CN1177420C - 有信道监控功能的阵列波导光栅分波/合波装置 - Google Patents

Abstract

有信道监控功能的阵列波导光栅分波/合波装置，涉及波分复用(WDM)系统中对波长信道信息进行监控的技术。是要解决将现有WDM光传输系统中两个AWG合并成为一个装置，该装置既能分波/合波又能进行信道监控。技术特征是有一个既能够一路多波长光信号分解为多路不同波长的信号，又能将不同多路波长光信号合成为一路多波长信号的AWG分波/合波器，其输出波导外包层有减薄区，在减薄区安装耦合片，耦合片上装有光功率探测器，光功率探测器与耦合片端面成一定角度，安装位置要求每个光功率探测器感应区对准相应输出波导。

Description

有信道监控功能的阵列波导光栅分波/合波装置

技术领域：本发明创造属于多路通信技术，涉及一种波分复用(WDM)系统中既能分波/合波又能对每一波长信道进行性能监控的装置。

背景技术：在波分复用光纤通信系统中，在波长信道被复用之前或者解复用之后，通常需要对每个信道的光功率、光信噪比以及波长必须被实时监控，以保证光信号在WDM系统中可靠、稳定地传输，这在WDM系统中至关重要。关于阵列波导光栅的信道监控装置或组件已有不少现有技术，例如申请号为00100262.7，99124363.3等中国专利，这些技术仅具有单一的信道监控功能。其信道监控装置一般包括阵列波导光栅(AWG)装置、光功率探测器阵列和信号转换及处理单元等。如图1所示，是它的一种实施例，它将多路不同波长的信号经AWG1合为一路多波长信号，经过抽头耦合器(TAP)2，按照一定比例的部分光功率引入到信道监控装置8中，该装置8中又有阵列波导光栅(AWG)3将光信号分解为多路不同波长的信号后，被光功率探测器阵列(PINARRAY)4所接收，再经过信号放大器5、模数转换器6及数据处理器7，即可得到有关信道功率、信噪比以及波长等有关信息。上述系统的不足之处是需要两个阵列波导光栅(AWG)，系统结构较为复杂，成本较高，更重要的是由于有两个AWG难免产生性能差异，而造成测量准确性和可靠性较低。

发明内容：本发明创造针对现有技术的缺点，在WDM光传输系统中将两个AWG合并成一个，实现既有分波/合波功能，又有信道监控功能的目的。

为实现上述目的，本发明创造的技术方案是将现有两个阵列波导光栅AWG1和AWG3、抽头耦合器2、光功率探测器4等功能构件的功能由一个分波/合波、信道监控组件11替代，其他信号放大器、A/D转换器和数据处理器等构造及其连接关系不变。该分波/合波、信道监控组件是本发明创造的中心内容，其结构特点是有一个既能够一路多波长光信号分解为多路不同波长的信号，又能将多路不同波长光信号合成为一路多波长信号的AWG分波/合波器，其输出波导外包层有减薄区，在减薄区安装耦合片，耦合片上装有光功率探测器，光功率探测器与耦合片端面成一定角度，安装位置要求每个光功率探测器感应区对准相应输出波导，然后设置输入输出光纤、温控单元和功率探测器阵列的引出电接口，再对组件外壳封装而成。

本发明的有益效果是将AWG分波/合波器和AWG信道监控装置的功能结合在一起，成为一种综合功能的装置，使得WDM系统中信道监控功能变得更为简单，测量更为准确可靠，且简化了结构、降低了成本。

附图说明：

图1是WDM系统中现有信道监控装置的一种实施例的线路原理示意图；

图2是本发明的线路原理方框图，发明的中心内容就是图中所示的分波/合波、信道监控组件；

图3是图2中分波/合波、信道监控组件的一种实施例的示意图；

图4表示分波/合波、信道监控组件中的重要部件即利用高折射率耦合片将波导中一部分能量耦合进光功率探测器阵列的一种实施例的示意图。

具体实施方式：

通过参照附图可进一步了解本发明技术方案的实施方式。从图2中，可以看出这一装置的运用，将原来两个模块的功能综合到了一个模块中，简化了系统的结构，实现了子系统更高的集成化，符合现代光通信器件的发展趋势。图2中分波/合波信道监控组件11兼具有分波/合波和信道监控功能，这一组件在完成分波/合波功能的同时，将部分光功率耦合到安装在其中的光功率探测器阵列上，实现了将光信号转变为电信号，并且该电信号被施加到信号放大单元5上，经过放大的信号被A/D转换单元6转化为数字信号。数字信号经过数据处理单元7的处理，其结果被输出到系统其他处理单元。这样实现了对所有波长信号的监视。

图3示出了带有信道监控功能的分波/合波组件11的一种实施例。通常的AWG的波导包括一个或多个并列的输入波导14，用于将混合多个波长信道λ₁到λ_n的多路复用信号传播到第一个平板波导区15，平板波导区是一个星型耦合区或其它类似区域。平板波导区15与阵列波导区16相连，将输入信号分配给阵列波导区的多根波导，这些波导构成光栅。每一根波导都具有不同的光学长度，相邻波导的光学长度按照与中心波长有关的一恒定值增减，并且从光栅的一侧到另一侧的波导长度逐步递增。与阵列波导另一端相连的是另一个平板波导区17，在第二平板波导区17会出现由波导阵列光栅区16引入的相对相位差所导致的干涉。波导光栅的色散使信号光的不同波长物理上分开，并且聚焦到第二平板波导区17的输出平面上，并且将分开的波长耦合进与第二平板波导区17相连的多个输出波导中。不同中心波长的输出信号对应于不同的输出波导18位置，从而实现了将不同波长信号从空间分开的功能。利用光路互逆原理，阵列波导光栅既具有多波长光信号复用功能也具有多波长光信号解复用的功能。各个波长信道的中心波长和间隔取决于AWG波导的几何形状和形成光栅的阵列波导的有效折射率。为了得到每个波长信道的光功率大小，光功率探测阵列的安装位置一般处于输出波导阵列的正上方，如图3所示。必须选择光功率探测器阵列的间距与输出波导阵列的间距相一致，并且必须将每个光功率探测器对准相应的输出波导，这样才能够获得每一个波长信道光功率的准确值。带有探测器阵列的耦合片被安装在输出波导的相应位置，然后引出输入光纤12、输出光纤20、温控单元和光功率探测器阵列的电接口。然后经过外壳封装等手段，最后制成了带有信道监控功能的分波组件。

图4显示了一种利用高折射率耦合片将波导中一部分能量耦合进光功率探测器阵列4的应用实例。构成阵列波导光栅的集成光波导一般由三层电介质结构组成，其中上层22和下层24为低折射率层，中间为折射率较高的芯层23，绝大部分的光能量都被约束在芯层中。为了将光的部分能量从芯层中耦合出来，需要破坏原来完整的三层结构。因此对波导的上包层22的结构进行减薄，减薄可以利用干法和湿法刻蚀两种方法。这样在原来波导结构上就形成了一个减薄区19，为了不对分波/合波功能带来太多的损耗，对输出波导上包层的减薄不能够破坏到芯层23结构中，一般选择上包层剩下的厚度为0～6微米之间。耦合片21的结构参数以及折射率的选择对于器件的损耗以及探测器接受到的光功率的强弱都是至关重要的。在我们实施的优选例中，选择耦合片的折射率略微高出上包层的折射率，耦合片长度尽量选择得短一些，厚度大于探测器阵列受光面25的长度。为了方便探测器阵列电引线的安装以及达到更佳的接收效果，探测器阵列与耦合片的端面成一定角度。将装配有探测器阵列的耦合片经过对准放置在输出波导上包层的减薄区，选择折射率匹配的紫外光固化胶将耦合片与阵列波导光栅芯片固定。从前面分析可以看出高折射率的耦合片21的作用是连接探测器阵列4和阵列波导光栅的输出波导18并将波导芯层22中的部分能量耦合到探测器阵列中；如果选用一种折射率适合的紫外固化胶，当紫外固化胶被固化后，在输出波导18和探测器阵列4之间会形成一层具有与耦合片21同样功能的紫外胶耦合层，故这一结构与安装耦合片的结构可视为等同。

Claims (3)

1、一种有信道监控功能的阵列波导光栅分波/合波装置，它包括阵列波导光栅(AWG)、耦合片、光功率探测器，信号放大器、A/D转换器和数据处理器，其特征是有一个AWG分波/合波器的输出波导的外包层有减薄区，在减薄区安装耦合片，耦合片上安装光功率探测器，光功率探测器感应区应对准相应输出波导。

2、按权利要求1所述的装置，其特征是输出波导由三层电介质结构组成，上层(22)、下层(24)均为低折射率层，中间层(23)为高折射率的芯层，大部分光的能量约束在芯层中，波导上层(22)有减薄区(19)，减薄区下表面至芯层上表面的厚度为0～6微米，选择耦合片(21)的折射率高于上层(22)的折射率，耦合片与探测器阵列的受光面(25)相接的耦合面的长度大于探测器阵列的受光面的长度，探测器阵列(4)与耦合片(21)端面成一定角度，装配有探测器阵列的耦合片对准放置在输出波导(18)上波层的减薄区(19)，耦合片与阵列波导光栅芯片之间采用与两者折射率相匹配的紫外胶固定。

3、按权利要求1所述的装置，其特征是耦合片(21)连接探测器阵列(4)和阵列波导光栅的输出波导(18)，可以用折射率匹配的紫外固化胶来替代耦合片。

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