CN111162454A - 一种宽波段调谐系统及调谐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽波段调谐系统，包括：第一芯片(1)以及第二芯片(2)；第一芯片(1)包括按照第一方向依次排列的第一光放大区(11)、第一前向光栅区(12)以及第一后向光栅区(13)；第一光放大区(11)用于将第一光源放大以及控制第一光源的通断；第一前向光栅区(12)结合第一后向光栅区(13)用于对第一光源进行调谐；第二芯片(2)包括按照第二方向依次排列的第二光放大区(21)、第二前向光栅区(22)以及第二后向光栅区(23)；第二光放大区(21)用于将第二光源放大以及控制第二光源的通断；第二前向光栅区(22)结合第二后向光栅区(23)用于对第二光源进行调谐；通过本发明提供的系统用于解决C+L全波段的可调谐、光放大以及波长快速切换的问题。

Description

一种宽波段调谐系统及调谐方法
技术领域
本发明涉及光电子封装领域，具体涉及一种宽波段调谐系统及调谐方法。
背景技术
随着社会信息化革命逐步深入，以5G移动互联网、4K/8K高清视频、VirtualReality(VR)/(Augmented Reality)/AR、数据中心云服务、工业互联网为代表的新兴应用对光网络基础设施的性能和安全要求越来越高。从长距WDM(Wavelength DivisionMultiplexing)光传输系统的发展历程来看，系统容量的提升，大都是在保持通道间隔50GHz不变的情况下，对光信号的时间、强度、相位和偏振态维度进行精细化分割而获得的。当通道速率提升到400G时，这种模式已经难以为继，主要表现为：光电器件带宽和模数转换器转换速率受限，器件成本陡增；高级调制格式对强度噪声和相位噪声的容忍能力下降，传输性能受限。
从实际应用角度，WDM传输系统在考虑带宽及容量增加的同时，还需要考虑可调谐光源的限制，如何实现满足C+L波段的宽范围的波长扫描光源是近年来困扰科研人员的一大难题，通信系统中留给光发射模块的尺寸是有限的，单个模块实现宽范围调谐以及快速切换面临巨大挑战。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供的一种宽波段调谐系统及调谐方法，至少用于解决C+L波段的光放大以及波长快速切换的问题。
(二)技术方案
本发明提供一种宽波段调谐系统，包括：第一芯片1以及第二芯片2；第一芯片1与第二芯片2关于一对称轴对称设置；第一芯片1包括按照第一方向依次排列的第一光放大区11、第一前向光栅区12以及第一后向光栅区13；第一光放大区11用于将第一光源放大以及控制第一光源的通断；第一前向光栅区12及第一后向光栅区13用于对第一光源进行调谐；第二芯片2包括按照第二方向依次排列的第二光放大区21、第二前向光栅区22以及第二后向光栅区23；第二光放大区21用于将第二光源放大以及控制第二光源的通断；第二前向光栅区22及第二后向光栅区23用于对第二光源进行调谐；其中，第二方向平行于第一方向。
可选地，系统还包括：第一光学透镜3、第二光学透镜4、光学隔离器5、第三光学透镜6以及光纤7；第一光学透镜3与第二光学透镜4关于对称轴对称设置；光学隔离器5、第三光学透镜6以及光纤7依次排列并设置于对称轴的延长线上。
可选地，光学隔离器5以及第三光学透镜6的长度为第一光学透镜3长度的两倍及两倍以上的整数倍。
可选地，第一芯片1还包括：第一调制器14、第一增益区15以及第一相区16；第二芯片2还包括：第二调制器24、第二增益区25以及第二相区26；第一调制器14、第一光放大区11、第一前向光栅区12、第一增益区15、第一相区16以及第一后向光栅区13按照第一方向依次连接；第二调制器24、第二光放大区21、第一前向光栅区12、第二增益区25、第二相区26以及第二后向光栅区23按照第二方向依次连接。
可选地，第一光学透镜3设置于第一芯片1以及光学隔离器5之间，第二光学透镜4设置于第二芯片2与光学隔离器5之间；第一光学透镜3设置于第一方向的延长线上；第二光学透镜4设置于第二方向的延长线上。
可选地，系统还包括衬底8，第一芯片1以及第二芯片2设置于衬底8上。
本发明还提供一种宽波段调谐方法，包括：S1，使第一光源通过第一前向光栅区12、第一后向光栅区13以及第一相区16调谐，得到调谐后的第一光源；使第二光源通过第二前向光栅区22、第二后向光栅区23以及第二相区26调谐，得到调谐后的第二光源；S2，第一光放大区11将步骤S1中调谐后的第一光源放大，控制调谐后的第一光源的通断；第二光放大区21将步骤S1中调谐后的第二光源放大，控制调谐后的第二光源的通断；S3，第一光学透镜3以及第二光学透镜4分别对步骤S2中放大后的第一光源、放大后的第二光源进行汇聚，使汇聚后的两光源通过光学隔离器5以及第三光学透镜6；S4，将步骤S3中汇聚后的两光源耦合至光纤7。
可选地，步骤S1包括：第一前向光栅区12、第一后向光栅区13共同在第一调谐范围内调谐第一光源，得到第一次调谐的第一光源；第二前向光栅区22、第二后向光栅区23共同在第二调谐范围内调谐第二光源，得到第一次调谐的第二光源；第一相区16在第三调谐范围内调谐第一次调谐的第一光源，得到调谐后的第一光源；第二相区26在第四调谐范围内调谐第一次调谐的第二光源，得到调谐后的第二光源。
可选地，第一调谐范围大于第三调谐范围；第二调谐范围大于第四调谐范围。
可选地，步骤S2中，控制调谐后的第一光源的通断，包括：设置阈值电流，控制通过第一光放大区11以及第二光放大区21的电流大小，若电流大于阈值电流，则开启第一光源，关闭第二光源；反之，则关闭第一光源，开启第二光源。
(三)有益效果
1、通过本发明提供的第一芯片中的第一前向光栅区、第一后向光栅区以及第二芯片中的第二前向光栅区、第二后向光栅区可以同时对频率从1529.16～1567.13nm的C波段以及频率从1570.01nm～1610.06nm的L波段进行宽范围调谐；
2、通过本发明提供的第一芯片中的第一光放大区以及第二芯片中的第二光放大区可以将第一光源、第二光源放大；
3、通过本发明提供的第一芯片中的第一光放大区控制C波段的光路通断，通过第二芯片中的第二光放大区控制L波段的光路的通断；
4、通过本发明提供的光学隔离器以及第三光学透镜可以将第一光源以及第二光源汇聚，实现C波段和L波段的耦合。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例提供的宽波段调谐系统结构图；
图2示意性示出了本发明实施例提供的宽波段光调谐方法的流程图。
附图标记说明：1-第一芯片；11-第一光放大区；12-第一前向光栅区；13-第一后向光栅区；14-第一调制器；15-第一增益区；16-第一相区；2-第二芯片；21-第二光放大区；22-第二前向光栅区；23-第二后向光栅区；24-第二调制器；25-第二增益区；26-第二相区；3-第一光学透镜；4-第二光学透镜；5-光学隔离器；6-第三光学透镜；7-光纤。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参阅图1，图1示意性示出了本发明实施例提供的宽波段调谐系统结构图。
本发明实施例中提供了一种宽波段调谐系统，包括：第一芯片1以及第二芯片2；第一芯片1与第二芯片2关于一对称轴对称设置。
本发明实施例中第一芯片1包括按照第一方向依次排列的第一光放大区11、第一前向光栅区12以及第一后向光栅区13；第一光放大区11用于将第一光源放大以及控制第一光源的通断；第一前向光栅区12结合第一后向光栅区13用于对第一光源进行调谐。
本发明实施例中第二芯片2包括按照第二方向依次排列的第二光放大区21、第二前向光栅区22以及第二后向光栅区23；第二光放大区21用于将第二光源放大以及控制第二光源的通断；第二前向光栅区22结合第二后向光栅区23用于对第二光源进行调谐；本发明实施例中第二方向平行于第一方向。
本发明实施例中第一前向光栅区12及第一后向光栅区13用于对第一光源进行宽范围调谐；第二前向光栅区22及第二后向光栅区23用于对第二光源进行宽范围调谐。
本发明实施例中，第一芯片1以及第二芯片2例如可以是基于量子阱结构、量子点结构的分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，DBR)激光器芯片、采样光栅分布布喇格反射(SG-DBR)、超周期结构形激光器(Standard Signal Generator-Distributed Bragg Reflector，SSG-DBR)、光栅耦合采样激光器芯片。
本发明实施例中，第一光放大区11以及第二光放大区21用于对激光器芯片产生的激光进行光放大并实现光开关的功能。该第一光放大区11以及第二光放大区21与第一增益区15、第二增益区25的材料与结构相同；通过设置一阈值电流，控制通过第一光放大区11以及第二光放大区21的电流大小，可以实现激光器的光通断功能。其中，第一光放大区11以及第二光放大区21实现光开光的功能通过设置一阈值电流，控制通过第一光放大区11以及第二光放大区21的电流大小，若该电流大小大于阈值电流，则开启第一光源，关闭第二光源；若该电流大小小于阈值电流，则开启第二光源，关闭第一光源。
本发明实施例中，第一前向光栅区12以及第二前向光栅区22用于对发射芯片可调谐的波长进行宽范围调谐，其中，该可调谐的波长包括频率从1529.16～1567.13nm的C波段以及频率从1570.01nm～1610.06nm的L波段进行宽范围调谐。其中，通过算法控制加载在第一前向光栅区12以及第二前向光栅区22的电流，以便跟踪腔模，避免激光器输出波长出现调模。
本发明实施例中，第一后向光栅区13以及第二后向光栅区23用于分别与第一前向光栅区12、第二前向光栅区22结合，共同实现游标效应，共同实现对激光器波长的宽范围调谐。
再参阅图1，该第一芯片1还包括：第一调制器14、第一增益区15以及第一相区16；第二芯片2还包括：第二调制器24、第二增益区25以及第二相区26；第一调制器14、第一光放大区11、第一前向光栅区12、第一增益区15、第一相区16以及第一后向光栅区13按照第一方向依次连接；第二调制器24、第二光放大区21、第一前向光栅区12、第二增益区25、第二相区26以及第二后向光栅区23按照第二方向依次连接。
本发明实施例中，第一调制器14以及第二调制器24用于对半导体激光器的输出光进行高频调制。
本发明实施例中，第一增益区15以及第二增益区25用于对载流子复合并发射激光；其中，第一增益区15以及第二增益区25是通过该区域设置的材料以及结构对上述载流子复合并发射激光的；第一增益区15以及第二增益区25的材料例如可以是量子点或者量子阱结构。
本发明实施例中，第一相区16以及第二相区26用于对半导体激光器芯片波长进行精细调谐；其中，控制通过第一相区16以及第二相区26区域的电流大小可以实现激光切输出波长的精细调谐。
本发明实施例中的系统还包括：第一光学透镜3、第二光学透镜4、光学隔离器5、第三光学透镜6以及光纤7；第一光学透镜3与第二光学透镜4关于对称轴对称设置；光学隔离器5、第三光学透镜6以及光纤7依次排列并设置于对称轴的延长线上。
本发明实施例中，光学隔离器5以及第三光学透镜6的长度为第一光学透镜3长度的两倍及两倍以上的整数倍。第一光学透镜3的尺寸与第二光学透镜4的尺寸相同。第一光学透镜3设置于第一芯片1以及光学隔离器5之间，第二光学透镜4设置于第二芯片2与光学隔离器5之间；第一光学透镜3设置于第一方向的延长线上；第二光学透镜4设置于第二方向的延长线上。该系统还包括衬底8，第一芯片1以及第二芯片2设置于衬底8上。
本发明实施例中，第一光学透镜3以及第二光学透镜4用于分别对第一芯片1以及第二芯片2输出的激光进行光束汇聚合束；光学隔离器5用于对激光进行单向隔离，得到单向平行光，并使得第一光源与第二光源光学隔离；第三光学透镜6用于对光学隔离器5输出的两束单向平行光进行汇聚，其中该两束单向平行光为等功率汇聚；该系统还包括光纤7，用于对第三光学透镜6汇聚的激光通过空间耦合到光纤7中进行传输，该光纤7的端面必须与第三光学透镜6一侧的端面平行。
本发明实施例中的该系统，例如可以面向100G与400G骨干网传输中的宽波段要求，实现小型化、一体化的宽波段调谐的光发射模块。该系统中的第一芯片1以及第二芯片2通过能带结构的裁剪与优化，可以分别实现C波段和L波段范围的调谐；通过第一光学透镜3、第二光学透镜4、光学隔离器5以及第三光学透镜6可以实现新型的光耦合形式；同时，为了满足光通信中宽速无误差的信道切换功能，该系统设置了第一光放大区11以及第二光放大区21，通过算法控制该第一光放大区11以及第二光放大区21可以实现光开关与功率均衡的功能；为了满足高速传输，该系统设置了第一调制器14以及第二调制器24，用于将高速的待传输信号加载到激光器波长上进行长距或者短距的传输。
本发明实施例还提供一种宽波段调谐方法，包括：
S1，使第一光源通过第一前向光栅区12、第一后向光栅区13以及第一相区16调谐，得到调谐后的第一光源；使第二光源通过第二前向光栅区22、第二后向光栅区23以及第二相区26调谐，得到调谐后的第二光源。
具体地，第一前向光栅区12、第一后向光栅区13共同在第一调谐范围内调谐第一光源，得到第一次调谐的第一光源；第二前向光栅区22、第二后向光栅区23共同在第二调谐范围内调谐第二光源，得到第一次调谐的第二光源；第一相区16在第三调谐范围内调谐第一次调谐的第一光源，得到调谐后的第一光源；第二相区26在第四调谐范围内调谐第一次调谐的第二光源，得到调谐后的第二光源。
本发明实施例中，第一调谐范围大于第三调谐范围；第二调谐范围大于第四调谐范围。
S2，第一光放大区11将步骤S1中调谐后的第一光源放大，控制调谐后的第一光源的通断；第二光放大区21将步骤S1中调谐后的第二光源放大，控制调谐后的第二光源的通断。
S3，第一光学透镜3以及第二光学透镜4分别对步骤S2中放大后的第一光源、放大后的第二光源进行汇聚，使汇聚后的两光源通过光学隔离器5以及第三光学透镜6。
S4，将步骤S3中汇聚后的两光源耦合至光纤7。
本发明实施例中的步骤S2中，控制调谐后的第一光源的通断，包括：设置阈值电流，控制通过第一光放大区11以及第二光放大区21的电流大小，若电流大于阈值电流，则开启第一光源，关闭第二光源；反之，则关闭第一光源，开启第二光源。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽波段调谐系统，包括：第一芯片(1)以及第二芯片(2)；所述第一芯片(1)与所述第二芯片(2)关于一对称轴对称设置；
所述第一芯片(1)包括按照第一方向依次排列的第一光放大区(11)、第一前向光栅区(12)以及第一后向光栅区(13)；所述第一光放大区(11)用于将第一光源放大以及控制所述第一光源的通断；所述第一前向光栅区(12)及所述第一后向光栅区(13)用于对所述第一光源进行调谐；
所述第二芯片(2)包括按照第二方向依次排列的第二光放大区(21)、第二前向光栅区(22)以及第二后向光栅区(23)；所述第二光放大区(21)用于将第二光源放大以及控制所述第二光源的通断；所述第二前向光栅区(22)及所述第二后向光栅区(23)用于对所述第二光源进行调谐；
其中，所述第二方向平行于所述第一方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：第一光学透镜(3)、第二光学透镜(4)、光学隔离器(5)、第三光学透镜(6)以及光纤(7)；
所述第一光学透镜(3)与所述第二光学透镜(4)关于所述对称轴对称设置；所述光学隔离器(5)、所述第三光学透镜(6)以及所述光纤(7)依次排列并设置于所述对称轴的延长线上。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光学隔离器(5)以及所述第三光学透镜(6)的长度为所述第一光学透镜(3)长度的两倍及两倍以上的整数倍。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一芯片(1)还包括：第一调制器(14)、第一增益区(15)以及第一相区(16)；所述第二芯片(2)还包括：第二调制器(24)、第二增益区(25)以及第二相区(26)；
所述第一调制器(14)、所述第一光放大区(11)、所述第一前向光栅区(12)、所述第一增益区(15)、所述第一相区(16)以及所述第一后向光栅区(13)按照所述第一方向依次连接；
所述第二调制器(24)、所述第二光放大区(21)、所述第二前向光栅区(22)、所述第二增益区(25)、所述第二相区(26)以及所述第二后向光栅区(23)按照所述第二方向依次连接。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一光学透镜(3)设置于所述第一芯片(1)以及所述光学隔离器(5)之间，所述第二光学透镜(4)设置于所述第二芯片(2)与所述光学隔离器(5)之间；
所述第一光学透镜(3)设置于所述第一方向的延长线上；所述第二光学透镜(4)设置于所述第二方向的延长线上。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括衬底(8)，所述第一芯片(1)以及所述第二芯片(2)设置于所述衬底(8)上。
7.一种宽波段调谐方法，包括：
S1，使第一光源通过第一前向光栅区(12)、第一后向光栅区(13)以及第一相区(16)调谐，得到调谐后的第一光源；使第二光源通过第二前向光栅区(22)、第二后向光栅区(23)以及第二相区(26)调谐，得到调谐后的第二光源；
S2，第一光放大区(11)将步骤S1中所述调谐后的第一光源放大，控制所述调谐后的第一光源的通断；所述第二光放大区(21)将步骤S1中所述调谐后的第二光源放大，控制所述调谐后的第二光源的通断；
S3，第一光学透镜(3)以及第二光学透镜(4)分别对步骤S2中放大后的第一光源、放大后的第二光源进行汇聚，使汇聚后的两光源通过光学隔离器(5)以及第三光学透镜(6)；
S4，将步骤S3中汇聚后的两光源耦合至光纤(7)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤S1包括：
所述第一前向光栅区(12)、所述第一后向光栅区(13)共同在第一调谐范围内调谐所述第一光源，得到第一次调谐的第一光源；所述第二前向光栅区(22)、所述第二后向光栅区(23)共同在第二调谐范围内调谐所述第二光源，得到第一次调谐的第二光源；
第一相区(16)在第三调谐范围内调谐所述第一次调谐的第一光源，得到调谐后的第一光源；第二相区(26)在第四调谐范围内调谐所述第一次调谐的第二光源，得到调谐后的第二光源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一调谐范围大于所述第三调谐范围；所述第二调谐范围大于所述第四调谐范围。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤S2中，所述控制所述调谐后的第一光源的通断，包括：
设置阈值电流，控制通过所述第一光放大区(11)以及所述第二光放大区(21)的电流大小，若所述电流大于所述阈值电流，则开启所述第一光源，关闭所述第二光源；反之，则关闭所述第一光源，开启所述第二光源。
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