CN1323322C - 平面单片集成声光波长路由光开关 - Google Patents

平面单片集成声光波长路由光开关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平面单片集成声光波长路由光开关的实现方法。多路波分复用入射光经过扩束、声光偏转、聚焦等步骤，使得N个入射端口中任一端口入射的N波长波分复用光信号按照波长路由原则定向到N个不同的输出光纤阵列的相应各端口，实现了波分路由光开关功能。其中，扩束与聚焦由波导透镜实现，偏转由计算机编程控制选通的超声电源驱动的叉指换能器组合所激励的声光栅来实现。其特点是：实现中采用大口径的波导透镜光路和多路声光布拉格光栅偏转机构，可以形成一个简洁的单片集成波导型开关结构，利于降低成本与工艺难度、打破批量生产的制约、实现快速波长路由光开关功能。

Description

平面单片集成声光波长路由光开关
技术领域
本发明属于光通信技术领域与集成光电子领域，涉及一种基于声光效应的平面单片集成声光波长路由光开关的实现方法。
背景技术
从高速光纤通信网络系统到光纤测量系统，光开关都是其关键部件，用以实现光在网络光路中的信道切换与路由选择。在信息爆炸的今天，由于波分复用技术的迅速发展，用于路由选择，特别是波长路由选择的光开关，在超高速、超大容量光通信系统的智能化方面需求日益迫切。
当前，光开关可分为非集成空间光开关和集成光波导光开关(IOWS)两大类。IOWS克服了非集成型光开关体积大、开关速度慢、回跳抖动等缺陷，符合系统集成化与小型化趋势，最有发展潜力。IOWS主要有电光型和声光型两种基本结构。电光型采用电光效应理论，开关速度快，但其基本单元大都是1*2或2*2型方向耦合器(条波导结构)，多路开关都由这一结构单元重复累加、级联而形成，成品率低、成本高、难以实现批量生产。集成声光型光开关采用声光效应原理，但目前大都是声光可调滤波器(AOTFs)结构，选通通道数极少，只有通过级联或与波分复用器等配合使用才能实现多路波长路由功能，同时由于建立在条形光波导基础上，存在结构与工艺复杂、成本极高且难以实现批量生产等问题，因而只适合进行光信号上/下路，但不适合作多路波长路由开关。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于声光效应的小型、高速、性价比高的平面单片集成声光波长路由光开关实现方法。
为了实现上述目的，申请人在声光效应中发现，声光效应具有可实现1*N基本结构的优势，已实现的声光频谱分析仪中正是利用了这一特性。申请人的技术方案的解决思路是，将声光效应特性用于波长路由光开关的设计，并与波导透镜结合，可以实现多通道声光波导波长路由光开关。
本发明的技术解决方案是，一种平面单片集成声光波长路由光开关，基于声光效应原理，其特征在于，开关芯片两端设置N端口的输入光纤阵列和N端口的输出光纤阵列，芯片上设置两个光波导透镜和一组叉指换能器，他们通过波导依次光路连接，波长路由开关实现过程包括以下步骤：
波导透镜对由N端口输入光纤阵列任一端口输入的光束进行扩束，成为宽口径的平行光束；
扩束后的平行光束被叉指换能器激发的声光栅按波长偏转至不同的方向；
波导透镜将不同方向的偏转光聚焦到输出光纤阵列的不同端口；
从入射端入射的波分复用光信号在出射端按照波长路由原则出射。
本发明的其它一些特点是，N端口输入光纤阵列的每一端口输入的都是N波长波分复用光信号；
入射波分复用光信号按照波长路由原则出射，即同一入射端入射的N波长波分复用光信号出射到N个不同的出射端，而N个入射端入射的同波长光出射到N个不同出射端。如下表示一种典型的波分路由规则：
  in1   in2   in3  ... inN
  out1out2out3↓outN   λ1λ2λ3↓λN   λNλ1λ2↓λN-1  λN-1λNλ1↓λN-2 ↓ λ2λ3λ4↓λ1
声光栅由驱动电源输出端口加电的叉指换能器激励，且并非所有的叉指换能器都同时工作，某一时刻，只有被计算机编程控制所选通的驱动电源输出端口才能为与其相连的叉指换能器加电，产生相应的声光栅；
叉指换能器组内各叉指换能器的结构及彼此间的空间相对位置由光路设计确定；
所述的扩束与聚焦过程通过口径大、像差小的波导透镜实现。
本发明的平面单片集成声光波长路由光开关，采用声光效应特性，可以降低开关的工艺难度、降低成本、提高成品率，有利于批量生产的实现；同时与现有机械开关相比，开关速度大大提高。
附图说明
图1是本发明路由开关功能实现过程示意图；
图2是实现图1中各步骤的功能元件示意图。
图3是本发明的一个实施例。
具体实施方式
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，从N端口输入光纤阵列中某一通道入射的N波长波分复用光线，要想实现波分路由光开关功能，须经过扩束、偏转、聚焦这几个步骤。
如图2所示为实现图1中各步骤的功能元件。
扩束由波导透镜3来实现：波分复用光线从N端口输入光纤阵列1中的某一通道入射后经过平板光波导6后进入波导透镜3从而被扩束；
偏转由叉指换能器4所形成的声光栅来实现。叉指换能器4组中某几个选通叉指所激发的声表面波与扩束后的平行光束相互作用，使得不同入射端、不同波长的光被衍射而形成沿不同方向传输的平行光束；计算机8编程控制选通的激励电源7激发出超声波驱动叉指换能器组4，形成不同叉指换能器组合，激发出不同的声光栅，与平行光束发生声光相互作用，即可改变偏转光束的方向。
聚焦由波导透镜5来实现。偏转后的平行光束经平板波导传输到第二个波导透镜5后，被其聚焦，形成不同的出射光点，进入到输出光纤阵列2的不同端口。
实现方法基于声光效应原理，实现方案采用波导透镜光路与声光偏转机构，入射的多路波分复用光信号经过扩束、偏转、聚焦等操作，通过计算机编程控制的超声波电源驱动叉指换能器激励出得声光栅选择偏转方向，控制从任一入射端入射的光按照波长路由原则定向到N个不同的输出端。
本发明在实现平面单片集成声光波长路由光开关的方法中，扩束与聚焦通过口径大、像差小的波导透镜实现；光束偏转通过叉指换能器激发的大偏角声光栅型声光偏转机构来实现；叉指换能器的选通通过计算机编程控制来实现，改变选通的叉指换能器组合，即可改变激发的衍射光栅，从而改变衍射光的方向，使出射光进入不同输出光纤端口；各叉指换能器上所加激发声场频率可以相同或者不同；入射光通过入射光纤阵列进入开关核心芯片，每一端口输入的都是N波长波分复用光信号；输出为按照波分路由原则排列的波分复用光信号，通过出射光纤阵列引出信号。
图3是一个2端口2波长输入、2端口输出的波长路由光开关。图中，波导透镜采用光波导短程透镜，叉指换能器采用指间距与指宽相等的叉指换能器组。波长λ1＝1550nm、λ2＝1310nm的波分复用光沿间距250μm的入射光纤端口in1、in2射入开关芯片的平板光波导中，之后进入口径直径为5mm，焦距为4mm的光波导短程透镜，被展开为平行光束，之后被A、B两个叉指换能器激励的声光栅偏转，A组换能器指宽a＝b＝2.9μm，指长L＝2.02mm，指对数为50对，驱动电源频率f1＝300MHz；B换能器叉指宽度a＝b＝2.4μm，长L＝1.99mm，指对数为50对，所加频率f2＝350MHz。若计算机选通叉指换能器A与B，则in1端口的λ1光进入out1，λ2光进入out2；同时in2端口的λ1光进入out2，λ2光进入out1，实现了波分路由功能。

Claims (7)

1.一种基于声光效应的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，开关芯片两端设置N端口的输入光纤阵列【1】和N端口的输出光纤阵列【2】，芯片上设置两个光波导透镜【3、5】和一组叉指换能器【4】，它们通过波导【6】依次光路连接；
波导透镜【3】对由N端口输入光纤阵列【1】任一端口输入的光束进行扩束，成为宽口径的平行光束；
扩束后的平行光束被驱动电源【7】加电的叉指换能器【4】激发的声光栅按波长偏转至不同的方向；
波导透镜【5】将不同方向的偏转光聚焦到输出光纤阵列【2】的不同端口；
从入射端入射的波分复用光信号在出射端按照波长路由原则出射。
2.如权利要求1所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，N端口输入光纤阵列【1】的每一端口输入的都是N波长波分复用光信号。
3.如权利要求1所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，入射波分复用光信号按照波长路由原则出射，即同一入射端入射的N波长波分复用光信号出射到N个不同的出射端，而N个入射端入射的同波长光出射到N个不同出射端。
4.如权利要求1所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，声光栅由驱动电源【7】输出端口加电的叉指换能器【4】激励，且并非所有的叉指换能器都同时工作，某一时刻，只有被计算机【8】编程控制所选通的驱动电源【7】输出端口才能为与其相连的叉指换能器【4】加电，产生相应的声光栅。
5.如权利要求1或4所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，各个驱动电源【7】的频率相同或不同。
6.如权利要求1所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，叉指换能器【4】组内各叉指换能器的结构及彼此间的空间相对位置由光路设计确定。
7.如权利要求1所述的平面单片集成声光波长路由光开关，其特征在于，所述的扩束与聚焦过程通过口径大、像差小的波导透镜实现。
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