CN1434316A - 内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它采用具有增益功能的光波导材料制作，同时在内部还集成了泵浦光输入通道、泵浦光分离通道和信号光强检测通道，插入损耗低，甚至可以实现光放大，结构紧凑，使用方便，成本低，特别适于应用在多通道大规模光通讯网络中。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，属于集成光学领域，特别适用于做光通讯网络器件。
背景技术
阵列波导干涉器(Arrayed waveguide interferometer，AWI)是一种采用多光束干涉原理的新型干涉器，它具有非常高的波长分辨率，多个AWI可以按一定方式串接起来组成各种光无源器件，如基于阵列波导干涉器的波长解复用/波长复用器(WDMUX/WMUX，Wavelengthdemutipler/wavelength mutiplexer)、基于阵列波导干涉器的波长选择开关(WSS，Wavelength-selective switches)、基于阵列波导干涉器的波长选择路由(WSR，wavelength-selective routing)、基于阵列波导干涉器的波长选择耦合器(WSC，Wavelength-selective coupler)、基于阵列波导干涉器的波长分插复用器(WADM，Wavelength add/drop mutiplexer)等，在光通讯技术中有重要应用。AWI一般采用光集成技术制作，像其他平面波导器件一样，AWI存在一定程度的损耗，特别是多个AWI串接组成的光无源器件损耗可能很大。这种损耗主要起源于光波导基片的材料吸收、由光波导的弯曲、转折等形变引起的模式损耗以及光波导加工微缺陷引起的散射损耗等。所以一般在光无源器件的输入端或输出端要进行光放大，如串接掺铒光纤放大器，但这样就使得系统复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术方案的不足，提供一种内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它结构紧凑，不影响原有基于阵列波导干涉器的光无源器件的功能，可以大幅度减小插入损耗，甚至直接实现光放大，解决了光无源器件插入损耗大的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它包括采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件，泵浦光输入通道，泵浦光分离通道，和信号光强检测通道；泵浦光输入通道与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输入光波导和/或输出光波导和/或阵列波导中某一根光波导耦合相连，泵浦光分离通道在靠近输出端口处与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连，信号光强检测通道与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。泵浦光输入通道用于把泵浦光耦合到基于阵列波导干涉器的光无源器件内部，泵浦光分离通道用于把泵浦光从输出通道中过滤分离出来，信号光强检测通道用于把输出信号光强分出一小部分，以监测输出信号光的强度，反馈控制泵浦光的大小。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它的泵浦光输入通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输入光波导和/或输出光波导和/或阵列波导中某一根光波导耦合相连。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它的泵浦光输入通道直接连接到采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它的泵浦光分离通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器在靠近输出端口处与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它没有泵浦光分离通道。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，信号光强检测通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。
所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，它没有信号光强检测通道。
本说明书中所用术语说明：(1)、基于阵列波导干涉器的光无源器件：指以阵列波导干涉器为基本单元，把多个阵列波导干涉器通过一定方式串接或堆砌组合起来，实现波分复用/解复用、光开关等功能的光无源器件。(2)、具有光增益功能的光波导：指在泵浦光激励下，光信号在其中通过时光信号的增益大于光波导材料的吸收损耗的光波导，如掺饵、铁等稀土元素的光波导。因此对无缺陷的直线型具有光增益功能的光波导，光信号的总增益大于总损耗，因为此时的光损耗主要是材料吸收，而对于曲线型和/或同时存在加工缺陷的具有光增益功能的光波导，光信号的总增益仍然可能等于或小于总光损耗，因为此时总光损耗中还包括模式损耗、光散射损耗等。
本发明的基本原理是：当用泵浦光激励具有光增益功能的光波导，如掺饵、铁等稀土元素的光波导时，会发生粒子数反转，当光信号通过时，由于受激辐射，电子从高能级激发态跳到低能级，辐射出与入射光子相同频率的光子，新产生的光子和原来的光子一道又会产生更多的光子，这样可以在一定程度上抵消光损耗，甚至增益大于损耗，实现光放大。因此内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件首先在器件制作上全部或部分采用具有光增益功能的光波导，其次通过泵浦光输入通道把泵浦光耦合到该器件的内部光波导中，使光信号得到增益放大。为了避免泵浦光的影响，必要时还需设置泵浦光分离通道，以免它从输出端口输出。如果想调节控制输出信号光的强度，可以设置信号光强检测通道，用于把输出信号光分离出一小部分，检测其强度，再反馈控制泵浦光的强度，因为光信号的增益倍数取决于泵浦光的强度，在一定范围内，泵浦光的强度越大，信号光的增益也就越大。
本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：
本发明所涉及的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，由于把增益功能直接集成在基于阵列波导干涉器的光无源器件的内部，结构紧凑，使用方便，与外接光放大器方式相比，还可大幅度节省封装、恒温装置成本等。
附图说明
图1为本发明在基于阵列波导干涉器的光无源器件为全部采用具有增益功能的光波导制作的1×N解复用器，泵浦光输入通道与单个单元的阵列波导干涉器的输出波导耦合相连，并带有采用方向耦合器与单个单元的阵列波导干涉器的输出波导相连的泵浦光分离通道和采用阵列波导干涉器的信号光强检测通道时，内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件的实施例示意图。
图2为本发明在基于阵列波导干涉器的光无源器件为全部采用具有增益功能的光波导制作的1×N解复用器，采用方向耦合器构成的泵浦光输入通道与整个器件的输入波导相连，没有泵浦光分离通道和信号光强检测通道时，内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件的实施例示意图。
图3为本发明在基于阵列波导干涉器的光无源器件为全部采用具有增益功能的光波导制作的N×1复用器，泵浦光输入通道直接与整个器件的输出波导相连，并带有一个采用方向耦合器与整个器件的输出通道相连的泵浦光分离通道时，内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件的实施例示意图。
图4为本发明在基于阵列波导干涉器的光无源器件为全部采用具有增益功能的光波导制作的N×1复用器，泵浦光输入通道与单个单元的阵列波导干涉器的输入波导通过一个方向耦合器相连时，内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件的实施例示意图。
具体实施方式
图1中内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件包括一个由阵列波导干涉器1，......，N组成的1×N解复用器，它们的工作波长分别为λ1、，......，λN，在阵列波导干涉器1中，正向泵浦光λP从它的输出光波导I2的左端口直接输入，反向泵浦光λp在靠近I2的右端口处从由Y形结构成的泵浦光输入通道P1输入，由于I2采用具有增益功能的光波导制作，输出光信号λ1在其中传输时获得增益，可以在一定程度上抵消光损耗，甚至增益大于损耗，实现光放大。为了避免泵浦光λp的影响，通过一个由方向耦合器构成的泵浦光分离通道P2把λp分离出来，以免它从输出通道I2的右输出端口输出，为了调节输出光信号λ1的强度，通过一个由中心波长为λ1的阵列波导干涉器构成的信号光强检测通道S2把λ1分离出一小部分来，以反馈控制泵浦光λp的强度。其他阵列波导干涉器2，......，N可以采用与上述阵列波导干涉器1一样的方式设置泵浦光输入通道、泵浦光分离通道和信号光强检测通道，图中未画出。采用上述结构的好处是正向和反向双向泵浦，光信号增益大，而且各个通道都有信号光强检测通道，增益强度可分别单独调节，有利于各个信道获得均匀一致光强输出，缺点是结构复杂，每个通道都需要各自的泵浦光输入通道、泵浦光分离通道和信号光强检测通道，且信号光在整个器件的输入光波导和各个阵列波导干涉器的耦合波导阵列中传输时由于没有泵浦光而无法获得增益。
图2中内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件包括一个由阵列波导干涉器1，......，N组成的1×N解复用器，它们的工作波长分别为λ1、，......，λN。泵浦光λp通过一个方向耦合器P1从整个器件的输入光波导I1输入。采用这种结构的好处是结构简单，只需要一个泵浦光输入通道，不需要泵浦光分离通道，这是因为泵浦光λp与λ1、，......，λN不重合，不能发生相长干涉，无法从输出光波导的输出端口输出。而且信号光在整个输入光波导I1及每个阵列波导干涉器的耦合波导阵列中传输时都能获得增益，因为泵浦光在这些光波导中都存在。
图3中内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件包括一个由阵列波导干涉器1，......，N组成的N×1复用器，它们的工作波长分别为λ1、，......，λN，泵浦光λp直接从整个器件的输出光波导I2的左端口输入。通过一个由方向耦合器构成的泵浦光分离通道P2把λp从输出通道I2分离出来，以免它从输出通道I2的右输出端口输出。采用这种结构的好处是结构相对简单，整个器件只需要一个额外的泵浦光分离通道。
图4中内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件包括一个由阵列波导干涉器1，......，N组成的N×1复用器，它们的工作波长分别为λ1、，......，λN，在阵列波导干涉器1中，泵浦光λp通过一个由向方向耦合器组成的泵浦光输入通道P1耦合进入阵列波导干涉器1的输入光波导I1中。其他阵列波导干涉器2，......，N可以采用与上述阵列波导干涉器1一样的方式增加一个泵浦光输入通道，图中未画出。采用这种结构时同样不需要泵浦光分离通道，且每个通道的信号光强度可分别调节，易于实现平坦一致的信号输出。
Claims (7)
1.一种内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，它包括采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件，泵浦光输入通道，泵浦光分离通道，和信号光强检测通道；泵浦光输入通道与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输入光波导和/或输出光波导和/或阵列波导中某一根光波导耦合相连，泵浦光分离通道在靠近输出端口处与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连，信号光强检测通道与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。
2.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，泵浦光输入通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输入光波导和/或输出光波导和/或阵列波导中某一根光波导耦合相连。
3.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，泵浦光输入通道直接连接到采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导。
4.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，泵浦光分离通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器在靠近输出端口处与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。
5.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，没有泵浦光分离通道。
6.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，信号光强检测通道通过Y型结或方向耦合器或工作波长合适的阵列波导干涉器与采用具有光增益功能的光波导制作的基于阵列波导干涉器的光无源器件的输出光波导耦合相连。
7.根据权利要求1所述的内置光增益功能的基于阵列波导干涉器的光无源器件，其特征在于，没有信号光强检测通道。
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