CN101604074A - 一种双参数可调式波道间隔器芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双参数可调式波道间隔器芯片。第一耦合器的两输出臂分别与第二耦合器的两输入臂相连，组成第一干涉臂；第二耦合器的两输出臂分别与第三耦合器的两输入臂相连，组成第二干涉臂；第一光波调制器位于第一耦合器的任一输出臂上，第二光波调制器位于第二耦合器的任一输出臂上；入射光由双参数可调式波道间隔器芯片输入端口输入，出射光由双参数可调式波道间隔器芯片第一输出端口和第二输出端口输出。本发明通过独立调节第一干涉臂的光程差Δl₁、第二干涉臂的光程差Δl₂可实现对传输光谱频率间隔Δf、中心波长λ₀的调节，达到调整波道间隔Δf和中心波长λ₀的升级匹配，提高了器件和复用系统的适应性，降低了波分复用系统的组成成本和制作难度。

Description

一种双参数可调式波道间隔器芯片

技术领域

本发明涉及光纤通信和传感技术，特别是涉及一种双参数可调式波道间隔器芯片。

技术背景

波道间隔器是一类具有周期性的光波滤波器件。它主要用在光通信和传感的波分复用系统中实现周期交替的波道分路功能。由于它可将波道间隔频率成倍的增减，所以波道间隔器的出现增强了波分复用系统的灵活性，降低了密集波分复用的技术难度与成本。目前的波道间隔器大多间隔频率和中心波长都是通过相位差设计好，不可调节，这使得实际器件在制作过程中的工艺偏差和器件长时间使用后的性能退化都没有调整的手段。特别在一些需要更加灵活配置的场合，比如原先100GHz波道间隔的系统因为容量问题需要增加几路波道，达到80GHz间隔并需要相应改变中心波长时，原先不可调节的器件都将废弃，系统升级成本提高。而当使用双参数可调式波道间隔器通过参数调节就可以达到调整波道间隔和中心波长的升级匹配。

发明内容

针对波道间隔器大多间隔频率和中心波长不可调节、实际器件在制作过程中的工艺偏差和器件长时间使用后的性能退化没有调整的手段等缺点，本发明的目的在于提供一种双参数可调式波道间隔器芯片，通过参数调节就可以达到调整波道间隔和中心波长的升级匹配。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一光波调制器、第二光波调制器。第一耦合器的两输出臂分别与第二耦合器的两输入臂相连，组成第一干涉臂；第二耦合器的两输出臂分别与第三耦合器的两输入臂相连，组成第二干涉臂；第一光波调制器位于第一耦合器的任一输出臂上，第二光波调制器位于第二耦合器的任一输出臂上；入射光由双参数可调式波道间隔器芯片输入端口输入，出射光由双参数可调式波道间隔器芯片第一输出端口，双参数可调式波道间隔器芯片第二输出端口输出。

所述的第一耦合器的振幅耦合比为50％±5％，第二耦合器的振幅耦合比为70％±5％，第三耦合器的振幅耦合比为5％±2％。

所述的第一光波调制器、第二光波调制器为电光调制器或热光调制器或声光调制器或其它能调节两干涉臂光程差的光波导调制器。

传输光谱的频率间隔Δf和中心波长λ₀与第一干涉臂的光程差Δl₁、第二干涉臂的光程差Δl₂的关系为：

Δl₁＝π/Δβ                     (1)

Δl₂＝2Δl₁+λ₀/2                 (2)

上式中Δβ为传输光谱频率间隔Δf对应的传播常数差，λ₀为传输光谱的中心波长。通过调节第一干涉臂的光程差Δl₁的大小可以改变传输光谱的频率间隔Δf和中心波长λ₀，调节第二干涉臂的光程差Δl₂的大小可以改变传输光谱的中心波长λ₀，在实际应用中根据需要适当的调节第一干涉臂的光程差Δl₁和第二干涉臂的光程差Δl₂的大小可以得到所需要的传输光谱。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过独立调节第一干涉臂的光程差Δl₁、第二干涉臂的光程差Δl₂可实现对传输光谱频率间隔Δf、中心波长λ₀的调节，达到调整波道间隔Δf和中心波长λ₀的升级匹配，提高了器件和复用系统的适应性，降低了波分复用系统的组成成本和制作难度。

附图说明

图1是本发明的双参数可调式波道间隔器芯片结构示意图。

图2是调节第一干涉臂光程差、第二干涉臂光程差时输出光谱变化示意图。

图中：1、第一耦合器，2、为第二耦合器，3、第三耦合器，4、第一光波调制器，5、第二光波调制器，6、第一干涉臂，7、第二干涉臂，1-1、双参数可调式波道间隔器芯片输入端口，3-1、双参数可调式波道间隔器芯片第一输出端口，3-2、双参数可调式波道间隔器芯片第二输出端口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括第一耦合器1、第二耦合器2、第三耦合器3、第一光波调制器4、第二光波调制器5；第一耦合器1的两输出臂分别与第二耦合器2的两输入臂相连，组成第一干涉臂6；第二耦合器2的两输出臂分别与第三耦合器3的两输入臂相连，组成第二干涉臂7；第一光波调制器4位于第一耦合器1的任一输出臂上，第二光波调制器5位于第二耦合器2的任一输出臂上；入射光由双参数可调式波道间隔器芯片输入端口1-1输入，出射光由双参数可调式波道间隔器芯片第一输出端口3-1，双参数可调式波道间隔器芯片第二输出端口3-2输出。

所述的第一耦合器1的振幅耦合比为50％±5％，第二耦合器2的振幅耦合比为70％±5％，第三耦合器3的振幅耦合比为5％±2％。

所述的第一光波调制器4、第二光波调制器5为电光调制器或热光调制器或声光调制器或其它能调节两干涉臂光程差的光波导调制器。

本发明的工作原理如下：

本发明中，可采用琼斯矩阵来描述各器件对光波场的响应，所述第一耦合器1、第二耦合器2、第三耦合器3的琼斯矩阵为：

$C_i=\left[\begin{array}{cc}-j{k}_i& \sqrt{1{-k}_i^2}\\ \sqrt{1-k_i^2}& -j{k}_i\end{array}\right]$ (i＝1，2，3)          (3)

上式中，k_i(i＝1、2、3)为第一耦合器1、第二耦合器2、第三耦合器3的振幅耦合比。所述第一干涉臂6、第二干涉臂7的琼斯矩阵为：

$T_i=\left[\begin{array}{cc}{e}^{-\mathrm{j\β\Δ}{l}_i}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$ (i＝1，2)             (4)

上式中，β为光纤中的基模传输常数，Δl_i(i＝1、2)为第一干涉臂6、第二干涉臂7的光程差。所述双参数可调式波道间隔器芯片的琼斯矩阵为：

J＝C₃*T₂*C₂*T₁*C₁                     (5)

传输光谱的频率间隔Δf和中心波长λ₀与第一干涉臂6的光程差Δl₁、第二干涉臂7的光程差Δl₂的关系为：

Δl₁＝π/Δβ                 (6)

Δl₂＝2Δl₁+λ₀/2             (7)

上式中Δβ为传输光谱频率间隔Δf对应的传播常数差，λ₀为传输光谱的中心波长。通过调节第一干涉臂6的光程差Δl₁的大小可以改变传输光谱的频率间隔Δf和中心波长λ₀，调节第二干涉臂7的光程差Δl₂的大小可以改变传输光谱的中心波长λ₀，在实际应用中根据需要适当的调节第一干涉臂的光程差Δl₁和第二干涉臂的光程差Δl₂的大小可以得到所需要的传输光谱。

所述第一光波调制器4、第二光波调制器5以LiNbO₃电光调制器为例，说明调节第一干涉臂6的光程差Δl₁、第二干涉臂7的光程差Δl₂的方法。电光调制是基于线性电光效应(普克尔效应)即光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。通过调节加在LiNbO₃电光调制器电极上电压的大小来调节光波导折射率的变化量，从而调节第一干涉臂6的光程差Δl₁、第二干涉臂7的光程差Δl₂的大小。

图2为调节第一干涉臂光程差Δl₁、第二干涉臂光程差Δl₂时输出光谱变化示意图。设定图1中第一耦合器1的振幅耦合比k₁为0.5，第二耦合器2的振幅耦合比k₂为0.7，第三耦合器3的振幅耦合比k₃为0.05。，图2中细线为频率间隔为100GHz(0.8nm)、中心频率为1550nm时双参数可调式波道间隔器芯片的传输光谱图，虚线为调节第一干涉臂6的光程差Δl₁，使其变化0.4μm，调节第二干涉臂7的光程差Δl₂，使其变化0.8μm时双参数可调式波道间隔器芯片的传输光谱，双参数可调式波道间隔器芯片传输光谱的中心波长λ₀移动了0.6nm(75GHz)；粗实线为调节第一干涉臂6的光程差Δl₁，使Δl₁减小90μm，调节第二干涉臂7的光程差Δl₂，使Δl₂其减小170μm时双参数可调式波道间隔器芯片的传输光谱，双参数可调式波道间隔器芯片传输光谱的频率间隔Δf由100GHz变为110GHz；

Claims (2)

1.一种双参数可调式波道间隔器芯片，其特征在于：包括第一耦合器(1)、第二耦合器(2)、第三耦合器(3)、第一光波调制器(4)、第二光波调制器(5)；第一耦合器(1)的两输出臂分别与第二耦合器(2)的两输入臂相连，组成第一干涉臂(6)；第二耦合器(2)的两输出臂分别与第三耦合器(3)的两输入臂相连，组成第二干涉臂(7)；第一光波调制器(4)位于第一耦合器(1)的任一输出臂上，第二光波调制器(5)位于第二耦合器(2)的任一输出臂上；入射光由双参数可调式波道间隔器芯片输入端口(1-1)输入，出射光由双参数可调式波道间隔器芯片第一输出端口(3-1)，双参数可调式波道间隔器芯片第二输出端口(3-2)输出。

2.根据权利要求1所述的一种双参数可调式波道间隔器芯片，其特征在于所述的第一耦合器(1)的振幅耦合比为50％±5％，第二耦合器(2)的振幅耦合比为70％±5％，第三耦合器(3)的振幅耦合比为5％±2％。

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