CN101046529A - 可变光控制设备和可变光控制方法 - Google Patents

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Abstract

构造了一种可变光控制设备，该可变光控制设备包括基板、放置在基板上的光波导、以及用于改变光波导的温度的第一加热器和第二加热器。提供给所述第一和第二加热器的电能总量、以及从第一和第二加热器发出的总热量基本上保持恒定。保护了基板免受温度改变的影响，从而实现稳定和快速的波长调谐操作。

Description

可变光控制设备和可变光控制方法
技术领域
根据本发明的装置和方法涉及光纤通信设备，更具体地，涉及基于热光效应可变地控制光特性的可变光控制设备和可变光控制方法。
背景技术
在波分复用(WDM)光通信中，随着分接插入复用(Add DropMultiplex，ADM)和其它功能的日益增强，对光信号波长进行调谐的技术的需求越来越重要。目前，为了实现该技术，采用波长可变设备。作为这种设备之一的示例，提供了一种用于传输或阻挡具有特定波长的光信号的波长可调谐滤波器。在现有技术中，如在日本专利待审申请No.1988-281104和日本待审专利申请No.1987-100706中所示出的，提出了一种热光效应类型的滤波器。这些热光效应类型的滤波器包括通过使用二氧化硅(silica)波导处理技术而在基板上形成的谐振器。以及，如在PCT申请WO 2005/096462中所示出的，存在另一现有技术设备，该设备是波长可调谐激光器，用于输出具有特定波长的光信号。PCT申请WO 2005/096462示出了一种设备，其中，外部谐振器由热光效应滤波器类型的谐振器和半导体光放大器(SOA)构成。
如上所述，在现有技术的波长可变设备的情况下，可以在二氧化硅波导过程中共同制造多个元件和谐振器。因此，由采用的掩模和所处理的精度确定这种现有技术的特性。对由光波导过程制造的设备的特性进行稳定，易于获得所期望的特性，其中，光波导过程采用了精确的掩模和精确的处理。由于这种设备具有优良的特性，所以期望这种设备在将来得到进一步发展。
在以上现有技术设备的任何一种中，通过以加热器加热具有热光效应的波导来改变波导的温度，以实现对波长的调谐。然而，当加热波导时，出现以下问题。例如，当对加热器供能来对波导加热时，同时也改变了基板的温度。通常，通过使用热敏电阻和珀耳帖(peltier)元件来稳定其它元件的温度，以控制基板的温度是恒定的。因此，当因用于改变波导的温度的加热器而改变了基板的温度时，热敏电阻检测到温度改变，并驱动珀耳帖元件来稳定基板的温度。热敏电阻和珀耳帖元件的该系列操作通常花费大约10秒。直至基板的温度温度，才波长才稳定。因此，以上所讨论的现有技术的设备需要额外的时间来改变和稳定波长。因此，以上所讨论的所有现有技术的设备的问题在于，这些设备不能执行0.1秒至1秒的时间帧内的快速波长调谐操作(对波长调谐的快速响应)，而这是ADM功能等所需的。
发明内容
本发明的范例实施例克服了以上缺点和以上未描述的其它缺点。此外，没有要求本发明克服以上描述的缺点，以及本发明的范例实施例可能没有克服以上描述的所有问题。
本发明的方案提供了用于实现快速波长调谐操作的可变光控制设备和可变光控制方法。通过缩短当波长基于热光效应而变化时稳定光特性的时间，来实现本发明的方案。
根据本发明，可变光控制设备包括基板、放置在基板上的光波导、靠近光波导放置的第一加热器、以及与第一加热器分离地放置的第二加热器。以及，提供给第一和第二加热器的电能总量基本上保持恒定。
根据本发明的另一方案，可变光控制设备包括基板、放置在基板上的光波导、靠近光波导放置的第一加热器、以及与第一加热器分离地放置的第二加热器。以及，从第一和第二加热器发出的总热量基本上保持恒定。
用于具有基板和放置在基板上的光波导的可变光控制设备的本发明的可变光控制方法包括用于加热光波导的第一加热步骤、以及用于加热基板的第二加热步骤。以及，在第一和第二加热步骤中提供的电能总量基本上保持恒定。本发明的每种可变光控制设备和可变光控制方法可以包括与对具有热光效应的光波导进行加热的第一加热器分离的用于加热基板的第二加热器。以及，由第二加热器补偿第一加热器中的电能或热量的增加/减少，从而向/从第一和第二加热器提供/发出的总电能/热量基本上保持恒定。因此，甚至在调谐操作时提供给第一加热器的电能显著改变时，整个基板的温度也不会显著改变。因此，本发明的方案能够有效地缩短当波长基于热光效应而变化时对光特性进行稳定的时间，从而实现了快速波长调谐操作。
附图说明
通过参照附图来详细地描述本发明的范例实施例，本发明的方案将更加明显，其中：
图1是根据本发明第一范例实施例的波长可调谐滤波器的顶视图。
图2是根据本发明范例实施例的环形谐振器的放大图。
图3是图1所示的A部分的放大图。
图4是沿图3所示的B-B线的A部分的截面图。
图5是示出了根据本发明范例实施例的如何形成纤心(core)的顶视图。
图6是示出了根据本发明范例实施例的如何形成加热器的顶视图。
图7是示出了根据本发明范例实施例的如何形成隔离凹槽的顶视图。
图8是示出了根据本发明范例实施例的如何形成加热器的放大图。
图9是描述了根据本发明范例实施例的、由具有三种类型的自由频谱范围(Free Spectrum Range，FSR)的谐振频谱引起的谐振操作的图。
图10是描述了根据本发明范例实施例的多个环形谐振器进行的波长调谐原理的图。如图10中所示，(1)表示小直径环形谐振器的频谱，(2)表示大直径环形谐振器的频谱，以及(3)表示由(1)示出的小直径环形谐振器和由(2)示出的大直径环形谐振器的频谱的合成频谱。
图11是在本发明第一范例实施例的变体中的波长可调谐滤波器的顶视图。
图12是根据本发明第二范例实施例的波长可变光源的顶视图。
图13是根据本发明第二范例实施例的波长可变光源的透视图。
图14是根据本发明第三范例实施例的波长可变光源的顶视图。
图15是根据本发明第三范例实施例的波长可变光源的透视图。
图16是根据本发明第四范例实施例的波长可变光源的顶视图。
图17是根据本发明第五范例实施例的波长可变光源的顶视图。
图18是根据本发明第六范例实施例的控制电路的结构框图。
图19是根据本发明第七范例实施例的可变分散补偿器的顶视图。
具体实施方式
根据本发明的范例实施例，可变光控制设备包括基板，放置在基板上的具有热光效应的光波导，靠近光波导放置的第一加热器，以及与第一加热器分离地放置的第二加热器。根据所讨论的范例实施例，提供给第一和第二加热器的电能总量基本上保持恒定。
根据本发明的另一范例实施例，可变光控制设备包括基板，放置在基板上的具有热光效应的光波导、靠近光波导放置的第一加热器、以及与第一加热器分离地放置的第二加热器。根据所述范例实施例，从第一和第二加热器发出的总热量基本上保持恒定。因此，甚至在调谐操作时提供给第一加热器的电能显著改变时，整个基板的温度也不会显著改变。
因此，本发明的范例实施例对于缩短当波长基于热光效应变化时稳定光特性的时间是有效的，从而实现了快速波长调谐操作。
参照附图，以下对本发明的各种范例实施例进行详细解释。尽管以下提及了范例实施例，但是本发明的范围并不限于这些范例实施例，而仅由所附权利要求所限定。
[第一范例实施例]
以下对根据本发明第一范例实施例的波长可调谐滤波器的结构进行描述。图1示出了根据本发明第一范例实施例的波长可调谐滤波器的顶视图。该波长可调谐滤波器10包括基板11上的环形谐振器12-1、12-2和12-3。环形谐振器12-1、12-2和12-3分别包括环形波导13-1、13-2和13-3。此外，波长可调谐滤波器10还包括输入/输出波导14-1、14-2和14-3，每个环形波导放置在它们之间。在环形波导之一和输入/输出波导之一彼此最靠近的每个部分形成光耦合器，这些光耦合器彼此光连接。图2示出了图1中所示的环形谐振器12-1的放大图。根据该范例实施例，每个光耦合器由方向耦合器25-1和25-2构成。作为这种方向耦合器的替代，每个光耦合器可以由多模式干涉仪(MMI)、Mach-Zehnder干涉仪等构成。
分别将环形波导13-1、13-2和13-3设为不同的自由频谱范围(FSR)并具有不同的环形长度(即，圆周长)。环形波导之间FSR和环形长度之间的关系由下式(1)表示：
FSR＝c/(n×L)                     (1)
其中，c是光速，n是等效折射率，以及L是环形长度(圆周长)。
根据范例实施例，根据所期望的网格波长来设计环形波导13-1，例如，在对象波长复用光传输系统中的国际电信联盟-电信(ITU-T)Grid波长。环形波导13-2设置用于波长调谐操作的粗略调整。环路波长13-3设置用于波长调谐操作的精细调整。例如，环形波导13-1的环形长度L1是4,000μm(微米)，环形波导13-2的长度L2是4,400μm，以及环形波导13-3的环形长度L3是4,040μm。通过以这种方式改变对象环形长度，提供了分别具有不同FSR的环形谐振器。可以按照所期望的顺序来改变环形谐振器的排列。尽管在图1中提供了三种谐振器，但是可以提供四个或更多的谐振器来提高调整精度。此外，可以通过减少用于调整的谐振器的个数，可以仅由两个谐振器实现波长可调谐滤波器。此外，在另一示例中，可以仅由一个谐振器来实现波长可调谐滤波器。换言之，可以由任意个数的谐振器来实现根据本发明的波长可调谐滤波器。
在环形波导13-2和13-3的上半部分，分别提供了薄膜状加热器15-1和15-2。分别在薄膜状加热器15-1和15-2周围提供薄膜状虚(dummy)加热器16-1和16-2。以下描述了环形波导13-3的示例。环形波导13-2在结构上与环形波导13-3相同。图3示出了图1所示环形波导13-3的A部分的放大图。环形波导13-3的加热器15-2和虚加热器16-2放置为彼此之间有间隔，并在该间隔上形成隔离凹槽19。加热器15-2具有加热器衬垫17-1和17-2，以及虚加热器16-2具有虚加热器衬垫18-1和18-2。加热器和虚加热器衬垫分别用于向加热器和虚加热器供电。提供给加热器15-2和虚加热器16-2的总电能基本上保持恒定。以相同的方式，图1中的环形波导13-2也具有加热器15-1和虚加热器16-1。在加热器15-1和虚加热器16-1之间形成隔离凹槽19。
接下来，将参照附图来详细描述每个加热器和每个虚加热器之间的位置关系。图4示出了沿图3所示的线B-B的截面图。在基板11上，形成包层(clad)22和虚包层23。在包层22内，形成环形波导13-3和输入/输出波导14-3和14-4的纤心(core)。以及，在包层22的上半部分上，形成加热器15-2。如图4所示，包层22的形成为条纹状，即，相对于基板11的所谓台面型(mesa-type)包层。另一方面，在虚包层23的上半部分上，形成虚加热器16-2，以及在虚包层23内，不形成波导纤心。如上所述，放置加热器15-2，从而有效地加热波导纤心。与波导纤心分离地放置虚加热器16-2，从而不对波导纤心进行加热。例如，隔离凹槽19的宽度是大约100μm(微米)。甚至在隔离凹槽19的宽度是几μm或更多时，隔离凹槽19也是有效的。隔离凹槽19的深度可以达到基板11的顶面。例如，包层和虚包层的高度是大约10μm，以及包层和虚包层的宽度是大约10μm。加热器和虚加热器的宽度大致是几μm。以类似的方式来构造其它加热器和虚加热器。
如图3所示，在加热器15-2外部放置虚加热器16-2。该结构使加热器15-2能够覆盖环形波导13-3的长圆周。因此，降低了加热器15-2的功耗。然而，也可以在加热器15-2内部放置虚加热器。如图3所示，靠近加热器15-2并与之平行地放置虚加热器16-2。然而，根据本发明，不需要以这种方式靠近加热器15-2来放置虚加热器16-2。虚加热器16-2和虚加热器15-2的形状彼此相似。然而，虚加热器16-2和虚加热器15-2的形状可以彼此不同。如果如图3所示，彼此靠近地放置虚加热器16-2和虚加热器15-2，则这种设置对于消除从加热器16-2和15-2提供给基板11的热差来说是有效的。因此，可以不分别考虑有多少功率提供给加热器15-2和16-2，而使从加热器15-2和16-2提供给基板11的热量分布几乎是均匀的。因此，基板11的温度分布基本上保持恒定。因此，可以更加容易地进行热量设计。如果关于基板11对称地放置虚加热器16-2和加热器15-2，则可以保持提供给基板11的热是对称的。这使得基板11能够有效地免于受到热差动操作的影响。此外，如果虚加热器16-2和加热器15-2的形状彼此相似，则可以减小可能在基板11上发生的热差。因此，可以更加容易地补偿来自加热器15-2的热变化，从而可以更加稳定地进行波导加热过程。如图1所示的其它加热器与虚加热器之间的关系分别与加热器15-2与虚加热器16-2之间的关系相同。
作为基板11的材料，可以使用硅、诸如二氧化硅玻璃、硼硅酸盐玻璃之类的不同类型的玻璃、以及诸如聚酰亚胺之类的不同类型的聚合物树脂。优选的材料是不易引起温度倾斜(slope)而可以有效地将来自加热器和虚加热器的热分散到整个基板11上、并具有很高的热传导率，但是这种材料并不是必需的。硅是这种优选材料的一个示例性但非限制性的示例。如上所述，在基于二氧化硅的光波导过程中，在基板上形成环形波导13-1、13-2和13-3、以及输入/输出波导14-1、14-2、14-3和14-4。通过将诸如锗(Ge)之类的添加物添加至二氧化硅玻璃以使折射率高于包层，来制造环形波导和输入/输出波导的纤心。在蒸发(evaporation)过程中，使用由铂、铬、金等构成的金属薄膜来形成加热器和虚加热器，或者使用由诸如氮化钽(TaN)之类的氮化物和氧化物等构成的复合薄膜来形成加热器和虚加热器。
接下来，参照图5、图6和图7，简要地描述波长可调谐滤波器10的制造过程。首先，利用化学汽相沉积(CVD)方法等，在基板11上沉积二氧化硅玻璃薄膜，然后在上面形成下包层部分。之后，例如，利用CVD方法等，在下包层部分上沉积添加了Ge等的二氧化硅玻璃薄膜，以及如图5所示，形成传输光的纤心(13-1、13-2和13-3，以及14-1、14-2、14-3和14-4)。然后，如图6所示，通过蒸发过程，在纤心上形成加热器15-1和15-2，以及虚加热器16-1和16-2。最后，通过蚀刻过程，使用掩模来去除包覆层，以形成如图7所示的隔离凹槽19。然后，如图8(环形谐振器12-2的顶视图)所示，放置加热器15-1以几乎全部覆盖环形波导13-2的圆周。也以相同的方式放置加热器15-2。根据本发明，例如，以上描述的蚀刻过程可以是利用反应离子腐蚀(RIE)方法的干法蚀刻。
接下来，参照图1和图5来描述根据本发明第一范例实施例的波长可调谐滤波器的操作。首先，参照图1和图5，将具有特定波长的光信号从基板11的左下侧(INPUT)输入输入/输出波导14-1，即，沿如图1和图5所示的右方向输入光信号。接着将所输入的光信号通过光耦合器顺序地传输至输入/输出波导14-1、环形波导13-1、输入/输出波导14-2、环形波导13-2、输入/输出波导14-3和环形波导13-3。然后，将光信号从环形波导13-3输出至输入/输出波导14-4，即，将光信号沿如图1和图5所示的左方向输出。将所输出的光信号通过输入/输出波导14-4的弯曲部分传输至基板11的右上侧。最后，将光信号从基板11的右侧(OTUPUT)输出。如上所述，环形波导13-1、13-2和13-3的环形长度(即，圆周长)各不相同。因此，在FSR(即，谐振峰长度间隔)中，环形谐振器12-1、12-2和12-3的谐振频谱彼此不同。图9示出了由具有三种类型的FSR的谐振频谱引起的谐振操作。通过分别使用具有不同FSR的多个谐振器，获得了其中谐振峰波长彼此匹配的波长(λ1)。以及通过这些谐振器来彼此加强具有这种波长(λ1)的光信号。因此，具有波长(λ1)的光信号选择性地彼此加强，然后输出这种加强的信号。因此，该设备用作波长滤波器。
接下来，对波长调谐操作进行描述。如图10所示，当对加热器15-1和15-2(设置在环形波导13-2或环形波导13-3上)供能时，每个波导的温度均发生改变。在具有热光效应的基于二氧化硅的光波导中，当波导的温度改变时，波导的折射率也发生改变。结果，环形波导的光通路(optical pass)长度发生改变。因此，环形谐振器的谐振峰波长发生改变。因此，如果环形波导的温度上升，则波导等效折射率也增加，并朝较长波长的方向移动谐振频谱。因此，也朝较长波长的方向移动谐振峰波长。另一方面，如果环形波导的温度下降，则波导等效折射率也减小，并朝较短波长的方向移动谐振频谱。因此，也朝较短波长的方向移动谐振峰波长。可以使用这种热光效应，根据环形谐振器12-1的谐振峰波长，来将每个其它环形谐振器12-2和12-3的谐振峰波长向较长波长方向或较短波长方向移动。因此，每个匹配谐振峰波长发生改变。
图10示出了多个环形谐振器的波长调谐操作的原理。以下，仅对两个范例环形谐振器的波长调谐操作进行描述，以简化说明。如图10所示，(1)表示小直径环形谐振器的频谱。以及如图10所示，(2)表示大直径环形谐振器的频谱。如(2)中所示，实线表示波长改变之前的时间，以及虚线表示波长改变之后的时间。此外，如图10所示，(3)表示分别由(1)和(2)示出的上述较小直径环形谐振器和上述较大直径环形谐振器的频谱的合成谱。如图(1)和(2)所示，周期性出现的多个谐振峰波长的间隔彼此稍有不同。在恒定状态下，如在(3)中所示，波长λ1正在谐振。如果减小提供给位于较大直径环形谐振器中的加热器的电能以降低温度，则波导的波导等效折射率减小。因此，(2)中的环形谐振器的频谱整体向虚线所示的较短波长方向移动。结果，如(3)中所示，在(1)和(2)之间匹配的峰波长从λ1改变为λ2。因此，(3)中由虚线示出的波长λ2开始谐振。以这种方式，谐振波长可以从λ1改变为λ2。由于波长间隔在每个环形谐振器之间偏移，所以实现了波长调谐操作。这种波长调谐操作应用了与滑动限幅器相同的原理和沃尼尔效应(vernier effect)。因此，在比仅使用一个环形谐振器时更宽的动态范围内进行波长调谐。此外，根据范例实施例，除了用于粗略调整的环形谐振器12-2之外，提供了用于精细调制的环形谐振器12-3，从而实现了较高精度的波长调谐。
如图3所示，根据第一范例实施例的波长可调谐滤波器10不但具有加热器15-1，而且具有虚加热器16-1。因此，如果由于波长调谐操作而使提供给加热器15-1的电能增加(即，在来自加热器15-1的热量增加时)，则提供给虚加热器16-1的电能减少(即，热量减少)。另一方面，如果提供给加热器15-1的电能减少(即，如果来自加热器15-1的热量减小)，则提供给虚加热器16-1的电能增加(即，热量增加)。以这种方式，加热器15-1和虚加热器16-1根据以下的表达式(2)进行差动操作。
Ph+Pd＝常数         (2)
其中，Ph是提供给加热器的电能，以及Pd是提供给虚加热器的电能。
甚至在提供给加热器15-1的电能显著改变时，提供给基板11的总电能或总热量也基本上保持恒定。因此，基板11的温度基本上保持恒定。
接下来，参照图4，对自加热器15-2和虚加热器16-1的热的传输过程进行描述。加热器15-2放置在其中形成有纤心13-3、14-3和14-4的包层22上。因此，可以将来自加热器15-2的热有效地传输至纤心13-3、14-3和14-4。另一方面，虚加热器16-2放置在其中没有形成纤心的虚包层23上。此外，在包层22和虚包层23之间形成隔离凹槽19。因而，隔离凹槽19在包层22和虚包层23之间形成了产生高度热隔离的空气层。因此，来自虚加热器16-2的热不容易传输到纤心。这样，在对包层22和纤心13-3、14-3和14-4加热之后，来自加热器15-2的热传输至基板11。基板11由高热传导率材料形成。因此，热量快速地分散至整个基板11。此外，在对包层23加热之后，来自虚加热器16-1的热以相同的方式传输至基板11。但是，由于基板11由高热传导率材料形成，所以热量快速地分散至整个基板11，而难以传输至相邻的包层22。如果由硅形成基板11，以及由二氧化硅玻璃形成包层，则包层的热传导率改变了1×10-2。即，硅基板的热传导率是大约150W/(m·K)，以及二氧化硅玻璃基板的热传导率是大约1.5W/(m·K)。这是传输至基板11的热为什么不容易传输到包层的原因。由于基板11的作用类似于散热器，所以来自虚加热器16-1的热量不易传输至纤心。
在如上所述构造的波长可调谐滤波器中，环形波导13-2和13-3分别具有加热器和虚加热器，而其波长被调整为参考波长的环形波导13-1不具有任何加热器。然而，根据本发明，包括环形波导13-1的所有环形波导都可以分别具有加热器和虚加热器。在这种情况下，如果环形波导13-1的波长从参考波长偏移，则这种偏移可以通过调整环形波导13-1的温度来进行补偿。
接下来，对本发明第一范例实施例的变体进行描述。图11示出了本发明第一范例实施例的变体中的顶视图。在该范例实施例中，不同于图1所示的范例实施例，仅在加热器15-1和虚加热器16-1之间、以及在加热器15-2和虚加热器16-2之间形成隔离凹槽19。因此，波长可调谐滤波器26构造为由包层来覆盖其它平坦部分。因此，以这种方式，可以仅在必要的部分中形成隔离凹槽19。另一方面，不但可以在加热器与虚加热器之间分别形成隔离凹槽，而且也可以在加热器与虚加热器的外周边位置处形成隔离凹槽。因此，由于外周边凹槽防止了热扩散至设备的不必要部分，所以可以降低每个加热器的功耗。
接下来，对根据本发明第一范例实施例的波长可调谐滤波器的效果进行描述。如上所述，在根据第一范例实施例的波长可调谐滤波器中，即使在向/从加热器提供/发出的电能或热发生改变时，也通过相应的虚加热器补偿这种改变，因而基板根本不会受到这种改变的影响。因此，保护基板免受温度改变的影响，从而实现了稳定的波长调谐操作。
以及，由于在每个加热器和每个虚加热器之间设置了隔离凹槽(空气层)，所以来自虚加热器的热不易传输至纤心。
此外，如果其中形成有纤心的包层形成为条纹状，即，所谓台面型包层，则来自虚加热器的热不易传输至纤心。
以及，如果由高热传导率材料形成基板，则从虚加热器发出的热量在基板上快速地分散，因而这种热不易传输至其中形成有纤心的包层。因此，基板的作用类似于散热器，来自虚加热器16-1的热不易传输至纤心。
以及，如果加热器完全覆盖了环形波导的圆周，则由于来自加热器的热有效地到达环形波导，所以有效地减小了加热器的功耗。
此外，如果靠近相应的加热器放置虚加热器，则从这些加热器提供热之前和之后的时间之间的基板中的热分布差异变得更小。因此，可以更加容易地做出热设计。
此外，如果关于基板对称地放置加热器和虚加热器，即，使得在基板的后侧放置虚加热器，则保持提供给基板的热是对称的。因此，基板不会太多地受到热差的影响。此外，如果虚加热器和加热器形成为在形状上类似，则进一步减小了提供给基板的热差。如果如上所述地构造虚加热器，则更加容易补偿加热器的热改变，从而基板操作变得更加稳定。
以及，如果相对于波长调谐操作，波长可调谐滤波器具有用于粗略调整的第一环形波导、以及用于精细调整的第二环形波导，则可以更加精确地进行波长调整。
此外，如果每个环形波导具有加热器和虚加热器，则即使在设备波长本身偏离了参考波长时，也可以对热改变进行补偿。
[第二范例实施例]
以下，对根据本发明范例实施例的波长可变光源的构造进行描述。图12示出了根据本发明第二范例实施例的波长可变光源30的顶视图。在图12中，相同的参考数字用于指示与第一范例实施例中的组件相同的组件，以避免赘述。根据该第二范例实施例的波长可调谐光源30具有在第一范例实施例中采用并放置在基板34上的波长可调谐滤波器10。此外，半导体光放大器31放置在基板34的左下侧。在半导体光放大器31的左侧，形成低反射涂层33。在基板11的右侧，形成高反射涂层32。半导体光放大器31和基板11的输入/输出波导14-1彼此直接连接(即，对接耦合(Butt Couple))。非反射涂层按需涂覆到耦合部分。基板34用作基板11和半导体光放大器31的共用平台。可以交换高反射涂层32和低反射涂层33的放置位置。例如，可以在基板11的右侧形成低反射涂层，以及可以在半导体光放大器31的左侧形成高反射涂层。如图12所示，光从在基板11的右上侧处形成的输入/输出波导14-4的端面射出。作为示例，将低反射涂层的反射率设置为几个百分比，以及将高反射涂层的反射率设置为90％或以上。
图13示出了根据本发明第二范例实施例的波长可变光源30的透视图。在基板34的后表面设置有用于控制温度的珀耳帖元件35。在基板11的前表面放置有热敏电阻36。热敏电阻36和珀耳帖元件35将基板34的温度控制在室温附近。
根据第二范例实施例的波长可变光源30的材料和结构与第一范例实施例中的相同。因此，这里将省略对与用于第一实施例中相同的参考数字指示的元件的描述。例如，基板34由硅制成。半导体光放大器31是半导体激光二极管(LD)等。例如，高反射涂层32由金蒸发过程等形成。例如，低反射涂层33是介电多层膜。
接下来，对根据本发明第二范例实施例的波长可变光源30的操作进行描述。根据范例实施例，波长可调谐滤波器用于构成相对于半导体光放大器31的外部谐振器。从半导体光放大器31发出的光具有多个波长。从半导体光放大器31发出的光从输入/输出波导14-1进入波导，然后类似于以上所述的第一范例实施例，光经过各个环形谐振器12-1、12-2和12-3。每次光经过环形谐振器时，选择谐振波长，以及光通过输入/输出波导14-4到达基板11的右上侧。根据该第二范例实施例，高反射涂层32对光进行反射，光通过相同的路径从输入/输出波导14-1返回半导体光放大器31。半导体光放大器31的低反射涂层33部分地对光进行反射，这种反射光再次返回波导。由于以这种方式设置了外部谐振器，所以利用谐振加强了光，然后从半导体光放大器31的左下表面输出光。由于这种谐振与相对于第一范例实施例所描述的相同，所以在这里省略对它的描述。在这种波长可调谐光源30中，随着对光被反射并经过多个环形谐振器，谐振效果增强。根据第二范例实施例，环形谐振器12-2具有差动操作的加热器15-1和虚加热器16-1，以及环形谐振器12-3具有差动操作的加热器15-2和虚加热器16-2。加热器15-1和15-2、以及虚加热器16-1和16-3的加热操作与在第一范例实施例中的那些相同，因而在这里省略对它们的描述。
珀耳帖元件35和热敏电阻36共同作用来保持基板34温度恒定，从而使半导体光放大器31和基板11的温度基本上保持恒定。根据该范例实施例，如相对于第一范例实施例所描述的，分别设置有与相应的加热器差动地操作的虚加热器16-1和16-2，从而即使在由于波长调谐操作而导致提供给每个加热器的电能发生改变时，基板11的温度基本上也保持恒定。因此，对于设置来保持基板11的温度的珀耳帖元件35的驱动条件不改变。因而可以减小波长调谐速度，例如，减小至0.1秒的量级(最长在一秒内)，从而允许快速的波长调谐。
可以在加热器15-1和虚加热器16-1之间、以及在加热器15-2与虚加热器16-2之间形成隔离凹槽19。然而，隔离凹槽19也可以分别在加热器15-1和15-2、以及虚加热器16-1和16-2周围形成。此外，隔离凹槽19也可以在基板上除了形成波导、加热器和虚加热器之外的任何位置上形成。
接下来，对根据本发明第二范例实施例的波长可变光源30的效果进行描述。如上所述，在根据该第二范例实施例的波长可调谐光源30中，即使在波长调谐时，珀耳帖元件35的驱动条件也不改变。因此，根据第二范例实施例的波长可变光源30不但具有上述第一范例实施例的效果，而且具有缩短直到珀耳帖元件稳定的所需时间的效果，从而实现了快速波长调谐。
[第三范例实施例]
以下，对本发明第三范例实施例的波长可调谐光源的结构进行描述。图14示出了根据本发明第三范例实施例的波长可变光源30的顶视图。在图14中，对于与第二范例实施例中相同的元件使用相同的参考数字，以避免赘述。根据该第三范例实施例的波长可调谐光源40具有基板41；没有设置其它基板。半导体光放大器42安装在基板41上，这不同于根据第二范例实施例的结构。在半导体光放大器42的左端表面处形成低反射涂层44，正如第二范例实施例。半导体光放大器42和输入/输出波导14-1彼此直接耦合(即，对接耦合)。如以上的第二范例实施例所讨论的方式放置高反射涂层43和低反射涂层44，但是可以交换它们的位置。
图15示出了根据本发明第三范例实施例的波长可调谐光源40的透视图。在基板41的后表面上设置了珀耳帖元件45。热敏电阻46和珀耳帖元件45将基板41的温度控制在室温附近。
波长可调谐光源40的材料、谐振操作、以及波长调谐操作与以上对于第二范例实施例所讨论的相同，所以在此省略其描述。不同于第二范例实施例，根据第三范例实施例，半导体光放大器安装在基板41的表面上。因此，可以预先分别标记(mark)基板41和半导体光放大器42的表面，以及可以通过被动校准过程(passive alignmentprocess)将半导体光放大器42安装在基板41上。如果基板41由高热传导率材料(例如，硅)构成，则基板41可以用作半导体光放大器42的散热器。
接下来，对根据本发明第三范例实施例的波长可调谐光源40的效果进行描述。在根据该本发明第三范例实施例的波长可调谐光源中，半导体光放大器42安装在基板41上。因此，减小了部件的个数并节省了空间。半导体光放大器42也可以利用被动校准方法安装在基板41上。如果基板由高热传导率材料构成，则基板41也可以用作散热器。因此，该第三范例实施例，波长可调谐光源40不但可以具有以上对于第二范例实施例所讨论的效果，而且还可以具有实现紧凑模块、生产率提高和低成本的其它效果。
[第四范例实施例]
以下，对根据本发明第四范例实施例的波长可变光源的构造进行描述。图16示出了根据本发明第四范例实施例的波长可变光源50的顶视图。在图16中，相同的参考数字用于指示与第三范例实施例中的组件相同的组件，以避免赘述。在根据该第四范例实施例的波长可调谐光源50中，不为每个加热器55-1和55-2设置各个虚加热器。而是，为加热器55-1和55-2组设置虚加热器56。根据该范例实施例，虚加热器56形成为包围每个环形谐振器。
因此，控制一个虚加热器以进行如表达式(5)中描述的差动操作，取代表达式(3)和(4)中所描述的独立地控制每个环形加热器的控制方法。
(Ph1+Pd1)＝常数       (3)
(Ph2+Pd2)＝常数       (4)
Ph1+Ph2+Pd＝常数      (5)
其中，Ph1是提供给加热器1的电能，Ph2是提供给加热器2的电能，Pd1是提供给虚加热器1的电能，Pd2是提供给虚加热器2的电能，以及Pd是提供给虚加热器的电能，如图16所示，该虚加热器形成为包围加热器1和加热器2。
在根据该第四范例实施例的波长可调谐光源50中，将虚加热器组合为一个虚加热器以简化控制。如果为每个环形谐振器设置加热器、或特别设置多个环形谐振器，则这种简化控制更加有效。根据该范例实施例，形成虚加热器以包围环形加热器，从而可以使基板51中的温度倾斜更加恒定。
[第五范例实施例]
以下，对根据本发明第五范例实施例的波长可变光源的构造进行描述。图17示出了根据本发明第五范例实施例的波长可变光源的顶视图。在图17中，相同的参考数字用于指示与第三范例实施例中的组件相同的组件，以避免赘述。根据该第五范例实施例的波长可调谐光源60与第四范例实施例中的不同之处在于，在基板61的自由空间内设置有虚加热器66。
此外，在根据该第五范例实施例的波长可调谐光源60中，将虚加热器组合为一个虚加热器以简化控制。如果为每个环形谐振器设置加热器、或特别设置多个环形谐振器，则这种简化控制更加有效。如果基板61的温度倾斜无关紧要，则可以在基板的自由空间中设置虚加热器，从而更好地利用空间。
[第六范例实施例]
接下来，对本发明的第六范例实施例的可变光控制设备的控制电路进行描述。图18示出了根据本发明范例实施例的可调谐光控制设备的控制电路的结构框图。在该范例实施例中，将根据第三范例实施例的波长可变光源作为示例。然而，可以将在这里所描述的任何其它范例实施例(即，第一、第二、第三、第四、第五和第七范例实施例)中的任何光源选择作为这里要控制的对象。为每个谐振器独立地设置了控制电路70，控制电路70具有驱动电路71-1和71-2，数字/模拟(DA)转换器72-1和72-2，模拟/数字(AD)转换器73-1和73-2，以及数字信号处理器(DSP)74。
DSP 74对控制电路70进行控制。DA转换器72-1和72-2中的每个将从DSP 74接收的数字信号转换为模拟信号，然后将转换后的模拟信号发送至驱动电路71-1和71-2中的每个。AD转换器73-1和73-2中的每个将从驱动电路71-1和71-2接收的模拟信号转换为数字信号，然后将转换后的数字信号发送至DSP 74。驱动电路71-1驱动加热器，以及驱动电路71-2驱动虚加热器。
如图18所示，为每个谐振器设置控制电路。然而，根据本发明，仅有一个DSP可以控制多个谐振器。类似于如上所述的第四或第五范例实施例，可以设置共用虚加热器，并由一个控制电路来控制共用虚加热器(即，不为每个谐振器设置虚加热器)。
[第七范例实施例]
以下，对本发明的另一范例实施例进行描述。图19示出了根据本发明的可变分散补偿器的顶视图。该可变分散补偿器构造为沿共用线性波导81将谐振器80-1、80-2和80-3串联。在线性波导81靠近环形波导82-1、82-2和82-3之一的每个地方形成光耦合器。如图19所示，每个光耦合器用作方向耦合器。除了方向耦合器之外，例如，光耦合器可以是多模式干涉仪、Mach-Zehnder类型的干涉仪等。通过串行耦合来合成每个谐振器的延迟时间谱，从而形成合成谱。根据该合成谱的倾斜来确定分散补偿量。在每个谐振器中，当向加热器83-1、83-2和83-3供电时，时延时间谱的中心波长移动。因此，改变合成谱的倾斜度。根据倾斜度来改变分散补偿量。因此，可以通过控制提供给对象加热器的电能来控制分散补偿量。每个虚加热器84-1、84-2和84-3接收电能差，从而对提供给相应加热器(83-1、83-2或83-3)的能量的改变进行补偿。这样，保护了基板完全不受温度改变的影响。加热器和虚加热器的放置和结构、以及如何控制根据该范例实施例的加热器和虚加热器均与对于以上所描述的范例实施例所讨论的那些相同。每个加热器放置环形波导上，以及每个虚加热器与相应的加热器分离。此外，在每个加热器及其相应的虚加热器之间设置隔离凹槽(85-1、85-2和85-3中的任何一个)。因而本发明可以应用于利用热光效应的任何其它光设备。
尽管以上描述了本发明的范例实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如所附权利要求所定义的本发明实施例的精神和范围的情况下，对本发明的范例实施例的许多修改都是显而易见的。

Claims (26)

1、一种可变光控制设备，包括
基板；
光波导，放置在所述基板上；
第一加热器，靠近所述光波导而放置；以及
第二加热器，与所述第一加热器分离地放置，
其中，向所述第一和第二加热器提供的电能总量基本上保持恒定。
2、如权利要求1所述的可变光控制设备，其中，所述第一加热器放置在其中形成有纤心的第一包层上，以及
所述第二加热器放置在其中未形成有纤心的第二包层上。
3、如权利要求1所述的可变光控制设备，还包括隔离器，配置用于对所述第一加热器和所述第二加热器进行热隔离。
4、如权利要求3所述的可变光控制设备，其中，所述隔离器包括在所述第一加热器和所述第二加热器之间的凹槽。
5、如权利要求1所述的可变光控制设备，其中，所述基板包括硅。
6、如权利要求1所述的可变光控制设备，其中，所述第二加热器在形状上与所述第一加热器相似。
7、如权利要求1所述的可变光控制设备，还包括温度控制元件，配置用于控制所述基板的温度。
8、如权利要求7所述的可变光控制设备，还包括温度检测元件，配置用于检测所述基板的温度。
9、如权利要求1所述的可变光控制设备，其中，所述光波导配置用于形成至少一个谐振器。
10、如权利要求9所述的可变光控制设备，其中，所述至少一个谐振器包括环形谐振器。
11、如权利要求10所述的可变光控制设备，其中，所述第一加热器放置为基本上覆盖所述环形谐振器的圆周。
12、如权利要求9所述的可变光控制设备，还包括发光装置，
其中，所述发光装置和所述谐振器共同形成外部谐振器。
13、一种可变光控制设备，包括：
基板；
光波导，放置在所述基板上；
第一加热器，靠近所述光波导而放置；以及
第二加热器，与所述第一加热器分离地放置，
其中，从所述第一和第二加热器发出的总热量基本上保持恒定。
14、如权利要求13所述的可变光控制设备，其中，所述第一加热器放置在其中形成有纤心的第一包层上，以及
其中，所述第二加热器放置在其中未形成有纤心的第二包层上。
15、如权利要求13所述的可变光控制设备，还包括隔离器，配置用于对所述第一加热器和所述第二加热器进行热隔离。
16、如权利要求15所述的可变光控制设备，其中，所述隔离器包括在所述第一加热器和所述第二加热器之间的凹槽。
17、如权利要求13所述的可变光控制设备，其中，所述基板包括硅。
18、如权利要求13所述的可变光控制设备，其中，所述第二加热器在形状上与所述第一加热器相似。
19、如权利要求13所述的可变光控制设备，还包括温度控制元件，配置用于控制所述基板的温度。
20、如权利要求19所述的可变光控制设备，还包括温度检测元件，配置用于检测所述基板的温度。
21、如权利要求13所述的可变光控制设备，其中，所述光波导配置用于形成至少一个谐振器。
22、如权利要求21所述的可变光控制设备，其中，所述至少一个谐振器包括环形谐振器。
23、如权利要求22所述的可变光控制设备，其中，所述第一加热器放置为基本上覆盖所述环形谐振器的圆周。
24、如权利要求21所述的可变光控制设备，还包括发光装置，
其中，所述发光装置和所述谐振器共同形成外部谐振器。
25、一种可变光控制方法，所述方法包括：
第一加热步骤，包括对放置在基板上的光波导进行加热；以及
第二加热步骤，包括对所述基板进行加热，
其中，在所述第一和第二加热步骤期间提供的电能总量基本上保持恒定。
26、一种可变光控制方法，所述方法包括：
第一加热步骤，包括对放置在基板上的光波导进行加热；以及
第二加热步骤，包括对所述基板进行加热，
其中，在所述第一和第二加热步骤期间发出的总热量基本上保持恒定。
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