CN100451701C - 可集成多信道色散补偿器 - Google Patents

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CN100451701C CNB2006100894461A CN200610089446A CN100451701C CN 100451701 C CN100451701 C CN 100451701C CN B2006100894461 A CNB2006100894461 A CN B2006100894461A CN 200610089446 A CN200610089446 A CN 200610089446A CN 100451701 C CN100451701 C CN 100451701C
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Abstract

本发明一种可集成多信道色散补偿器，其特征在于，包括：一衬底；一第一纳米线波导，该第一纳米线波导制作在衬底上；一第二纳米线波导，该第二纳米线波导制作在衬底上；一第一光栅，该第一光栅制作在第一纳米线波导上，光信号被第一光栅耦合出第一纳米线波导；一第二光栅，该第二光栅制作在第二纳米线波导上，从第一光栅耦合出来的光信号被第二光栅耦合入第二纳米线波导；其中该第一纳米线波导、第二纳米线波导平行并列在衬底上。

Description

可集成多信道色散补偿器
技术领域
本发明设计一种采用纳米线波导取样光栅结构实现可集成多信道色散补偿的技术方案，其中采用的对栅耦合结构使得纳米线波导取样光栅可以与其他光子器件进行单片集成。
背景技术
在传输容量大于10Gb/s的大容量光纤通信系统中，光纤的色散成为限制传输距离和传输容量的主要因素。在长距离光纤通信系统中需要对由于色散而发生畸变的信号进行色散补偿，以保证通信的正常进行。目前常用于WDM系统的色散补偿器是光纤光栅色散补偿器，利用取样光纤光栅可以对WDM系统多个信道同时进行色散补偿。随着光网络带宽的提高，光节点功能更加复杂，为了实现光网络节点的智能化，必须集成大量的光功能器件，如滤波器、光开关、方向耦合器等，其中也包括色散补偿器，但是取样光纤光栅属于光纤型器件，无法实现芯片级集成，不能满足智能光网络对器件高集成度的要求。
实现可集成多信道色散补偿器的关键一是选择合适的材料，不仅可以实现色散补偿器件，还能方便的与其他器件集成；二是如何实现输入、输出信号的分离，光栅是反射型器件，从同一端口输入、输出信号，在取样光纤光栅色散补偿器中通常采用光环形器将输入、输出信号进行分离，由于光环形器是基于磁光效应的器件，无法进行芯片集成，影响器件的集成度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可集成多信道色散补偿器，其实现可集成多信道色散补偿。
本发明一种可集成多信道色散补偿器，其特征在于，包括：
一衬底；
一第一纳米线波导，该第一纳米线波导制作在衬底上；
一第二纳米线波导，该第二纳米线波导制作在衬底上；
一第一光栅，该第一光栅制作在第一纳米线波导上，光信号被第一光栅耦合出第一纳米线波导；
一第二光栅，该第二光栅制作在第二纳米线波导上，从第一光栅耦合出来的光信号被第二光栅耦合入第二纳米线波导；
其中该第一纳米线波导、第二纳米线波导平行并列在衬底上；该第一、第二光栅为倾斜光栅。
其中在第二纳米线波导的输出端制作有一光插分复用器。
其中该第一光栅、第二光栅的取样周期P为500um～750um。
附图说明
为了更为清楚的介绍本发明的上述目的和优点，本说明将结合一个特定的实施例和该实施例的附图来做进一步的说明，其中：
图1是非工作状态的纳米线波导取样光栅结构示意图的俯视图。
图2是纳米线波导取样光栅工作示意图。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明一种可集成多信道色散补偿器，包括：
一衬底8，该衬底8为SOI材料的衬底，该衬底的折射率差为50％以上；
一第一纳米线波导1，该第一纳米线波导1制作在衬底8上；
一第二纳米线波导2，该第二纳米线波导2制作在衬底8上；
一第一光栅101，该第一光栅101制作在第一纳米线波导1上，光信号被第一光栅101耦合出第一纳米线波导1，该第一光栅101为倾斜光栅；
一第二光栅201，该第二光栅201制作在第二纳米线波导2上，从第一光栅101耦合出来的光信号被第二光栅201耦合入第二纳米线波导2，该第二光栅201为倾斜光栅；其中在第二纳米线波导2的输出端制作有一光插分复用器7
其中该第一纳米线波导1、第二纳米线波导2平行并列在衬底8上。
其中该第一光栅101、第二光栅201的取样周期P为500um～750um。
下面再结合图1-图2详细介绍本发明：
如图1所示，在衬底8SOI材料上制作了第一纳米线波导1和第二纳米线波导2，并在第一纳米线波导1和第二纳米线波导2上分别制作了第一光栅101和第二光栅201。第一光栅101和第二光栅201是通过对两条平行波导的折射率进行调制形成的，该调制的方法可以是通过刻蚀波导侧面，利用调制波导宽度来调制折射率；或者通过掺入杂质来调制折射率。
第一光栅101、第二光栅201具有相同的取样周期，该取样周期为500um～750um，利用取样实现光栅对多个信道的作用；第一光栅101、第二光栅201的光栅轴与波导轴之间具有相同的倾斜角度，该倾斜角度为45度～60度，在第一光栅101中利用倾斜角度将符合布拉格条件和相位匹配条件的导模转变为辐射模，在第二光栅201中将辐射模转变为导模；第一光栅101、第二光栅201还具有相同的光栅占空比、中心波长以及啁啾参数，该啁啾参数为1.5×10-4～4×10-4，利用啁啾对具有一定带宽的信道进行色散补偿。参阅表1、表2及表3所示分别为三个实施例。
表1
  取样周期   倾斜角度   啁啾参数
  第一光栅   500um   45度   1.5×10-4
  第二光栅   500um   45度   1.5×10-4
表2
  取样周期   倾斜角度   啁啾参数
  第一光栅   625um   52.5   2.75×10-4
  第二光栅   625um   52.5   2.75×10-4
表3
  取样周期   倾斜角度   啁啾参数
  第一光栅   750um   60度   4×10-4
  第二光栅   750um   60度   4×10-4
第一光栅101、第二光栅201平行并列在衬底材料8上，构成倾斜对栅结构，实现输入信号与输出信号的分离，从而实现可集成的多信道色散补偿器。
对栅耦合结构，其特征是在光栅轴与波导轴中引入一定角度，使得进入第一光栅101的光信号中满足布拉格反射条件和相位匹配条件的光信号不是被反射，而是被第一光栅101耦合出第一纳米线波导1，经过自由空间或低折射率材料的传输，耦合到与第一光栅101结构对称的第二光栅201中，经过第二光栅201耦合进入第二纳米线波导2中继续传输。采用对栅结构避免了光环形器的出现，可以实现在SOI材料上色散补偿器与其他光器件的集成。
SOI材料是实现高集成度光子器件的理想平台，本实例中，采用半导体制造工艺，利用电子束直写以及干法或湿法刻蚀，将纳米线波导倾斜光栅色散补偿器与光学器件7光插分复用器集成在一个硅片上，实现了色散补偿器与光插分复用器的单片集成，利用一个芯片完成了对信号的色散补偿和上下载功能。
如图2所示，在SOI衬底材料8上制作了第一纳米线波导1和第二纳米线波导2，并在第一纳米线波导1和第二纳米线波导2上分别制作了第一光栅101和第二光栅201。第一光栅101、第二光栅201具有相同的取样周期、倾斜角度、光栅占空比、中心波长以及啁啾参数，构成倾斜对栅结构。第一纳米线波导1的波导输入部分模斑转换器3、光学功能器件7光插分复用器的输出部分模斑转换器4均采用了模斑转换器结构，以实现与光纤的高效耦合。
下面详细说明其工作过程：
具有多个信道的波分复用系统的光信号从输入光纤5输入到模斑转换器3，经过模板转换器3将光信号耦合至第一纳米线波导1内。经直波导9和弯曲波导12传输至第一光栅101，第一光栅101对波长满足光栅布拉格条件和相位匹配条件的光信号发生作用，所有信道内波长较长的光在第一光栅101的前端被耦合出第一纳米线波导，所有信道内波长较短的光在第一光栅101的后端被耦合出第一纳米线波导。这些被第一光栅101耦合出来的光信号经自由空间或低折射率介质传输，波长较长的光在第二光栅201的前端被接收并耦合到第二纳米线波导2内，波长较短的光在第二光栅201的后端被接收并耦合到第二纳米线波导2内。这里利用不同波长发生耦合的位置不同产生的光程差，使经过长距离光纤传输后，各个信道内滞后的波长较长的光赶上超前的波长较短的光，从而实现对多个信道的色散补偿功能。
耦合入第二纳米线波导2的光信号经过直波导10，进入光器件7光插分复用器中进行处理。经过器件7光插分复用器处理后的信号经过直波导11传输至模斑转换器4，由模斑转换器4耦合至输出光纤6输出。
本实例中采用常规的硅制造工艺，将色散补偿器和光插分复用器集成在一个SOI晶片上，实现了可与其他光器件集成的色散补偿器，对提高光学芯片的集成度，降低芯片成本十分有利。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变形。

Claims (3)

1、一种可集成多信道色散补偿器，其特征在于，包括：
一衬底；
一第一纳米线波导，该第一纳米线波导制作在衬底上；
一第二纳米线波导，该第二纳米线波导制作在衬底上；
一第一光栅，该第一光栅制作在第一纳米线波导上，光信号被第一光栅耦合出第一纳米线波导；
一第二光栅，该第二光栅制作在第二纳米线波导上，从第一光栅耦合出来的光信号被第二光栅耦合入第二纳米线波导；
其中该第一纳米线波导、第二纳米线波导平行并列在衬底上；该第一、第二光栅为倾斜光栅。
2、根据权利要求1所述的可集成多信道色散补偿器，其特征在于，其中在第二纳米线波导的输出端制作有一光插分复用器。
3、根据权利要求1所述的可集成多信道色散补偿器，其特征在于，其中该第一光栅、第二光栅的取样周期P为500um～750um。
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