CN103487881A - 可调谐光滤波器及包含该滤波器的芯片集成器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可调谐光滤波器，包括2×2四端口光波导耦合器，光波导耦合器右侧的两个波导臂上各设有相同的波导反射光栅；当光从左侧的入射波导端口输入，将被平均分光到右侧的两个波导上进行传输；传输中的波长和波导反射光栅波长相同的光会被光栅反射回来，反向经过2×2光波导耦合器，从耦合器左侧的出射波导端口输出；通过同步改变波导反射光栅处波导的光折射率，使波导光栅反射峰波长同步随之改变，从而在耦合器左侧的波导出射端口的输出波长被调谐；另外，还公开了包含该可调谐光滤波器的单芯片集成器件。由于器件的实现和集成都是在芯片上进行，可采用成熟的半导体微电子工艺，保证了器件的低成本、小尺寸、高重复性和大规模量产。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学滤波器，尤其是涉及一种可调谐光滤波器；另外，本发明还涉及包含该可调谐光滤波器的单芯片集成器件。
背景技术
随着信息技术的飞速发展和Internet的普及，以IP为代表的数据业务快速增长，用户对带宽的需求越来越高，电信业务正逐渐从以传统的电话为主的窄带业务向集语音、高速数据和可变视频为一体的多媒体宽带业务方向发展。波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）等技术的应用，将核心网的带宽提高到Tbps的数量级，全球主干网已基本实现光纤化、数字化、宽带化。与之相反，与用户联系最密切的接入网却由于技术、设备、成本等因素，发展缓慢，接入速率依旧停留在Mbps。目前的趋势表明，个人用户期望在2015年达到1Gb/s的接入速度，到2020年则要达到10Gb/s。最近欧洲已经计划将住宅用户的接入速度提到1Gb/s，企业用户达到10Gb/s;每根支线光纤拥有128-500Gbit/s的总容量与256-1024个光网络单元（ONU）;接入距离达到20-40公里。因此，传统的铜线接入已经不能满足人们对信息的多样化需求，“最后一公里”的接入部分已成为制约电信发展的瓶颈问题。
从铺设成本、新业务提供、系统未来扩容和维护等综合经济因素考虑，目前看来，最合适的商用化解决方案只能是无源光网络（PON）光纤接入技术。而其中基于波分复用的无源光网络（WDM-PON）则是最具吸引力与发展潜力下一代PON技术方案。WDM-PON给用户和数据中心之间提供了一个虚拟的点对点连接，一方面保持了传统以太网中点对点传输的诸多优势，另一方面又避免了以太网解决方案所需的基础设施成本高的问题。同时，因为WDM-PON可以用波分复用(WDM)单元代替无源分束器,可以实现更远的接入距离和更大的分束比,因此WDM-PON的解决方案能够提供比时分复用无源光网络(TDM-PON)更高的链路预算。WDM-PON与TDM-PON的结合TWDM-PON(时分复用波分复用的无源光网络)将会是下一代光接入网的发展趋势,这将极大地提高接入网的带宽、速率、稳定性以及灵活性并且降低系统的成本。
TWDM-PON解决方案目前面临的最大问题是光源问题，对于多波长的需求使得现有PON中的固定波长激光器已经不能满足其要求。如果每个波长信道配置一个固定波长激光器，这将大大提高光通信网络的成本，并限制光网络的扩展和网络的灵活性。相比于宽带光源(BLS),反射型半导体光学放大器(RSOA),注入琐模的FP激光器等方案相比,可调谐激光器因为能够满足多个波长信道的要求，拥有非常好的信号质量和传输距离等,成为TWDM-PON光源最有前途的选择。用户端(ONU）除了可调发射机外,接收器也要求是波长可调的以及它应调谐到任何下游。
低成本的可调发射和接收机器件是TWDM-PON推广的关键。可调谐激光器有DFB和DBR等方案。有几种可选择的可调谐滤波器的设计，如硅环谐振器，基于自由空间光学的FP滤波器等。前者由于光学耦合控制的要求面临制造工艺难和成本的挑战,而后两者基于自由空间光学设计,使得它们和芯片形式的可调谐激光发射器的集成非常困难,只能以自由空间光学的混合集成实现，面临光学校准、组装工艺复杂、需要机械移动，产品体积庞大及可调谐困难等问题；并且,由于工艺复杂,存在产能和制造成本高等限制。
由于小尺寸封装和量产的要求，芯片级集成的可调谐激光器和可调谐光滤波器的小尺寸封装是市场的迫切需求。
还有，现有光通道功率监测器件通常采用自由空间光学方案，或者使用体光栅将多波长信号光进行色散分光，并采用光探测器阵列对色散分开的光进行探测，或者利用机械移动的光学薄膜滤波器和光探测器。这样的光通道功率监测器的体积很大，另外，由于是采用分立自由空间光学元件的组成和集成，同样面临组装工艺复杂和尺寸大的挑战。并且,由于工艺复杂,同样会有产能和制造成本高等限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调谐容易，且体积小成本低的可调谐光滤波器。
本发明的另一目的在于提供一种体积小，可满足小尺寸封装的可调谐激光发生器和可调谐光接收器芯片级的混合或单片集成器件。
本发明的又一目的在于提供一种积小成本低的可调谐光通道功率监测单芯片集成器件。
本发明的第一目的可通过以下的技术措施来实现：一种可调谐光滤波器，包括一个2x2（四端口）光波导耦合器（即耦合器左右两侧各有2个对称相同端口），光波导耦合器的每个端口各接有波导臂；右边的两个相同波导臂上各设有一个完全相同的波导反射光栅；当光（如波长不同的λ1，λ2，....，λn）从左边的一个入射波导端口输入，经过光波导耦合器后，将被平均分光到右侧的两个波导上进行传输；传输中波长和波导反射光栅波长相同的光子会被光栅反射回来，反向经过2x2光波导耦合器，从耦合器左侧的出射波导端口输出；通过同步改变波导反射光栅处波导的光学折射率，使波导光栅反射峰波长随之同步改变,从而在耦合器左侧的波导出射端口的输出波长被调谐。
在其中一个波导反射光栅与光波导耦合器之间存在一个光学位相调节器，光学位相调节器用来调节控制从右侧两个波导反射光栅反射回的两路光的相对位相，使得这两路光在返回左侧入射端口时具有反相位，而在左侧出射端口具有同相位；确保右边两个波导反射光栅对光子的反射发生在相同的位相位置；光学位相调节器也可以作为一个可变光衰减器来控制波导输出端口的光功率的大小。
本发明所述波导反射光栅为布拉格（Bragg）反射光栅。反射光栅的反射率为98%-100%。
上述波导材料选用光折射率具有较大的热-光或电-光系数的材料，波导的折射率可以通过局部电极有效地改变。
一种包含所述可调谐光滤波器的可调谐光接收器，在可调谐滤波器的出射波导端口连接光探测器，构成一个波长可调谐光接收器。
所述光探测器表面贴片焊接安装到可调谐滤光器出射光波导端口；通过在该光波导端口制造半硅V型槽的反射镜，实现波导和光探测器之间的光耦合。
一种包含有上述可调谐光滤波器的可调谐激光发射器和可调谐光接收器的芯片层次集成器件，包括可调谐光滤波器、1x2（一分二）波长选择耦合器、可调谐激光发射器、光探测器和传输波导；波长选择耦合器的左侧为单一的波导输入和输出端口，波长选择耦合器的右侧含一输入和一输出端口,输入端口连接的波导臂上设置所述可调谐激光发射器，波长选择耦合器的右侧输出端口连接可调谐光滤波器的入射波导臂；可调谐光滤波器的出射波导臂端口连接光探测器，光探测器和可调谐光滤波器将构成一个波长可调谐光接收器；激光发射器的输出波长和接收器的输入波长通常在不同的范围内，它们共享选择耦合器左侧的一个光学输入和输出端口；所述可调谐光滤波器、光探测器、传输波导迴路、可调谐激光器可在同一PIC(PhotonicIntegrated Circuits,光子集成廻路)芯片上进行混合或单片集成。
所述可调谐光滤波器、光探测器、传输波导迴路、可调谐激光器在硅片上混合集成形成芯片器件。或者在磷化铟制成的芯片上单片集成形成芯片器件。
一种包含有上述可调谐光滤波器的可调谐光学通道功率监测芯片集成器件，包括可调光谐滤波器、2x1（二合一）波导耦合器，和光学探测器。可调谐光滤波器中2x2四端口光波导耦合器右边的两个波导臂上延伸连接到2x1波导耦合器中左侧的两个输入端口，2x1波导耦合器中右侧的一个输出端口连接波导后输出；通过对可调谐光滤波器中波导反射光栅的反射率进行校准和测量取样端口的光功率输出，波长在λ1的光通道的光功率将被监测；基于以上相同过程，波导反射光栅调谐扫描所有波长λ1，λ2，....，λn，这样，所有的光通道均被采样并且功率大小被检测。
本发明在芯片层次集成的可调谐激光器和可调谐光滤波器、可调谐光学通道功率监测器，使得器件的尺寸大幅减小。另外由于器件的实现和集成都是在芯片上进行,它们的制造可采用成熟的半导体微电子工艺,保证了器件的低成本、高重复性和大规模量产。并且，由于不存在移动部件，器件也具有高可靠性。
附图说明
图1为本发明可调谐光滤波器的原理结构示意图；
图2A为本发明中所用硅结构波导心两侧放置电极的横截示意图；
图2B为本发明中所用硅结构波导心上面放置电极的横截示意图；
图3为本发明中所用硅结构波导心刻蚀光栅的侧面示意图；
图4A为本发明的混合集成的可调谐激光器和可调谐光接收器原理结构示意图；
图4B为图4A中所示实施方式的改进方式原理示意图；
图5A为图4中外腔激光器的增益芯片在绝缘体上硅结构波导上的贴片原理示意图；
图5B为图4中可调谐光接收器的光探测器芯片在绝缘体上硅结构波导上的贴片原理示意图；
图6A为本发明的单片集成的可调谐激光器和可调谐光接收器原理结构示意图；
图6B为图6A中所示实施方式的改进方式原理示意图；
图7为本发明的波长可调光学通道功率监测器原理结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，该可调谐光滤波器由一个左右两侧各有两个对称光波导端口(简称为2x2)的3dB波导耦合器14和一对完全相同的Bragg(布拉格)反射光栅12，13组成，每个端口各接有一定长度的传输波导臂，其中左侧波导臂16为输入波导，左侧波导臂17为输出波导；波导臂18,19为右侧的两个波导。这些波导的结构和光学性能都一样，并且通常是单模波导。在右侧的两个波导中，距2x23dB光波导耦合器相同距离的位置上，制有两个完全相同的Bragg反射光栅12、13。每个Bragg反射光栅的波导上都有一对局部金属电极7、8或者9、10，这些电极被用来通过热-光或电-光效应来改变波导的光学折射率进而调谐Bragg光栅的反射波长。
在3dB光波导耦合器和右侧其中一个Bragg反射光栅之间存在一个光学位相调节器，光学位相调节器由一个波导相位控制区和对应该相位控制区上的局部金属电极20，21构成，相位区的局部电极通过热-光或电-光效应来改变波导折射率，进而改变光相位学路径(它被定义为波导折射率和实际长度的乘积),即光学相位条件。
这里2x23dB波导耦合器具有这样的特性，即,在很宽的波长范围内，当光入射到任何一侧上的波导端口上,经过该耦合器，它的强度可以平分到另一侧的两个波导上。如图1所示，当波长为λ1，λ2，....，λn的光沿着左侧波导16向右边传输时，穿过2x2的3dB耦合器14后，它的能量会被平均分配(50％/50％)到所示波导18和波导19上。输入光波长中和Bragg反射光栅波长相同的光子会被反射回到2x23dB耦合器。每个被反射回的光穿过2x23dB耦合器后再被平均分光到左侧的两个波导16,17上。光学位相调节器34是用来控制从右侧反射镜12,13反射回的两路光的相对位相，使得他们在端口16具有反相位，而在17端口有同相位。
在实际操作中，可调谐光滤波器的两个Bragg反射光栅可以具有很高的反射率(可以接近100%)。这样，在输入波导16输入端口入射的光，传输到右侧的两个波导18和19上时,只有波长和Bragg光栅反射波长相同λ1的光才会被反射并从输出波导17端口出射，所有其他波长的光在输出波导17端口不呈现或被过滤掉。此外，由于光学位相调节器能够改变在输出波导17出射的波长λ1的光的输出强度，它可以作为一个可变光衰减器来控制输出波导17出射的光功率的大小。事实上，当光学位相调节器提供所需相位条件时,从波导16入射的光，当它的波长与Bragg光栅的反射波长相同时,Bragg光栅对将会将它镜像对成像到波导17上。
一般来说，Bragg反射光栅的反射波长是由下面一个通用的关系来确定的
λ＝2·neff·Λ (1)
λ是Bragg反射光栅的峰值反射波长，neff是单模波导在该波长的有效模折射率，Λ是Bragg反射光栅的周期。因此，根据公式(1)，如果波导的折射率通过热光或电光效应被改变，则Bragg反射光栅的波长可以发生变化。通过热-光或电-光效应，在一定波长范围内,Bragg反射光栅的波长可以调谐覆盖所有的波长λ1，λ2，....，λn。
本实施例中的波导材料选用光折射率具有较大的热-光或电-光系数的材料，比如硅，III-V化合物半导体材料InP（磷化铟），或聚合物材料等等。这样，波导的折射率可以通过局部电极有效地改变。基于Bragg光栅反射峰波长对波导折射率的依赖,光滤波器波导输出端口的出射光波长就可以被调谐。很明显，当Bragg反射光栅12，13的反射波长可调，并且两个Bragg反射光栅被同步调谐时，从波导17出射的光的波长也将会被改变，这时光学滤波器则可作为可调谐光滤波器工作。
本实施例中硅基SOI芯片（SOI绝缘体上硅结构）是一个很好的选择材料,因为，硅光子技术取得了很大进展，它可以利用成熟先进的微电子和半导体硅CMOS工艺来进行生产，并可以实现进一步的光电集成。通过局部电极实现快的调谐速度和较低的调谐成本。采用常用制作工艺，如图2A和图2B所示，在一个绝缘体29上硅结构26的波导心的横截面，金属电极放置在波导包层25的上表面，金属电极27,28可以位于波导心的两侧；或金属电极30可以位于波导心上。如图3所示，绝缘体29上硅结构37的波导核心侧面图，Bragg反射光栅31可以刻蚀在绝缘体29上硅结构37的SOI波导心26上，然后在上覆盖包层25。另外由于绝缘体上硅结构波导的折射率对比很高，与半导体激光器中的波导接近,因此,在两个波导芯片的对接处，可以通过使它的波导光学模与半导体激光器的波导光学模尽量匹配来获得最优的光学耦合。
如图4A所示，在一个基于硅片（SOI绝缘体上硅结构）混合集成的实际案例中，图1所示的可调谐光滤波器可以与一个光探测器(PD)15以及一个可调谐外腔激光器(ECL)集成在同一芯片上。可调谐外腔激光器包括作为光源的增益芯片6和光子芯片上的一个提供波长可调反馈的Bragg波导反射光栅11；反射光栅11的波导上设有加热电极4、5；增益芯片6和波导反射光栅11之间设有相位控制电极22、23。对增益芯片和PIC芯片的波导进行优化设计，可以使得它们获得最佳光学偶合。通过精确光学对准，两个光波导心对接在一起。当增益芯片的左右端面镀有AR(抗反射)和AR(高反射)膜时，激光谐振腔将在增益芯片24右端面和波导Bragg反射光栅11的中间位置之间形成。激光将从外腔的光栅一侧出射并在PIC芯片的波导3中传输。增益芯片6倒装贴片焊接到可调谐滤波器芯片上，如图5A所示，增益芯片6倒装贴片经焊盘33焊接到可调谐光波导滤波器光子集成迴路(PIC)芯片上，增益芯片6中的有源波导24和光子集成迴路(PIC)芯片的波导心对接。
增益芯片是由III-V半导体化合物材料制作，在增益部分的波导周围有金属电极6。电极在有源区注入电子通过电-光转换产生一个围绕某一中心波长的宽带光子自发辐射。在Bragg波导反射光栅11和增益芯片之间也有一个同上设计的波导光学位相调节器，它为外腔激光器提供一个相干相长的激光相位条件。当这里的Bragg波导反射光栅附近也有一对局部电极4、5对其波长进行可调谐，可调谐外腔激光器ECL的特点是具有非常窄的激光线宽。
光探测器(PD)芯片15也通过常规工艺焊盘表面贴片焊接安装到SOI绝缘体上硅结构PIC芯片上。如图5B所示，光探测器(PD)芯片15通过焊盘34、35表面贴片焊接安装到绝缘体上硅结构PIC芯片上。光探测器芯片的安装方式可使光探测器感光部分36对准光学可调谐滤波器中输出波导17一端的一个半V型槽，输出波导17出射的光通过半V型槽的反射镜，被反射到光探测器感光区域36，将被检测到的光子转换成电子。通过半V槽的反射镜，光电探测器和可调谐光滤波器构建一个波长可调谐光接收器。
如图4A所示，波长选择耦合器2的左侧为单一波导的输入和输出共用端口1，波长选择耦合器2的右侧含两个端口,其中一端口经波导臂3连接到上述可调谐激光发射器，波长选择耦合器2的右侧另一端口连接到可调谐滤波器的入射波导臂16；可调谐光滤波器的出射波导臂17端口连接光探测器15；激光发射器的输出和接收器的输入通常工作在不同的波长范围内，共享选择耦合器左侧的一个光学输入和输出端口1；上述可调谐光滤波器、传输波导迴路、可调谐激光器的外腔反馈光栅可集成制作在同一PIC芯片上；增益芯片和光探测器(PD)芯片都可以按上述的贴片焊接方式在上述同一PIC芯片上混合集成。在应用中，可调谐激光器和可调谐光接收器会封装在一起在一个管壳中。
波长选择性耦合器2将以很小的光学损失分离出波长在λL的出射光和波长在λ1，λ2，....，λn的入射光，使它们共用相同的输入和输出波导。波长选择耦合器2的工作原理是当波长不同的光子λL，(λ1，λ2，λ3，....λn)，由共用的输入和输出端口1入射时，经过波长选择耦合器2，它们会分束到右侧上(λL)下(λ1，λ2，λ3，....λn)两个波导中。由于光传输的光路可逆性,当波长λL的光由波长选择耦合器的2右上波导3自右向左传播时和波长(λ1，λ2，λ3，....λn)的光由端口1入射自左向右传输时，它们会分别传输到端口1和波长选择耦合器的2右下波导16。
如图4B所示，两个波导臂18、19延伸连接到2x1波导耦合器41中左侧的两个输入端口，2x1波导耦合器41中右侧的一个输出端口连接波导42输出。这样，在除被反射的波长为λ1的光外，其他所有波长λ2，....，λn的光不受影响，将穿过Bragg反射光栅，在2x13dB波导耦合器41处结合，继续穿过波导耦合器41输出并经传输波导42继续传输。
如图6A所示，在单片集成的实施案例中，可调谐光滤波器、传输波导迴路、可调谐激光器都可以单片集成在同一由III-V族化合物半导体，如InP（磷化铟）制成的芯片上。不同于图4所示的实施例，本实施例中不用增益芯片来组成可调谐激光器。可调谐激光器可以是一个有加热电极38、39来进行简单的热调谐Bragg反射光栅的DFB（分布式反馈）激光器40；可调谐光滤波器可以是与上述相同的设计和工作原理，出射波导17端可以表面贴片一个波导光电探测器35以形成一个可调谐光接收器，不用光电探测器芯片。
如图6B所示，两个波导臂18、19延伸连接到2x1波导耦合器41中左侧的两个输入端口，2x1波导耦合器41中右侧的一个输出端口连接波导42输出。这样，在除被反射的波长为λ1的光外，其他所有波长λ2，....，λn的光不受影响，将穿过Bragg反射光栅，在2x13dB波导耦合器41处结合，继续穿过波导耦合器41输出并经传输波导42继续传输。
如图7所示，上述可调谐光滤波器也可以被用来构造一个基于PIC芯片的可调谐光通道功率监测器，包括可调谐光滤波器和2x1（二合一）波导耦合器41，可调谐光滤波器中2x2四端口光波导耦合器14右边的两个波导臂18、19延伸连接到2x1波导耦合器41中左侧的两个输入端口，2x1波导耦合器41中右侧的一个输出端口连接波导42输出。可调谐光滤波器为图1所示的结构组成，入射到谐光滤波器输入端口波导16的ITU网格波长λ1，λ2，....，λn的光信号沿着波导16向右行进；在这种情况下，如果两个相同的Bragg反射光栅具有很低的反射率，通常小于10%。这样，基于上述可调谐光滤波器的工作原理，只有少部分波长在Bragg光栅反射波长的光被反射，从输出波导17或称作取样端口出射。剩余的波长为λ1的光及其他所有波长的光不受影响，将穿过Bragg反射光栅，在2x13dB波导耦合器41处结合，继续穿过波导耦合器41输出并经传输波导42继续传输。通过对Bragg反射光栅的反射率进行校准和测量取样端口的光功率输出，波长在λ1的光通道的光功率将被监测。基于以上相同过程，Bragg反射光栅可以调谐扫描所有波长λ1，λ2，....，λn，因此，所有的光通道均可被采样并且它的功率大小被检测。
另外，可调谐光滤波器中光学位相调节电极20、21也可以作为一个可变光衰减器来控制波导17采样端口的光功率的大小，这样的光学通道功率监测因为芯片集成和只需要单一的光电探测器，具有低成本和小体积的优势。光学通道功率监测器件可以单片集成在磷化铟制成的芯片上或混合集成在硅片上形成芯片器件。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (13)
1.一种可调谐光滤波器，其特征在于：包括一个2x2四端口光波导耦合器，光波导耦合器的每个端口各接有波导臂；右侧的两个相同波导臂上各设有一个完全相同的波导反射光栅；当光从左侧的入射波导端口输入，经过光波导耦合器后，将被平均分光到右侧的两个波导上进行传输；传输中的波长和波导反射光栅波长相同的光会被光栅反射回来，反向经过2x2光波导耦合器，从耦合器左侧的出射波导端口输出；通过同步改变波导反射光栅处波导的光折射率，使波导光栅反射峰波长同步随之改变，从而在耦合器左侧的波导出射端口的输出波长被调谐。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：在其中一个波导反射光栅与光波导耦合器之间存在一个光学位相调节器；光学位相调节器调节控制从右侧两个波导反射光栅反射回的两路光的相对位相，使得这两路光在返回左侧入射端口时具有反相位，而在左侧出射端口具有同相位。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：所述波导反射光栅为Bragg反射光栅。
4.根据权利要求3所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：所述反射光栅的反射率为98%-100%。
5.根据权利要求3所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：所述波导选用光折射率具有较大的热-光或电-光系数的材料，波导的折射率通过局部电极改变。
6.一种包含权利要求1所述可调谐光滤波器的可调谐光接收器，其特征在于：在可调谐滤波器的出射波导端口连接光探测器，构成一个波长可调谐光接收器。
7.根据权利要求6所述的可调谐光接收器，其特征在于：所述光探测器表面贴片焊接安装到可调谐滤光器出射光波导端口；通过在该光波导端口制造半V型反射镜，实现波导和光探测器之间的光耦合。
8.一种包含权利要求1所述可调谐光滤波器的可调谐激光发生器和可调谐光接收器的芯片集成器件，其特征在于：包括可调谐光滤波器、1x2波长选择耦合器、可调谐激光发射器、光探测器和传输波导，波长选择耦合器的左侧为单一波导的输入和输出共用端口；波长选择耦合器的右侧含一输入端口和一输出端口，右侧输入端口连接的波导臂上设置所述可调谐激光发射器，波长选择耦合器的右侧输出端口连接可调谐滤波器的入射波导臂；可调谐光滤波器的出射波导臂端口连接光探测器，光探测器和可调谐光滤波器将构成一个波长可调谐光接收器；激光发射器的输出波长和接收器的输入波长通常在不同的范围内，它们共享选择耦合器左侧的一个光学输入和输出端口；所述可调谐光滤波器、光探测器、传输波导迴路、可调谐激光器在同一PIC芯片上进行混合或单片集成。
9.根据权利要求8所述的芯片集成器件，其特征在于：所述可调谐光滤波器、光探测器、传输波导迴路、可调谐激光器在硅片上混和集成形成芯片器件。
10.根据权利要求8所述的芯片集成器件，其特征在于：所述可调谐光滤波器、光探测器、传输波导迴路、可调谐激光器在磷化铟制成的芯片上单片集成形成芯片器件。
11.一种包含权利要求1所述可调谐光滤波器的可调谐光学通道功率监测芯片集成器件，其特征在于：包括可调谐光滤波器、2x1波导耦合器，可调谐滤波器中2x2四端口光波导耦合器右边的两个波导臂上延伸连接到2x1波导耦合器中左侧的两个输入端口，2x1波导耦合器中右侧的一个输出端口连接波导输出；通过对可调谐滤波器中波导反射光栅的反射率进行校准和测量取样端口的光功率输出，波长在λ1的光通道的光功率将被监测；基于以上相同过程，波导反射光栅调谐扫描所有波长λ1，λ2，....，λn，这样，所有的光通道均被采样并且功率大小被检测。
12.根据权利要求11所述的可调谐光学通道功率监测芯片集成器件，其特征在于：所述波导反射光栅的反射率低于10%。
13.根据权利要求11所述的可调谐光学通道功率监测芯片集成器件，其特征在于：单片集成在磷化铟制成的芯片上或混合集成在硅片上形成芯片器件。
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104459881A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 武汉邮电科学研究院 | 偏振不敏感的波分复用型硅基光接收芯片 |
| CN107566045A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-09 | 成都优博创通信技术股份有限公司 | 光接收模块和光通信装置 |
| CN108700707A (zh) * | 2016-03-25 | 2018-10-23 | 英特尔公司 | 动态光束转向光电子封装 |
| CN109270626A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-01-25 | 南京邮电大学 | 一种基于soi晶片的可调光栅滤波器及制备方法 |
| WO2019034138A1 (en) * | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | TUNABLE HYBRID LASER IN EFFECTIVE WAVE LENGTH |
| CN109379143A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-02-22 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种波长可调谐光接收组件 |
| CN110737050A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-31 | 浙江大学 | 一种基于硅基波导光栅可调谐波分复用系统的无中断调控方法 |
| CN112911424A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种单pd监控多路不同上行波长的方法及装置 |
| WO2022007585A1 (zh) * | 2020-07-07 | 2022-01-13 | 华为技术有限公司 | 一种pic芯片、光模块和光网络设备 |
| WO2022013752A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Denselight Semiconductors Pte Ltd | Photonic integrated circuit for amplifying optical signals |
| EP4075613A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-19 | Scantinel Photonics GmbH | Light source for fmcw lidar device |
| WO2024098859A1 (zh) * | 2022-11-07 | 2024-05-16 | 华为技术有限公司 | 光功率分配 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0791842A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-08-27 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a planar optical waveguide mach-zehnder interferometer device, and method of making same |
| US5740290A (en) * | 1995-02-01 | 1998-04-14 | Northern Telecom Limited | Optical filtering |
| CN1296571A (zh) * | 1998-02-20 | 2001-05-23 | 康宁股份有限公司 | 波分复用器/分用器光学装置 |
| US20030174926A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Masahiro Oikawa | Optical circuit |
| CN102646926A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-22 | 四川马尔斯科技有限责任公司 | 基于复合mzi及反射光栅的波长可调谐激光器 |
-
2013
- 2013-07-10 CN CN201310290141.7A patent/CN103487881B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5740290A (en) * | 1995-02-01 | 1998-04-14 | Northern Telecom Limited | Optical filtering |
| EP0791842A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-08-27 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a planar optical waveguide mach-zehnder interferometer device, and method of making same |
| CN1296571A (zh) * | 1998-02-20 | 2001-05-23 | 康宁股份有限公司 | 波分复用器/分用器光学装置 |
| US20030174926A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Masahiro Oikawa | Optical circuit |
| CN102646926A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-22 | 四川马尔斯科技有限责任公司 | 基于复合mzi及反射光栅的波长可调谐激光器 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104459881B (zh) * | 2014-12-31 | 2017-04-12 | 武汉邮电科学研究院 | 偏振不敏感的波分复用型硅基光接收芯片 |
| CN104459881A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-03-25 | 武汉邮电科学研究院 | 偏振不敏感的波分复用型硅基光接收芯片 |
| CN108700707B (zh) * | 2016-03-25 | 2021-03-12 | 英特尔公司 | 动态光束转向光电子封装 |
| CN108700707A (zh) * | 2016-03-25 | 2018-10-23 | 英特尔公司 | 动态光束转向光电子封装 |
| WO2019034138A1 (en) * | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Huawei Technologies Co., Ltd. | TUNABLE HYBRID LASER IN EFFECTIVE WAVE LENGTH |
| CN107566045A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-09 | 成都优博创通信技术股份有限公司 | 光接收模块和光通信装置 |
| CN107566045B (zh) * | 2017-10-10 | 2023-10-20 | 成都优博创通信技术股份有限公司 | 光接收模块和光通信装置 |
| CN109379143A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-02-22 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种波长可调谐光接收组件 |
| CN109379143B (zh) * | 2018-09-04 | 2020-09-15 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种波长可调谐光接收组件 |
| CN109270626A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-01-25 | 南京邮电大学 | 一种基于soi晶片的可调光栅滤波器及制备方法 |
| CN110737050A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-31 | 浙江大学 | 一种基于硅基波导光栅可调谐波分复用系统的无中断调控方法 |
| WO2022007585A1 (zh) * | 2020-07-07 | 2022-01-13 | 华为技术有限公司 | 一种pic芯片、光模块和光网络设备 |
| WO2022013752A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Denselight Semiconductors Pte Ltd | Photonic integrated circuit for amplifying optical signals |
| CN112911424A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种单pd监控多路不同上行波长的方法及装置 |
| CN112911424B (zh) * | 2021-01-15 | 2022-04-29 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种单pd监控多路不同上行波长的方法及装置 |
| EP4075613A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-19 | Scantinel Photonics GmbH | Light source for fmcw lidar device |
| WO2022218916A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | Scantinel Photonics GmbH | Light source for fmcw lidar device |
| WO2024098859A1 (zh) * | 2022-11-07 | 2024-05-16 | 华为技术有限公司 | 光功率分配 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Application publication date: 20140101 Assignee: Zhuhai Yingxun Xinguang Technology Co.,Ltd. Assignor: Ma Yanan Contract record no.: X2022990000369 Denomination of invention: Tunable optical filter and chip integrated device containing the filter Granted publication date: 20180605 License type: Exclusive License Record date: 20220711 |