CN111913330A - 高消光比光延时调控结构及装置 - Google Patents

高消光比光延时调控结构及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高消光比光延时调控结构，包括输入光开关、第一光波导延时线、第一光波导直通线、高消光比光开关、第二光波导延时线、第二光波导直通线和输出光开关，所述高消光比光开关包括两个马赫曾德尔光开关，第一个马赫曾德尔光开关的一个输出端与第二个马赫曾德尔光开关的一个输入端连接。本发明中，采用双马赫曾德尔光开关串联的方式连接光波导延时线和光波导直通线，第一个马赫曾德尔光开关使光路中的信号光和泄露光分开传输，进而有效滤除光路中的泄露光，第二个马赫曾德尔光开关控制光路的传输路径选择，实现光路的调控，从而提高了光链路中的消光比,降低了光链路中的噪声。

Description

高消光比光延时调控结构及装置
技术领域
本发明涉及光延时调控领域，特别涉及一种高消光比光延时调控结构及装置。
背景技术
可变光延时线作为一种重要的光学调控器件，在科学研究和实际工程中都被广泛地应用。在光信号传输领域，光信号的延时调控技术是模拟信号传输中的关键技术，常用的方法是通过调控光的不同传输路径来实现光的延时控制，随着经济和科技的发展，人们对光信号的延时调控提出了越来越高的需求，如：超快，高消光比，高精度，大范围等。
如图1所示，当前的光延时调控结构是通过多个光开关将不同长度的延时光路串联，借助光开关的选通动作切换到不同长度的光传输路径，从而实现光信号延迟时间的动态调谐。传统的光延时调控结构一般都是一个光开关串联不同长度的光传输路径，但是由于光开光本身的制备工艺限制，其本身往往存在除信号光之外的泄露光，这样就会导致了光延时结构的消光比较低的问题，并且泄露光在传输过程中会不断叠加，当延时光路的串联数量较多时，泄露光的影响尤其严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种能够消除泄露光的高消光比光延时调控结构及装置。
本发明的技术方案如下：
一种高消光比光延时调控结构，包括输入光开关、第一光波导延时线、第一光波导直通线、高消光比光开关、第二光波导延时线、第二光波导直通线和输出光开关，所述输入光开关、高消光比光开关和输出光开关均设有两个输入端和两个输出端，所述第一光波导延时线的输入端与输入光开关的第一输出端连接，所述第一光波导直通线的输入端与输入光开关的第二输出端连接，所述输入光开关的第一输入端断开，第二输入端作为调控结构的输入端用于接收光信号；所述第二光波导延时线的输出端与输出光开关的第一输入端连接，所述第二光波导直通线的输出端与输出光开关的第二输入端连接，所述输出光开关的第一输出端断开，第二输出端作为调控结构的输出端用于输出光信号；
所述高消光比光开关包括第一马赫曾德尔光开关和第二马赫曾德尔光开关，所述第一马赫曾德尔光开关与第二马赫曾德尔光开关结构相同；所述第一马赫曾德尔光开关的第一输入端作为高消光比光开关的第一输入端与第一光波导延时线的输出端连接，第二输入端作为高消光比光开关的第二输入端与第一光波导直通线的输出端连接，第一输出端与第二马赫曾德尔光开关的第一输入端连接，第二输出端断开；所述第二马赫曾德尔光开关的第二输入端断开，第一输出端作为高消光比光开关的第一输出端与第二光波导延时线的输入端连接，第二输出端作为高消光比光开关的第二输出端与第二光波导直通线的输入端连接。
进一步的，所述输入光开关为第三马赫曾德尔光开关，所述第三马赫曾德尔光开关与第一马赫曾德尔光开关结构相同。
进一步的，所述输出光开关为第四马赫曾德尔光开关，所述第四马赫曾德尔光开关与第一马赫曾德尔光开关结构相同。
进一步的，每一所述马赫曾德尔光开关均包括第一Y分支波导、第一直波导、第二Y分支波导、上干涉臂、下干涉臂、第三Y分支波导、第二直波导和第四Y分支波导，所述第一Y分支波导的两个分支端分别作为马赫曾德尔光开关的两个输入端，所述第一Y分支波导的合路端通过第一直波导与第二Y分支波导的合路端连接，所述第二Y分支波导的一个分支端通过上干涉臂与第三Y分支波导的一个分支端连接，所述上干涉臂设有加热器；所述第二Y分支波导的另一分支端通过下干涉臂与第三Y分支波导的另一分支端连接，所述第三Y分支波导的合路端通过第二直波导与第四Y分支波导的合路端连接，所述第四Y分支波导的两个分支端分别作为马赫曾德尔光开关的两个输出端。
进一步的，每一所述马赫曾德尔光开关的光传输路径由其加热器的温度决定。
进一步的，所述输入光开关、输出光开关、第一光波导延时线、第一光波导直通线、高消光比光开关、第二光波导延时线和第二光波导直通线采用集成光波导的方式制作在同一基片上。
一种高消光比光延时调控装置，包括N个如上述任一项所述的高消光比光延时调控结构，N为大于1的自然数；N个所述高消光比光延时调控结构之间串联连接。
有益效果：本发明中，采用双马赫曾德尔光开关串联的方式连接光波导延时线和光波导直通线，第一个马赫曾德尔光开关使光路中的信号光和泄露光分开传输，进而有效滤除光路中的泄露光，第二个马赫曾德尔光开关控制光路的传输路径选择，实现光路的调控，从而提高了光链路中的消光比,降低了光链路中的噪声。另外，该结构还可通过集成光波导的方式实现以减少器件的体积、增强稳定性，且该集成光波导可作为光延时调控装置的一个基本单元，通过多个集成光波导串联的方式增加光延时的调控范围，以满足光延时调控装置的延时要求，且串联后前一级集成光波导的输出光开关与后一级集成光波导的输入光开关恰好能够组成一个高消光比光开关，在串联后仍然能够实现高消光比。
附图说明
图1为现有技术的光延时调控结构的结构示意图；
图2为本发明高消光比光延时调控结构的一个优选实施例的结构示意图；
图3为马赫曾德尔光开关的结构示意图；
图4为信号光和泄露光传输路径的示意图；
图5为两个调控结构串联的示意图。
图中：1.输入光开关，2.第一光波导延时线，3.第一光波导直通线，4.高消光比光开关，5.第二光波导延时线，6.第二光波导直通线，7.输出光开关，11.第一Y分支波导，12.第二Y分支波导，13.第三Y分支波导，14.第四Y分支波导，15.第一直波导，16.第二直波导，17.上干涉臂，18.下干涉臂，19.加热器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
如图2所示，本发明高消光比光延时调控结构的一个优选实施例包括输入光开关1、第一光波导延时线2、第一光波导直通线3、高消光比光开关4、第二光波导延时线5、第二光波导直通线6和输出光开关7，所述输入光开关1、高消光比光开关4和输出光开关7均设有两个输入端和两个输出端，所述输入光开关1和输出光开关7均优选为采用马赫曾德尔光开关。
如图3所示，所述马赫曾德尔光开关包括第一Y分支波导11、第一直波导15、第二Y分支波导12、上干涉臂17、下干涉臂18、第三Y分支波导13、第二直波导16和第四Y分支波导14，所述第一Y分支波导11的第一分支端作为马赫曾德尔光开关的第一输入端，所述第一Y分支波导11的第二分支端作为马赫曾德尔光开关的第二输入端；所述第一Y分支波导11的合路端通过第一直波导15与第二Y分支波导12的合路端连接，所述第二Y分支波导12的第一分支端通过上干涉臂17与第三Y分支波导13的第一分支端连接，所述上干涉臂17设有加热器19；所述第二Y分支波导12的第二分支端通过下干涉臂18与第三Y分支波导13的第二分支端连接，所述第三Y分支波导13的合路端通过第二直波导16与第四Y分支波导14的合路端连接；所述第四Y分支波导14的第一分支端作为马赫曾德尔光开关的第一输出端，所述第四Y分支波导14的第二分支端作为马赫曾德尔光开关的第二输出端。马赫曾德尔光开关的光传输路径由其加热器19的温度决定，通过调节加热器19的温度，可以使马赫曾德尔光开关的第一输入端接收的光信号从其第一输出端输出，第二输入端接收的光信号从其第二输出端输出；也可以使马赫曾德尔光开关的第一输入端接收的光信号从其第二输出端输出，第二输入端接收的光信号从其第一输出端输出，从而通过调节加热器19的温度实现光传输路径的切换。
所述第一光波导延时线2的输入端与输入光开关1的第一输出端连接，所述第一光波导直通线3的输入端与输入光开关1的第二输出端连接，所述输入光开关1的第一输入端断开，第二输入端作为调控结构的输入端用于接收光输入信号。
所述高消光比光开关4包括两个马赫曾德尔光开关，第一个马赫曾德尔光开关的第一输入端作为高消光比光开关4的第一输入端与第一光波导延时线2的输出端连接，第二输入端作为高消光比光开关4的第二输入端与第一光波导直通线3的输出端连接，第一输出端与第二个马赫曾德尔光开关的第一输入端连接，第二输出端断开；第二个马赫曾德尔光开关的第二输入端断开，第一输出端与第二光波导延时线5的输入端连接，第二输出端与第二光波导直通线6的输入端连接。
所述第二光波导延时线5的输出端与输出光开关7的第一输入端连接，所述第二光波导直通线6的输出端与输出光开关7的第二输入端连接，所述输出光开关7的第一输出端断开，第二输出端作为调控结构的输出端用于输出光信号。
所述输入光开关1、第一光波导延时线2、第一光波导直通线3、高消光比光开关4、第二光波导延时线5、第二光波导直通线6和输出光开关7可采用集成光波导的方式制作在同一基片上，也可采用分离元件；为减小元件的体积，提高稳定性，优选为将上述结构采用集成光波导的方式制作在同一基片上。
本实施例的工作原理如下：
如图4所示，光信号从输入光开关1的第二输入端输入，输入光开关1的第一输入端断开，无光信号输入。当需要将第一光波导延时线2接入光路时，通过调节输入光开关1中加热器8的温度，使输入光开关1的第二输入端接收的光信号从其第一输出端输出，使输入光信号经第一光波导延时线2进行延时后进入高消光比光开关4。当不需要将第一光波导延时线2接入光路时，通过调节输入光开关1中加热器8的温度，使输入光开关1的第二输入端接收的光信号从其第二输出端输出，使输入光信号经第一光波导直通线3直接进入高消光比光开关4。下面以输入光信号通过第一光波导延时线2进入高消光比光开关4为例进行说明：
当输入光开关1的第二输入端接收的光信号从其第一输出端输出时，大部分输入光信号作为信号光进入第一光波导延时线2(如图4中的实线所示)，同时也会有少量输入光信号作为泄露光进入第一光波导直通线3(如图4中的虚线所示)，此时，高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第一输入端接收的光信号从其第一输出端输出，第二输入端接收的光信号从其第二输出端输出，因此，信号光从高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第一输出端输出，泄露光从高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第二输出端输出，由于其第二输出端为断开状态，因此，能够去除泄露光，避免光波导延时线的串联级数较多时泄露光不断叠加对信号光的干扰，提高光链路的消光比。
虽然此时泄露光中会有极少一部分再次发生泄露从高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第一输出端输出，但由于泄露光的光强本身就很弱，再次发生泄露时其光强度非常小，对信号光的影响很小；而绝大部分的泄露光以及信号光再次发生泄露后从高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第二输出端输出的光信号均会被滤除，避免了泄露光因不断叠加而持续增大，从而对信号光产生越来越大的影响。
假设每次经过马赫曾德尔光开关时，会有10％的光信号泄露至另一干涉臂，那么，高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第一输出端输出的泄露光仅为1％，与信号光的强度相比是很小的；而高消光比光开关4的第一个马赫曾德尔光开关的第二输出端输出的信号光为9％，与第一个马赫曾德尔光开关的第二输出端输出的泄露光叠加后将达到18％，如果不进行滤除，在信号光不断减小的同时，泄露光还会不断增大，在多级延时后将大大降低光链路的消光比。采用本实施例中的调控结构后，由于每一级光延时后都会消除一次泄露光，泄露光无法叠加，因此能够得到较高的消光比。
实施例2
一种高消光比光延时调控装置，包括N个实施例1中的高消光比光延时调控结构，N为大于1的自然数；N个所述高消光比光延时调控结构之间串联连接。如图5所示，将一个高消光比光延时调控结构的输出端与另一个高消光比光延时调控结构的输入端连接，即可实现两个调控结构的串联(图5每个虚线框中为一个高消光比光延时调控结构)，同理，还可实现多个高消光比光延时调控结构的串联。将实施例1中的高消光比光延时调控结构作为光延时调控装置的一个基本单元，通过多个光延时调控结构串联的方式能够增加光延时的调控范围，以满足光延时调控装置的延时要求，且前一级光延时调控结构的输出光开关7与后一级光延时调控结构的输入光开关1恰好能够组成一个高消光比光开关4，在串联后仍然能够实现高消光比。
本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高消光比光延时调控结构，其特征在于,包括输入光开关、第一光波导延时线、第一光波导直通线、高消光比光开关、第二光波导延时线、第二光波导直通线和输出光开关，所述输入光开关、高消光比光开关和输出光开关均设有两个输入端和两个输出端，所述第一光波导延时线的输入端与输入光开关的第一输出端连接，所述第一光波导直通线的输入端与输入光开关的第二输出端连接，所述输入光开关的第一输入端断开，第二输入端作为调控结构的输入端用于接收光信号；所述第二光波导延时线的输出端与输出光开关的第一输入端连接，所述第二光波导直通线的输出端与输出光开关的第二输入端连接，所述输出光开关的第一输出端断开，第二输出端作为调控结构的输出端用于输出光信号；
所述高消光比光开关包括第一马赫曾德尔光开关和第二马赫曾德尔光开关，所述第一马赫曾德尔光开关与第二马赫曾德尔光开关结构相同；所述第一马赫曾德尔光开关的第一输入端作为高消光比光开关的第一输入端与第一光波导延时线的输出端连接，第二输入端作为高消光比光开关的第二输入端与第一光波导直通线的输出端连接，第一输出端与第二马赫曾德尔光开关的第一输入端连接，第二输出端断开；所述第二马赫曾德尔光开关的第二输入端断开，第一输出端作为高消光比光开关的第一输出端与第二光波导延时线的输入端连接，第二输出端作为高消光比光开关的第二输出端与第二光波导直通线的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的高消光比光延时调控结构，其特征在于，所述输入光开关为第三马赫曾德尔光开关，所述第三马赫曾德尔光开关与第一马赫曾德尔光开关结构相同。
3.根据权利要求2所述的高消光比光延时调控结构，其特征在于，所述输出光开关为第四马赫曾德尔光开关，所述第四马赫曾德尔光开关与第一马赫曾德尔光开关结构相同。
4.根据权利要求3所述的高消光比光延时调控结构，其特征在于，每一所述马赫曾德尔光开关均包括第一Y分支波导、第一直波导、第二Y分支波导、上干涉臂、下干涉臂、第三Y分支波导、第二直波导和第四Y分支波导，所述第一Y分支波导的两个分支端分别作为马赫曾德尔光开关的两个输入端，所述第一Y分支波导的合路端通过第一直波导与第二Y分支波导的合路端连接，所述第二Y分支波导的一个分支端通过上干涉臂与第三Y分支波导的一个分支端连接，所述上干涉臂设有加热器；所述第二Y分支波导的另一分支端通过下干涉臂与第三Y分支波导的另一分支端连接，所述第三Y分支波导的合路端通过第二直波导与第四Y分支波导的合路端连接，所述第四Y分支波导的两个分支端分别作为马赫曾德尔光开关的两个输出端。
5.根据权利要求4所述的高消光比光延时调控结构，其特征在于，每一所述马赫曾德尔光开关的光传输路径由其加热器的温度决定。
6.根据权利要求4所述的高消光比光延时调控结构，其特征在于，所述输入光开关、输出光开关、第一光波导延时线、第一光波导直通线、高消光比光开关、第二光波导延时线和第二光波导直通线采用集成光波导的方式制作在同一基片上。
7.一种高消光比光延时调控装置，其特征在于，包括N个如权利要求1-6任一项所述的高消光比光延时调控结构，N为大于1的自然数；N个所述高消光比光延时调控结构之间串联连接。
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