利用了兩個LPFG間的包層模式耦合實現了一個波長選擇耦合器，從而實現了波長的分插復用。但是，嚴格維持兩根光纖的相對位置對於器件封裝是一個很大的挑戰，也很難通過擴大光纖數量來增加輸出埠數量。還有一種集成OADM是通過在鈮酸鋰或聚合物材料基底上製作波導或者是微結構來實現的，如聲光可調諧濾波器(AOTF)就是一個極具吸引力的方案，但其具有邊模抑制比低、插入損耗大等缺點，而且同樣存在著製造成本高昂，製造工藝複雜，性能不夠穩定等問題。迄今為止，雖然已經實現的OADM大多採用分立器件製作，而已見報導的基於集成技術的OADM由於成本高，工藝複雜，性能不穩定等問題，距實用化還有一段距離，但毫無疑問集成化才是光通信器件的發展方向。關鍵是要找到一種製作工藝簡單、成本低廉的集成方案
發明內容
為了克服現有的基於集成器件的分插復用器結構複雜、製作困難和材料重複利用率低等不足，本發明提供一種簡化結構、製作方便、材料重複利用率較高的基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器。為了解決上述技術問題採用的技術方案為:一種基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、插入尾纖和分下尾纖。所述基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器還包括3條完全相同的光波導。所述3條完全相同的光波導均為單模波導，其中第一波導為主波導，具有兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別位於第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊。所述光折變長周期波導光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體；所述基底上設置包層；所述包層中設置Z向布置的單模波導；所述單模波導上製作光折變光柵。進一步，所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖粘合固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖粘合固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖粘合固定連接。進一步，所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖通過夾具固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖通過夾具固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖通過夾具固定連接。再進一步，利用有效折射率法確定單模波導和包層的幾何尺寸、導模參數和有效折射率。更進一步，利用長周期波導光柵的耦合理論，確定波導間的耦合係數，波導間距和光柵長度。根據單模波導的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個分下或插入信號波長時的光柵周期，最後採用雙光束幹涉方法製作出光折變光柵。本發明的技術構思為:用雙光束幹涉方法製作光折變光柵，裝置和工藝簡單，而且利用光折變光柵在暗條件下可保持數年的特性，方便使用且性能可靠。另外，利用鈮酸鋰晶體中光折變光柵可以擦除和再建立的特點，通過改變記錄角度，就可以得到新的光柵周期，達到對分下和插入不同波長信號的目的，從而提高材料的重複利用率。本發明的有益效果主要體現在:1、只需利用雙光束幹涉就可製作長周期波導光柵，不需要在鈮酸鋰晶體上加裝電極等複雜結構，也避免了利用刻蝕等複雜的集成光學工藝製作光柵，使得製造技術簡單；2、光折變光柵可以擦除和再建立，可以改變分插復用器選擇的波長，從而提高材料的重複利用率。


圖1是本發明基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器的結構示意圖。圖2是本發明雙光束幹涉法製作光折變光柵示意圖。圖3是本發明基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器應用裝置示意圖。
圖4是本發明基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器應用波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步描述。實施例1參照圖1 圖3，一種基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖103和輸出尾纖109，分下尾纖110和插入尾纖101。所述光折變長周期波導光柵的分插復用器還包括3條完全相同的波導:波導I為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在波導I的左右兩端，左端光柵為102，右端光柵為108，兩個光折變長周期光柵間有一定距離；波導2具有與波導I左端完全相同的光折變長周期光柵104，且完全對齊；波導3具有與波導I右端完全相同的光折變長周期光柵107，且完全對齊。所述光折變長周期波導光柵包括基底106，所述基底106為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，所述基底106上設置包層105，所述包層105上設置Z向布置的波導1、2、3。所述波導I的兩個端面分別與所述輸入尾纖103和輸出尾纖109粘合固定連接，所述波導2的右端與分下尾纖110粘合固定連接，所述波導3的左端與插入尾纖101粘合固定連接。利用有效折射率法可確定波導1、2、3和包層105的幾何尺寸、導模參數和有效折射率。利用長周期波導光柵的模式理論，確定長周期光柵的長度L和波導的間距d。根據波導1、2、3的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個濾波波長時的光柵周期Am，採用雙光束幹涉方法製作出光折變光柵。參照圖1 圖4，分插復用器的製作和應用包括以下步驟:步驟I鈮酸鋰基底單模波導的製作參照圖1，本發明中使用的波導是以鈮酸鋰晶體106為基底，經過第一次擴鈦形成包層105，再經第二次擴鈦分別形成波導1、2和3 ;波導I上製作的光柵102和108，波導2上製作的光柵104，波導3上製作的光柵107，都是光折變光柵。步驟2掩模版的製作參照圖2，根據長周期光柵的間隔d，達到100%耦合所需的光柵長度L，還有光分插復用的結構以及波導的大小，製作出圖2中所示結構的掩模版，該掩模版的主要功能是擋住波導上不需要光照射的部分，以便形成特定位置的光柵。步驟3光折變長周期波導光柵的製作參照圖2，首先將掩模版完全對齊地覆蓋在波導上，被掩模版擋住的地方無法接觸到光，沒有遮擋的地方可以接收到光。然後利用記錄光201，通過分束鏡202反射到203上，又經203反射後形成一路幹涉光205入射到掩模版上。而通過分束鏡202之後的另一束光經過反射鏡204反射之後形成另一路幹涉光206也入射到掩模版表面。幹涉光205和206中未被掩模版遮擋的光在鈮酸鋰表面四個位置處同時形成幹涉條紋，條紋間距為Am，條紋總長度為L，最後通過光折變效應同時形成光折變長周期波導光柵102、104、107和108。步驟4分插復用器的製作和應用參照圖1，在製作成功的光折變長周期波導光柵的波導I兩端面分別加上輸入尾纖103和輸出尾纖109，波導2的右端加上分下尾纖110，波導3的左端加上插入尾纖101，這樣就製成了基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器。尾纖103和109，110和101是直接對準並粘合固定在波導上的。參照圖3和圖4,假設輸入的波分復用信號光為A1, λ 2, λ 3, λ 4 (圖4 (a)),且共振波長為λ 3，所述的波分復用信號先耦合進輸入尾纖103中，再耦合進波導I中，則共振波長入3會在波導I的光折變長周期光柵102的作用下，耦合到整個波導片的包層模式中，該包層模式又在波導2的光折變長周期光柵104的作用下，耦合到波導2的導模中，從而可以在分下尾纖110埠處接收到光信號λ3 (圖4 (c))，即分下信號。其餘的非共振波長入1，λ 2 λ 4 (圖4 (b))將從尾纖109輸出。如果同時在插入尾纖101埠插入信號入』 3(圖4 (d))，同理，該信號的導模會在波導3的光折變長周期107的作用下耦合到整個波導片的包層模式中，然後該包層模式會在波導I的光折變長周期光柵108的作用下耦合到波導I的導模中，從而可以從尾纖109埠接收到信號光X1, λ 2, λ 』 3，λ 4 (圖4 (e))。即該器件可以實現插入和分下的功能，即分插復用。實施例2本實施例與實施例1的不同之處在於:在製作成功的光折變長周期波導光柵的波導I兩端面分別加上輸入尾纖103和輸出尾纖109，波導2的右端加上分下尾纖110，波導3的左端加上插入尾纖101，這樣就製成了基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器。尾纖103和109，110和101是通過夾具固定後、直接對準緊貼在波導端面上。本實施例的其他結構和實現方式與 實施例1完全相同。
權利要求
1.一種基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、插入尾纖和分下尾纖，所述基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器還包括3條完全相同的單模波導，其中第一波導為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；所述光折變長周期波導光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，所述基底上設置包層，所述包層上設置Z向布置的單模波導，所述單模波導上製作光折變光柵；所述第一波導的兩個端面分別與所述輸入尾纖和輸出尾纖連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖連接。
2.如權利要求1所述的基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特徵在於:所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖粘合固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖粘合固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖粘合固定連接。
3.如權利要求2所述的基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特徵在於:所述第一波導的兩端分別與所述的輸入和輸出尾纖通過夾具固定連接，所述第二波導的右端與所述的分下尾纖通過夾具固定連接，所述第三波導的左端與所述的插入尾纖通過夾具固定連接。
4.如權利要求3所述的基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，其特徵在於:利用長周期波導光柵的耦合理論，確定了第一波導、第二波導和第三波導之間的間距，同時也確定了光折變長周期波導光柵的長度。
5.如權利要求4所述的光折變長周期波導光柵，其特徵在於:利用有效折射率法確定單模波導和包層的幾何尺寸、導模參數和有效折射率。
6.如權利要求5所述的光折變長周期波導光柵，其特徵在於:根據單模波導的有效折射率和包層的有效折射率，利用長周期波導光柵的相位匹配條件，確定對應各個濾波波長時的光柵周期。
7.如權利要求6所述的光折變長周期波導光柵，其特徵在於:採用雙光束幹涉方法製作出全息光折變光柵。
全文摘要
基於光折變長周期波導光柵的光分插復用器，包括輸入尾纖、輸出尾纖、分下尾纖和插入尾纖。還包括3條完全相同的單模波導，其中第一波導為主波導，包含兩個完全相同的光折變長周期光柵，分別在第一波導的左右兩端，且兩個光折變長周期光柵間有一定距離；第二波導具有與第一波導左端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊；第三波導具有與第一波導右端完全相同的光折變長周期光柵，且完全對齊。光柵包括基底，所述基底為X或Y切Z傳的LiNbO3晶體，基底上設置包層，包層上設置Z向布置的單模波導，單模波導上製作光折變光柵。第一波導的兩個端面分別與所述輸入尾纖和輸出尾纖連接，第二波導的右端與分下尾纖連接，第三波導的左端與插入尾纖連接。
文檔編號G02B6/34GK103197387SQ201310125858
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者張明, 陳文 , 全必勝 申請人:浙江工業大學