CN1486548A - 光功率监视器 - Google Patents

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Abstract

光功率监视器，包括：一个阵列波导光栅，包括第一个和第二个光交互区域；在它们之间，输入光信号从第一个光交互区域的第一面上的第一个位置传播到第二个光交互区域的第二面上的第二个位置，所述第一个和第二个位置之间的通信依赖于光信号的一个波长，有多个阵列波导光栅耦合在第一个光交互区域的第二个面与第二个光交互区域的第一个面之间，多个输出波导，其一端耦合到第二个光交互区域的第二个面，用来输出来自于第二个光交互区域的不同波长信道输出；探测器装置用来在输出波导的另一端探测所述不同波长信道输出，其中多个输出波导包括至少一个波长信道的至少两个输出波导。

Description

光功率监视器
本发明涉及一种色散光学装置。具体来说，但不排除其他情况，本发明涉及一种包含色散光学装置的光功率监视器。
为了适应对于通信网络中传输带宽的不断增长的需求，运营商大力投资发展密集波分复用技术(DWDM)。DWDM使用了很多间隔很近的载波波长，这些波长被复用到单个波导(例如光纤)上。在按照ITU(国际电信联盟)信道“栅格”风格设计的间隔安排中，这些载波波长间隔小至50GHz。每个载波波长都可以被调制，来提供各自的数据传输信道。通过使用许多信道，可以使每个信道的数据速率保持在低至易于处理的水平。
很明显，为了使用这个可获得的带宽，需要在接收机处分离、或者解复用(demultiplex)每个信道。为此目的，已经设计了新的光学元件来完成这项任务，其中之一就是阵列波导光栅(AWG)。阵列波导光栅是平面结构，包括一些阵列波导。这些阵列波导协同工作，如同分光计中的衍射光栅。AWG可以用作复用器和解复用器，并且单个AWG设计得通常可以既用作复用器又用作解复用器。典型的AWG复用器/解复用器1如附图1所示，包括一个衬底或者“底板(die)”1，上面有一个输入波导2，用来复用输入信号；两个“极板(slab)”或者“星形接线(star)”耦合器3、4，连接到阵列波导光栅5的任一端。阵列波导光栅5包括一个传输波导阵列8(图中仅显示了一部分)，以及多个单模式输出波导10，用来从第二个(输出)极板耦合器4向底板1的末端12来输出各自波长的信道输出。
在DWDM网络中，AWG的一个应用是监视复用信号中的功率。复用的信号被输入到AWG，通过在AWG装置的输出端12定位适当的探测器，可以监测到来自于每个波长信道的功率输出。
这样的功率监视器的一个问题是，来自于每个单模式输出信道的输出功率响应曲线都呈高斯函数状，如附图2(a)所示。在理想的功率监视器中，每个波长信道的输出响应曲线应当是方形的或者“平坦的”响应曲线，如附图2(b)所示。这意味着每个信道输出能够更加容易并且可靠地由用于接收信道输出的探测器装置探测到。平坦的响应曲线可以通过把输出功率响应曲线的峰值(同样的通带，P)平滑和/或扩展信道的带宽P(这会有效地使输出响应曲线变得平坦)来得到。
使用单模式的输出波导的现有技术装置的另一个问题是，由于设备自身的条件随时间改变，和/或影响该装置的环境变化，在第二个耦合器的输出面上，聚焦的波长的实际位置可能会随时间而变化。当输出位置中发生了这样的变化，则来自于输出波导的功率有可能发生输出退化。
已知现有技术的AWG设计中，为了获得更加平滑的输出响应曲线，多模式接口(MMI)滤波器位于第二个极板耦合器和波导输出的末端之间，与第二个极板相邻。然而，获得经过平滑的响应曲线是以设备中的功率损失为代价的。
本发明的目的之一在于避免或者减少一个或多个前述的缺点。
根据本发明的第一个方面，这里提供了一种光功率监视器，包括：
阵列波导光栅，包括第一个和第二个光交互区域，在它们中间，输入光信号从第一个光交互区域的第一个面上的第一个位置传输到第二个光交互区域的第二个面上的第二个位置，在所述第一和第二个位置之间的通信依赖于光信号的一个波长。多个阵列波导耦合在第一个光交互区域的第二个面与第二个光交互区域的第一个面之间；多个输出波导，一端耦合在第二个光交互区域的第二个面上，用来输出来自于第二个光交互区域的不同波长的信道输出；用来探测所述不同波长信道输出的探测器装置，位于输出波导的另一端；其中，
多个输出波导包括用于波长信道中至少一个波长信道的至少两个输出波导。
与常规情况下一个单模式输出波导被每个波长信道输出所使用相比较，根据本发明的功率监视器具有为每个波长信道输出提供的功率输出响应曲线更加平坦的优点。
每个信道输出最好配备至少一个探测器。
最好为每个信道输出提供两个单模式输出波导。作为选择，也可以为每个信道提供多于两个的单模式输出波导。每个信道的两个单模式输出波导的输出端最好距离足够近，以使一个探测器能够用来探测所述信道的每个输出波导的输出。作为选择，也可以为每个信道提供多个探测器，每个单模式输出波导都有一个探测器。
作为选择，所述至少一个信道的所述至少两个输出波导也可以是多模式波导，最好是双模式波导。最好，为每个信道输出提供两个输出波导，并且每个所述输出波导都是双模式波导。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用在功率监视器之中的色散光学装置，该装置包括：
一个阵列波导光栅，包括第一个和第二个光交互区域，在它们中间，输入光信号从第一个光交互区域的第一个面上的第一个位置传播到第二个光交互区域的第二个面上的第二个位置，所述第一个和第二个位置之间的通信依赖于光信号的一个波长，多个阵列波导耦合在第一个光交互区域的第二个面与第二个光交互区域的第一个面之间，多个输出波导，耦合在第二个光交互区域的第二个面上，用来把不同波长信道输出从第二个光交互区域传送到光学装置的输出缘；其中，
多个输出波导包括至少两个输出波导，最好是两个单模式输出波导，用于信道输出中至少一个信道输出，最好用于每个信道输出。
现在将参照附图，仅通过示例来描述本发明的优选实施例。附图中，
附图1是一种已知的色散光学装置的平面示意图；
附图2(a)是单模式输出波导的典型的高斯通带响应曲线；
附图2(b)是输出波导的理想通带响应曲线；
附图3是根据本发明的功率监视器的平面示意图；
附图4是附图3中装置的画圈区域A的放大视图；
附图5是附图4中装置的通带响应曲线；
附图6是附图4中装置的改进。
附图3和4显示了根据本发明的第一个实施例的功率监视器20。功率监视器包括一个AWG装置和多个探测器24，为AWG的每个波长信道输出提供了一个探测器。AWG装置形成在衬底或者“底板”22上面，包括一个输入波导25，采用极板耦合器27的形式的第一个光交互区域，位于第一个极板耦合器和第二个极板耦合器31(提供了第二个光交互区域)之间的、不同光通路长度的波导阵列29(仅显示了六条)，以及多个输出波导33(显示了八条)。按照公知的方法，在阵列中相邻波导29之间的光通路长度差是预定的常量，这个常量决定了波长输出信道在第二个极板耦合器31的输出接口上的位置。这种AWG制造和操作方法在本领域中是众所周知的。多个探测器24被安排与底板的输出边缘35相邻。探测器24连接到电源/控制电路38。
在附图4的放大视图中，详细显示了输出波导33的排列。每个输出波导33都是单模式波导，为AWG的每个波长输出信道提供了两个这样的单模式波导40、41。如附图3所示，输出波导33的每一对(a、b、c、d)都有一个探测器24。
每个输出波导的典型宽度大约是6μm。第二个极板耦合器31的区域中，每对输出波导对a、b、c、d之中的输出波导的末端50一般来说间隔大约8-10μm的宽度范围。相邻的输出波导对a、b、c、d之间的距离一般来说大约为25μm。在耦合到第二个耦合器31上的波导末端50，以及波导的另一个末端60(位于底板22的边缘35上)之间，每一对波导a、b、c、d之间的距离增加。因此，在每一对输出波导中，波导有效地从每个末端50、60朝着波导的中间部分“扇出”，这样的安排可以使每对波导都能够在末端充分地耦合，并从中充分地退耦。
对于每个信道输出，耦合到第二个极板耦合器上的两个单模式输出波导的末端50，有效地获得一个比仅采用一个单模式波导范围更宽的波长，用于给定的信道输出。每个单模式波导输出具有如附图2(a)中所示的、常规的高斯通带响应曲线。成对单模式波导的输出在相应的信道探测器24中有效地结合在一起，在底板22的输出端35，给出了一个大体上如附图5所示的形状(即，具有两个小一些的波峰60、61)的联合输出功率响应曲线，提供了比信道采用相应的单模式输出波导下的高斯分布平坦得多的总响应曲线。
除了可以获得更加平坦的功率输出响应曲线这一主要优点之外，本发明的装置还具有使AWG装置自身中的情况(比如，随时间的物理变化，和/或由环境条件而引起的变化)发生改变的优点，这使得第二个极板耦合器的输出端的波长信道的聚焦位置发生移动，而在常规的每个信道的单模式波导的设计中，这会导致来自于每个信道的功率输出退化，在本发明的装置里面，每个信道的两个简单模式波导会避免或者至少减少信道输出上AWG中这种变化(至少一定程度上)的影响。
能够意识到，选择输出波导的每一对a、b、c、d中的两个单模式波导末端50的间距(它们耦合到第二个极板耦合器27上)，会影响到出现在探测器上结合输出功率响应曲线中的、平坦化的性质。例如，每一对中的两个波导末端50相互的距离越远，信道输出的通带越宽，但附图5中输出功率响应曲线的两个小波峰60、61越显著。
此外，对于所述实施例进行修正和变化而不偏离本发明的范围是完全可能的。例如，在一些情况下，可以不需要使用输入波导25。作为替代，输入(复用的)光信号可以被直接输入到第一个极板耦合器27。
代替用于每个信道输出的单个探测器24，一对探测器可以被应用于每个信道，即，每个单模式波导使用一个探测器。这样任何一个信道的一对探测器的输出可以被结合在一起，在电路38中，以便从整体上来读出波长信道的功率。
代替每个信道输出配两个单模式波导这种方式，也可以对每个信道输出使用三个或者更多的单模式波导，尽管AWG底板的空间限制可能会使采用这种方法比采用一对波导脱离实际。
此外，代替单模式波导，可以使用双模式波导，或者支持多于两种模式的多模式波导。这会使每个波长信道输出的功率输出响应曲线进一步平坦化。尽管这样的输出波导仍然具有提供峰值更平坦和/或通带更宽的输出响应的优点，它们通常不受欢迎，因为双模式波导的一个问题在于，波导的任何弯曲都能够导致其中的光信号的退化/功率损失。特别是，很大的弯曲程度会引起问题。为了把AWG装置的尺寸保持在最小，通常会倾向于弯曲输出波导。
在另一个可能的实施例中，连接到第二个极板耦合器31的波导40、41的末端50可以向外在朝着极板耦合器的方向上逐渐变细(taper)(在宽度上)。已知这样的变细过程可以提供波长信道通带的扩展。附图6显示了输出波导末端的这个变细过程。在本实施例中，波导末端在向外的、朝着第二个极板耦合器的方向绝热地(adiabatically)逐渐变细。作为选择，同样的效果也可以通过沿着向内的、朝着极板耦合器的方向绝热地变细输出波导末端来达到。锥体的尺寸和几何结构影响了每对单模式波导的超模式(或系统模式)的形式，这样就能够被用来生产这些模式，以达到希望的信道通带形状。这可以通过在朝向极板耦合器的方向上，增加或者减少波导宽度来完成。
阵列波导29的末端可以在它们耦合到第一个和/或第二个极板耦合器27、31的地方，采用相似的方法使之变细。此外，或者作为一种替代性的选择，如果需要的话，输出波导33的输出端60可以在朝向底板22的输出端35的方向上，在外表宽度上逐渐变细。

Claims (17)

1、光功率监视器，包括：
阵列波导光栅，包括第一个和第二个光交互区域，在它们之间，输入光信号从第一个光交互区域的第一面上的第一个位置传播到第二个光交互区域的第二面上的第二个位置，所述第一个和第二个位置之间的通信依赖于光信号的一个波长，多个阵列波导光栅耦合在第一个光交互区域的第二个面与第二个光交互区域的第一个面之间，多个输出波导，其一端耦合在第二个光交互区域的第二个面上，用来输出来自于第二个光交互区域的不同波长信道输出；探测器装置，用来在输出波导的另一端探测所述不同波长信道输出，其中
多个输出波导包括用于至少一个波长信道之一的至少两个输出波导。
2、根据权利要求1的功率监视器，其中探测器装置包括用于每个信道输出的至少一个探测器。
3、根据权利要求1或2的功率监视器，其中为每个信道输出提供了两个单模式输出波导。
4、根据权利要求3的功率监视器，其中为每个信道提供了多于两个的单模式输出波导。
5、根据权利要求3或4的功率监视器，其中用于每个信道的两个单模式输出波导的所述其它末端与监视器装置处的间距足够近，以使单个探测器能够用来探测来自于所述信道的每个输出波导的输出。
6、根据权利要求3或4的功率监视器，其中探测器装置包括多个探测器，每个单模式输出波导都有一个探测器。
7、根据权利要求1或2的功率监视器，其中用于所述至少一个信道的所述至少两个输出波导是多模式波导。
8、根据权利要求7的功率监视器，其中所述至少一个所述波长信道输出的所述至少两个输出波导是双模式波导。
9、根据以上权利要求中任一项所述的功率监视器，其中耦合到第二个光交互区域的第二个面的所述输出波导末端，在朝着所述第二个光交互区域的方向上逐渐变细。
10、根据权利要求9的功率监视器，其中所述输出波导末端在朝着所述第二个光交互区域的方向上向外逐渐变细。
11、根据权利要求9或10的功率监视器，其中所述输出波导末端在朝着所述第二个光交互区域的方向上，绝热地逐渐变细。
12、用在功率监视器中的色散光学装置，该装置包括：一个阵列波导光栅，包括第一个和第二个光交互区域，在它们之间输入光信号从第一个光交互区域的第一面上的第一个位置传播到第二个光交互区域的第二个面上的第二个位置，在所述第一个和第二个位置之间的通信是依赖于光信号的一个波长，多个阵列波导耦合在第一个光交互区域的第二个面和第二个光交互区域的第一个面之间，多个输出波导耦合到第二个光交互区域的第二个面，用来把来自于第二个光交互区域的不同波长信道输出传送到光学装置的输出端；其中，多个输出波导包括至少一个信道输出的至少两个输出波导。
13、根据权利要求12的色散光学装置，其中，为每个波长输出信道提供了两个单模式输出波导。
14、通信系统，包括至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的功率监视器。
15、通信系统，包括至少一个根据权利要求12或13的色散光学装置。
16、功率监视器，主要参照附图3和4所描述的。
17、功率监视器，主要参照附图3和6所描述的。
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