CN1800895B - 用于动态偏振控制的方法和装置 - Google Patents

用于动态偏振控制的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1800895B
CN1800895B CN200510134661.4A CN200510134661A CN1800895B CN 1800895 B CN1800895 B CN 1800895B CN 200510134661 A CN200510134661 A CN 200510134661A CN 1800895 B CN1800895 B CN 1800895B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
optical waveguide
sidewall
substrate
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200510134661.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1800895A (zh
Inventor
阿列克谢·格列博夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of CN1800895A publication Critical patent/CN1800895A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1800895B publication Critical patent/CN1800895B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/278—Controlling polarisation mode dispersion [PMD], e.g. PMD compensation or emulation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0128—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects
    • G02F1/0131—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence
    • G02F1/0134—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence in optical waveguides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

用于动态偏振控制的方法和装置。公开了一种在光网络中有用的动态偏振控制器(DPC)及动态偏振控制的方法。本发明的DPC具有形成在基板(例如硅晶片)上的光波导。所述光波导的中间部分悬在腔的上方，以及设置偏转结构(例如电极)，用于可控地对所述波导的悬起部分施加力。在所述波导的悬起部分上施加偏转力引起波导芯中的可控的双折射，从而使得可以对通过该DPC的光的偏振性质进行动态地控制。可以将本发明的DPC的阵列形成在单个基板上，并用于光网络(例如WDM系统)中，从而将通过单根光纤传送的多个光信号多路分解以进行处理。可以在基板上串联形成多个DPC，以增大偏振控制度。本发明的DPC可以与差分群延迟(DGD)补偿器相组合，以对光信号的偏振模色散(PMD)进行动态补偿。本发明的DPC能够在微秒的时间帧内操作，从而提供实时的PMD补偿。

Description

用于动态偏振控制的方法和装置
技术领域
本发明涉及光通信系统，更具体地，致力于一种在对光纤中的偏振模色散进行补偿的系统中有用的动态偏振控制的方法和装置。
背景技术
人们对能够获得更高数据传输速率的高速通信系统的需求日益增加，为满足该需求，采用光网络的光通信系统是至关重要的。这种系统通常采用波分复用(WDM)，从而将多个光信号作为分离的信道在单根光纤中同时传送。随着较高数据速率的实现，偏振模色散(PMD)变为重要的课题，目前认为这种PMD是提高数据传输速率的主要障碍之一。一般认为，在数据传输速率达到10Gb/s时，PMD开始起作用，并且为了在超过40Gb/s的速率下避免数据损失，对PMD进行补偿是至关重要的。
与色散不同，PMD不是固定的，并作为许多时间可变因素的函数而不断变化，在从几毫秒到几小时变动的时间范围上变化。PMD因光纤中的双折射(双折射导致不同偏振的光以不同的速度前进)而出现。尽管在理论上完全圆的光纤是不会双折射的，但在光纤例如由于弯曲、受压、受热等而受到不均匀的机械应力时，会产生这种双折射。结果，对PMD进行静态补偿是不实际的。因而，对PMD进行补偿的有效的系统应该是动态的，并能够响应于传送的信号的偏振性质在几微秒内的变化。此外，PMD能够随信道的不同而变化，因而对PMD进行补偿的系统应该可以逐个信道可控的。优选地，用于PMD补偿的装置应是可兼容的，很容易与WDM光网络中的其他设备(例如多路复用器(MUX)、多路分解器(DEMUX)、可变光衰减器(VOA)、平面光放大器、光开关等)集成一体。最后，PMD补偿装置应能够相对容易和便宜地构建。动态偏振控制器是对PMD进行补偿的系统的关键元件。
虽然对PMD及其成因的研究付出了相当大的努力，但可以相信很少的努力是致力于在解决该问题的，能够低成本地在WDM光网络中有益地实现的成果尤其少。因此，存在着对光网络中的PMD进行动态补偿的经改善的装置和方法的需求，这是本发明的目的。此外，存在着对在PMD补偿系统及其他应用中使用的经改善的偏振控制器的需求。
发明内容
根据本发明可以实现前述的目的和方面，本发明在一个方面致力于一种动态偏振控制器，其包括：基板，在该基板中形成有腔；形成在所述基板上的光波导，所述光波导具有悬在所述基板上方的腔内并穿过该腔的连续中间部分；偏转结构，其位于所述光波导周围并位于所述腔内及腔周围，用于可控地对所述波导的悬起部分施加力，位于所述光波导周围的所述偏转结构以及在所述腔内形成连续结构的所述波导的所述悬起部分使得所述波导的偏振性质能够由所述偏转结构通过水平和垂直两个方向偏转来可控地改变。优选地，所述基板是硅基板，所述波导由光学聚合物制成。在所公开的实施例中，所述偏转结构包括多个电极，优选地，所述腔具有与所述波导的侧壁相邻的侧壁，并且所述腔的侧壁与所述波导的侧壁具有形成在其上的相对的偏转器电极对。在另一方面，所述腔底壁和波导底壁也具有形成在其上的相对的偏转器电极对。所述腔的底和所述波导的悬起部分的底之间的间隔优选地在大约0.1微米到大约30微米的范围内。
在另一方面中，本发明的动态偏振控制器包括沿所述基板上的单个波导串联形成的多个动态偏振控制器。
另一方面的本发明包括利用上述动态偏振控制器的偏振模色散补偿系统。
本发明的动态偏振控制器的更具体实施例包括：硅基板；形成在硅基板上的聚合物光波导，所述聚合物光波导的连续中间部分悬在形成在所述硅基板中的腔内并穿过该腔，并形成在与所述波导相邻的硅基板上的一个或更多个层中；至少两个偏转器电极，形成在所述聚合物光波导的悬起部分的壁上，并对应于形成在所述腔的壁上的相对电极，从而形成多个相对电极对；以及控制系统，用于可控地向一个或更多个所述相对电极对施加电压差，使得可以对所述聚合物光波导的所述悬起部分在水平和垂直两个方向上施加所期望的偏转力，以改变所述聚合物光波导的所述悬起部分的偏振性质。所述硅基板上的与所述波导相邻的一个或更多个层可以是聚合物层。
在另一方面，本发明致力于一种制造动态偏振控制器的方法，其包括：在基板上形成光波导；在基板中形成围绕所述波导的连续中间部分的腔，使得连续中间波导部分悬在所述腔内并穿过该腔；以及在所述连续中间波导部分周围和所述腔内及腔周围形成偏转结构，所述偏转结构用于向所述波导的所述悬起部分施加水平和垂直方向的力。优选地，所述基板是硅晶片，所述光波导包括聚合物芯材料。所述腔可以由两步骤刻蚀工艺制成，所述两步骤刻蚀工艺包括：首先在形成波导的步骤之前刻蚀基板的一区域以在基板上生成多孔区，并且随后在形成波导之后，刻蚀掉在第一刻蚀步骤期间形成的多孔材料。第一刻蚀步骤可以包括电化学刻蚀，而第二刻蚀步骤可以包括湿化学刻蚀。为了避免对硅基板的可感测的刻蚀，优选地执行第二刻蚀步骤的时间少于10秒。该形成腔的步骤可包括在基板上方生成掩模层。
在又一方面，本发明致力于一种用于控制在光系统中传输的光信号的偏振模色散的补偿系统，该系统包括：光输入，用于接收来自光纤的光信号；波导，形成在基板上，用于传输通过所述补偿系统的所述光信号，所述光波导的连续中间部分悬在形成在基板上的腔内并穿过该腔；偏转结构，其位于所述光波导周围并位于所述腔内及腔周围，用于对所述波导的悬起部分可控地施加水平和垂直方向的力，从而调节通过所述波导的所述悬起部分的光信号的偏振性质；差分群延迟补偿器，其接收穿过所述波导的悬起部分之后的光信号；偏振监测设备，用于监测所述光信号的偏振度；以及控制器，与所述偏振监测设备相耦合，并与所述偏转结构相耦合，用于响应于从所述偏振监测设备接收的信息来调节通过所述偏转结构施加的力。优选地，所述波导由一个或更多个光学聚合物形成，所述基板是硅基板，所述腔的底形成在所述硅基板中，并且所述腔的与所述波导的悬起部分相邻的侧面的至少一部分由聚合物制成。所述偏转结构可以包括至少两对相对的电极，其中各电极对的一个电极形成在所述波导的悬起部分的侧壁上，并且所述电极对的另一电极形成在所述腔的相邻侧壁上，其中，所述控制器能够调节施加到所述电极的每一个上电压的大小，使得能够通过各电极对施加可控的静电力。优选地，所述差分群延迟补偿器在所述控制器的控制下是可调节的，并且所述偏振监测设备是偏振度监测器。
在本发明的再一方面，本发明致力于一种补偿系统，用于在波分复用系统中对在光纤中传输的多个光信号的偏振模色散进行控制，该补偿系统包括：输入，用于接收来自光纤的多个光信号；多路分解器，用于将所述多个光信号分离成对应的多个单个信道；形成在单个基板上的至少一个动态偏振控制器阵列，各动态偏振控制器与所述多个单个信道之一相关联，并包括形成在基板中的腔内并穿过该腔的悬起的波导；差分群延迟补偿器，其与各动态偏振控制器相耦合，以接收来自所述动态偏振控制器的光信号；控制系统，与各动态偏振控制器相耦合，用于通过所述悬起的波导的水平和垂直方向的偏振来调节通过动态偏振控制器的光信号的偏振性质；监测系统，与所述控制器相耦合，用于监测各信道中的光信号的偏振，以及多路复用器，用于重组所述多个信道中的光信号。
附图说明
结合附图参照下面的详细说明，将很容易察觉本发明的前述方面以及相伴随的优点。在附图中：
图1是根据本发明一个方面的用于控制光网络中的偏振模色散的装置的示意平面图；
图2是本发明的动态偏振控制器的实施例的立体图；
图3是本发明的动态偏振控制器的实施例的经简化的平面图；
图4是图3的动态偏振控制器沿视图线A-A的截面图；
图5是图3的动态偏振控制器沿视图线B-B的截面图；
图6是本发明的动态偏振控制器的另一变型的截面图；
图7是本发明的动态偏振控制器的又一变型的截面图；
图8A-8D示出了本发明的动态偏振控制器在不同制造阶段的截面图。
具体实施方式
本发明致力于一种动态偏振控制器及其制造方法，并致力于一种通过使用所发明的动态偏振控制器对光信号的偏振模色散(“PMD”)进行补偿的系统和方法。本发明的动态偏振控制器可以通过使用现有的半导体处理技术而相对容易和便宜地制造，并且可以容易地将其制造成与其他光学元件一起集成在共同基板上的多个阵列。本发明的偏振控制器的响应时间可以在亚毫秒范围内，从而其可以对光网络中可能遇到的PMD的各种变化作出响应。此外，可以很容易地串联地布置多个单个的控制器，以提供增强的偏振控制。
图1是根据本发明的实施例的装置10的示意性平面图，该装置对WDM光学系统中的PMD进行补偿。应注意，在WDM系统中，在光纤中同时发送通常具有稍微不同的波长的多个光学(即，光)信号。将来自光源20的所发送的信号输入多路分解器(DEMUX)，在该处将该信号分离成多个波导信道35a-35d。尽管为说明的目的，仅示出了4个信道，但本领域的技术人员应意识到WDM系统能够传送比4个信道更多的信道，使得装置10可以具有数量大得多的信道。用于对输入光信号进行多路分解的一种方便而且可兼容的结构是阵列波导光栅(AWG)。AWG结构是已知的，并且不需要进一步详细描述。
波导信道35a-35d与第一组(阵列)动态偏振控制器(PC)40a-40d相连。下面将详细描述本发明的动态偏振控制器的结构和操作。概括地说，与差分群延迟补偿器和控制系统相结合地使用偏振控制器，以对由传输光纤所引起的PMD进行动态地补偿。控制器50调节由不同的偏振控制器提供的补偿度。可以将多个动态偏振控制器串联地布置在信道中，以提高偏振控制的量。为简化示图，仅在一个信道(信道“a”)中示出了多个串联的三个这种偏振控制器40、40a’、40a”，并仅将信道a中的偏振控制器示出为与控制器50相连。然而，在实践中，各信道通常具有相同数量的串联的动态偏振控制器，并且各偏振控制器将与控制器50相连。
除串联的动态偏振控制器阵列之外，本发明的PMD补偿装置10在各信道中具有一个或更多个差分群延迟(“DGD”)补偿器60。图1中示出了三个这种补偿器60a、60a’和60a”，它们每一个都接收来自信道a中的一个偏振控制器的输出光信号。因而，在图1的实施例中，将来自第一DGD补偿器60a和第二DGD补偿器60a’的输出光信号随后输入到与之串联的下一偏振控制器中，并且将最后的DGD补偿器60a”的输出光耦合到多路复用器(MUX)70。多路复用器70随后重组各个光信道a-d中的信号并且继续传输所组合的信号。
DGD补偿器60可以是固定的或可变的(即，可调节的)。优选地，它们是在控制器50的控制下可调节的。根据本发明的一个实施例，通过使用各信道中的一对或更多对动态偏振控制器和DGD元件可获得对PMD的补偿。具体地，通过调节与DGD补偿器相连的光信号的主偏振状态(PSP)来校正PMD。根据本发明的实施例，偏振控制器用于调节信号的PSP，以匹配DGD补偿器的PSP。如所描述的，取决于光网络的速度和光纤的长度，这可能需要各信道中的几个块，各块包括成对的动态偏振控制器和DGD补偿器。各种类型的可调节DGD补偿器在本领域是已知的，并且不需要更详细地描述它们的结构和操作模式。在另选的实施例中，本发明的两个或更多个动态偏振控制器可以串联地使用，以在单个DGD补偿器之前递增地调节信号的PSP。因而在DGD补偿器的数量与动态偏振控制器的数量之间不需要一对一的对应关系。
在通过偏振控制器/DGD补偿器块之后，可以利用例如偏振度(DOP)分析仪80来监测输出信号的偏振性质。此外，用于实时监测光信号的偏振的DOP分析仪或其他等同装置是公知的，并且无需更详细地描述。很小比例的光被转向DOP分析仪，以监测其偏振性质。将DOP分析仪80或类似设备的输出随后反馈到控制器50，从而使控制器能够根据需要动态地调节DGD补偿器60(如果它们可调节的话)和偏振控制器40、40’、40”，以抵消PMD。本领域的技术人员将意识到：控制器50可以包含基于微处理器的系统，其带有适当的I/O设备、软件、电压电源等。
图2-5描述了根据本发明的优选实施例的动态偏振控制器(DPC)40。使用公知并广泛使用的处理技术在硅基板100上制造DPC40。这使得本发明的DPC可以相对容易并廉价地制造，可靠、可再现并易于与单个基板上的其他光学结构相结合。在硅基板上方形成有夹在上覆层120与下覆层130之间的聚合物波导芯110。优选地，所述上覆层和下覆层也是聚合物，每一个具有比波导芯的折射系数小的折射系数。优选地光学聚合物包括环氧树脂、聚酰亚胺和基于硅氧烷的树脂。在通常的设计中，芯层厚度在大约1微米到大约10微米的范围内，并更优选地在大约4微米到大约8微米的范围内，并且上覆层和下覆层的厚度在大约5微米到大约50微米的范围内，更优选地在大约10微米到大约20微米的范围内。可以从多种制造商处获得光学聚合物，这些制造商会提供这些光学聚合物的属性和使用的详细的说明。
结合图1的装置，将形成多个这种波导，每个信道至少一个波导。将各波导限制在基板的小部分，然而，如图中所示，可以在整个基板上方形成各种聚合物层。在波导35的周围形成有凹陷或腔150，使得波导35的中间部分悬在腔150中。波导35的其余部分(即没有悬在腔150内的部分)保持与基板100固定连接。
使用偏转结构来对波导的悬起部分施加力。在优选实施例中，在波导35的悬起部分的上表面和侧表面上形成有电极180，并且在腔150的相邻壁上形成有电极160和170，使得该对电极相互面对。在图2所示的实施例中，电极180是两组电极对公用的。在一个另选实施例中，形成在悬起的波导部分110的侧壁上的电极可以分开的，从而可以施加不同的电压。在另一另选实施例中，如图6所示，在波导35的悬起部分的底上还形成有电极190，并且在腔150的相邻底壁上形成相对电极195。
根据本发明，对电极施加的适当的电压是用于通过对聚合物波导的悬起部分施加静电力来使波导的悬起部分偏转。该偏转的方向既可在与基板的表面平行，也可在与基板垂直，在波导芯中产生各项异性应力，引起聚合物中的强双折射。使用聚合物是优选的，因为它们具有较大的弹性，并因此与其他具有可相当的光学性质的材料相比更容易偏转。通过控制波导的偏转度，人们可以控制双折射的程度和方向，从而控制穿过被悬起的波导的光的偏振性质。具体地，双折射在具有导致偏振状态相对于输入偏振状态旋转的正交偏振的模式之间产生相位偏移。换句话说，存在着PSP的旋转。对于具有高光弹性(elasto-optic)系数的聚合物来说，波导微米级的偏转可以导致强双折射，而不会损害波导悬起部分的结构完整性。另外，导致双折射所需的小的偏转使因弯曲引起的漏光非常低。
作为示例，图3示出了施加到电极160和180的正电压，而将负电压施加给电极170。因而，电极160排斥电极180。波导和电极170吸引它，从而产生了使波导向电极170偏转的静电力。该静电力的大小是施加给电极的电压、电极的尺寸和它们之间分离的距离的函数。
在图2-5所示的实施例中，所悬起的波导仅能在水平方向偏转，通过如图6所示地在所述波导的悬起部分的下表面上和腔150的底面的相对表面上形成电极，也可以使悬起的波导在垂直方向偏转。然而，这使得制造更复杂。为制造图6所示的器件，优选地使用带有牺牲部分(sacrificial portion)的中间层来代替多孔硅。该中间层(也可以将其称为牺牲层)可以是经过构图的光刻胶。在形成带有牺牲部分的该牺牲层之前，首先在基板上形成底电极和连接线。在形成牺牲层之后，形成将成为波导上的底电极的电极。随后形成波导，并去除该牺牲层的一部分，在适当位置留下上电极和下电极。例如，如果牺牲层是经构图的光刻胶，则可以以常规的方式使用抗蚀剂剥离液(resist stripper)。
本发明的一个DPC可能不足以完全控制输出偏振。然而，通过依次级联多个以这种方式形成的DPC，如图7所示，可以完全控制偏振的输出状态。因为本发明的悬起的波导的质量很轻，因此可以在亚毫秒时间帧内引入偏转，这对于PMD补偿来说是足够了。
图8A-8D描述了根据一种制造技术，本发明的动态偏振控制器在加工的各个阶段的截面图。截面在与波导平行的方向上。应注意，本发明的DPC的显著的优点是其可以通过使用本行业通常使用的公知处理技术来制造。图8A示出了其上形成有经构图的掩模层800的硅基板100。掩模层800可以是软或硬的掩模层。使用一个或更多个光刻胶层和光刻法来生成经构图的掩模层在本领域是公知的，并且不需要详细描述。为了简化和方便，只示出了掩模层810中的一个开口，但本领域技术人员应该理解：在实际的实施例中，在掩模层上将形成许多这种开口。
图8B示出了形成在硅基板100内的、掩模800的开口下的多孔硅区域810。可以使用简单的电化学刻蚀来生成多孔硅。在该工艺期间，在硅中形成了微米级或纳米级的孔。该多孔硅包括用被互连的空孔(void)包围的桥(bridge)连接的纳米微晶。取决于电化学刻蚀工艺参数，去除了最初的硅的10％到90％。这使得残留的硅是机械健壮的，并保持了平坦的表面。多孔硅区810的深度可以浅至大约0.1μm，或深至几十μm，例如大约30微米。多孔硅的横向尺寸(即基板平面的尺寸)将根据设计需要而改变。适当的电化学刻蚀剂包括氢氟酸(HF)的水溶液或乙酸溶液(ethanoic solution)，HF浓度通常在大约10％到大约35％的范围内。
在图8C中，已经通过使用不会改变下面的多孔硅的任何标准的剥离技术去除了掩模层800，并且已经形成波导结构，其包括下覆层130、芯层110和上覆层120。优选地，这些层由光学聚合物形成，至少所述芯聚合物层具有与应力强相关(即高的光弹性系数)的双折射性。形成在多孔硅区810上延伸的波导涉及众所周知的淀积和构图技术。例如，可以通过旋涂或溅涂淀积聚合物层，并随后使用标准的光刻技术进行构图以形成分立的波导结构。随后对以后形成腔150的一部分的沟350、360(见图3)进行刻蚀或将其形成在波导的横向侧面周围的聚合物层中。随后在波导上方、在上覆层上的相邻部分上以及在沟350、360的壁上形成电极160、170和180。通过使用公知的淀积和构图技术，由适当的导电材料(例如金)形成电极160、170和180。在形成这些电极的同时，还形成了与这些电极相关联的导电引线和连接焊盘。
图8D示出了在去除牺牲多孔硅之后所得的最后结构。去除多孔硅可以非常快速，即在几秒内(例如少于10秒)，通过使用适当的湿刻工艺完成，而不会对固体硅产生任何感测到的刻蚀。多孔硅的结构(其具有纳米微粒和互联的空孔)呈现被非常迅速刻蚀掉的非常大的表面区。多孔硅的去除结合沟350、360留下了波导的悬在腔150中的部分。可选地，随后可以将一个或更多个附加层(例如保护层)应用于该结构或该结构的部分。可以使用任何适当的硅刻蚀剂，例如浓缩的氢氧化钾(KOH)。
会影响本发明的DPC的性能的各种参数包括：(1)腔的尺寸，特别是波导的悬起部分的长度；(2)电极的间隔和尺寸，以及可以对电极施加的最大电压的大小；(3)波导的内部尺寸；(4)在波导中使用的材料以及任何涂层的性质，包括所有材料的挠性、在波导芯中的产生的双折射的应力的大小、以及影响漏光的芯与覆层之间的折射率的差异；(5)串联的级联DPC的数量。这些因素中的每一个都将影响精确的器件设计。
本发明提供了很多优点。可以相信在硅上制造的聚合物波导提供了这种类型的光学设备的最低成本的技术。有具有低损耗(例如低于0.1dB/cm)、折射系数接近于标准硅石的折射系数、低的偏振相关损耗(PDL)的许多高稳定光学聚合物可以在本发明中使用。在单个基板上构建本发明的DPC阵列的能力使得可以容易地将这种阵列与其他平面光学器件(特别是WDM器件)组合并集成。例如，用于包含两个DGD段的40个信道的单个WMD PMD补偿器将至少需要80个本发明的DPC。使用当前可用的处理技术，能够在单个硅晶片上制造所有这些器件。这消除了在配合大量的非集成器件工作时由误对准和差的重复性所引起的错误。
主要在用于控制偏振模色散的系统的背景中描述了本发明的动态偏振控制器。本领域的技术人员应理解这种控制器还有许多其他的应用。因而，例如DPC还可以与偏振扰频(polarization scrambling)、偏振相关损耗(PDL)减小和PMD或PDL测量系统相结合地使用。因此，可以与很多类型的偏振敏感器件相结合地使用DPC。
尽管示出并描述了优选实施例，但可以在不脱离本发明的精神和范围地进行各种修改和替换。因而，可以理解，本发明仅仅是以示例的方式说明的，不应该将已经在本文中公开的这种示例和实施例解释成对权利要求的限制。

Claims (21)

1.一种动态偏振控制器，其包括：
基板，在该基板中形成有多个腔；
形成在所述基板上的光波导，所述光波导具有悬在所述基板上方的每个腔内并穿过该腔的连续中间部分，每个所述腔包括侧壁和底壁，所述光波导的所述中间部分与所述侧壁相邻，以使得所述中间部分的任何一部分都不位于每个所述腔外面的所述侧壁的上方；
偏转结构，其位于所述光波导周围并位于每个腔内及腔周围，用于可控地对所述光波导的悬起部分施加力，以改变所述光波导的悬起部分的偏振性质；
所述偏转结构包括多个偏转器电极，所述多个偏转器电极位于所述腔的所述侧壁和底壁上，并位于所述光波导的与所述侧壁和底壁相对的表面上，以使得所述偏转结构被设置为朝向或远离每个所述腔的所述侧壁或底壁而偏转所述光波导的所述中间部分。
2.根据权利要求1所述的动态偏振控制器，其中所述基板是硅基板。
3.根据权利要求1所述动态偏振控制器，其中，所述光波导由光学聚合物制成。
4.根据权利要求1所述动态偏振控制器，其中，所述腔底与所述光波导的悬起部分的底之间的间隔在0.1微米到30微米的范围内。
5.一种偏振模色散补偿系统，其包括如权利要求1所述的动态偏振控制器。
6.一种动态偏振控制器，其包括：
硅基板；
形成在所述硅基板上的聚合物光波导，所述聚合物光波导的连续中间部分悬在形成在所述硅基板中的多个腔内并穿过该腔，并形成在与所述光波导相邻的所述硅基板上的一个或更多个层中，每个所述腔包括侧壁和底壁，所述光波导的所述中间部分与所述侧壁相邻，以使得所述中间部分的任何一部分都不位于每个所述腔外面的所述侧壁的上方；
多个偏转器电极，所述多个偏转器电极位于所述腔的所述侧壁和底壁上，并位于所述光波导的与所述侧壁和底壁相对的表面上，以使得所述偏转结构被设置为朝向或远离每个所述腔的所述侧壁或底壁而偏转所述光波导的所述中间部分；以及
控制系统，用于可控地向一个或更多个所述电极施加电压差，使得可以对所述聚合物光波导的所述中间部分在水平和垂直两个方向上施加所期望的偏转力，以完全改变所述聚合物光波导的所述中间部分的偏振性质。
7.根据权利要求6所述的动态偏振控制器，所述硅基板上的与所述光波导相邻的一个或更多个层是聚合物层。
8.一种制造动态偏振控制器的方法，其包括：
在基板上形成光波导；
在基板中形成多个腔，使得一连续中间波导部分悬在每个腔内并穿过该腔，每个所述腔包括侧壁和底壁，所述光波导的所述中间部分与所述侧壁相邻，以使得所述中间部分的任何一部分都不位于每个所述腔外面的所述侧壁的上方；以及
在每个腔内的所述连续中间波导部分周围形成偏转结构，所述偏转结构包括多个偏转器电极，所述多个偏转器电极位于所述腔的所述侧壁和底壁上，并位于所述光波导的与所述侧壁和底壁相对的表面上，以使得所述偏转结构被设置为朝向或远离每个所述腔的所述侧壁或底壁而偏转所述光波导的所述中间部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基板是硅晶片。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述光波导包括聚合物芯材料。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述腔由两步骤刻蚀工艺形成，所述两步骤刻蚀工艺包括：首先在形成波导的步骤之前，刻蚀所述基板的区以在基板中生成多孔区，并随后在形成了所述光波导之后，刻蚀掉在第一刻蚀步骤期间形成的多孔材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一刻蚀步骤包括电化学刻蚀。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二刻蚀步骤包括化学刻蚀。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二刻蚀步骤执行的时间少于10秒。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述形成腔的步骤包括在基板上方生成掩模层。
16.一种用于对在光系统中传输的光信号的偏振模色散进行控制的补偿系统，其包括：
光输入，用于接收来自光纤的光信号；
波导，形成在基板上，用于传输通过所述补偿系统的所述光信号，所述光波导的连续中间部分悬在形成在基板上的多个腔内并穿过该腔，每个所述腔包括侧壁和底壁，所述光波导的所述中间部分与所述侧壁相邻，以使得所述中间部分的任何一部分都不位于每个所述腔外面的所述侧壁的上方；
偏转结构，其位于每个腔内的所述光波导周围，所述偏转结构包括多个偏转器电极，所述多个偏转器电极位于所述腔的所述侧壁和底壁上，并位于所述光波导的与所述侧壁和底壁相对的表面上，以使得所述偏转结构被设置为朝向或远离所述腔的所述侧壁或底壁而偏转所述光波导的所述中间部分，以完全改变所述光波导的所述中间部分的偏振性质；
差分群延迟补偿器，其接收穿过所述光波导的所述悬起部分之后的光信号；
偏振监测设备，用于监测所述光信号的偏振度；以及
控制器，与所述偏振监测设备耦合，并与所述偏转结构耦合，用于响应于从所述偏振监测设备接收的信息来调节由所述偏转结构施加的力。
17.根据权利要求16所述的补偿系统，其中，所述光波导由光学聚合物制成。
18.根据权利要求16所述的补偿系统，其中，所述基板是硅基板。
19.根据权利要求18所述的补偿系统，其中，所述腔的底形成在所述硅基板中，并且其中所述腔的至少与所述光波导的所述悬起部分相邻的侧面的部分由聚合物制成。
20.根据权利要求16所述的补偿系统，其中所述差分群延迟补偿器在所述控制器的控制下是可调节的。
21.根据权利要求16所述的补偿系统，其中，所述偏振监测设备是偏振度监测器。
CN200510134661.4A 2004-12-13 2005-12-13 用于动态偏振控制的方法和装置 Expired - Fee Related CN1800895B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/010,789 US7724987B2 (en) 2004-12-13 2004-12-13 Method and apparatus for dynamic polarization control
US11/010,789 2004-12-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1800895A CN1800895A (zh) 2006-07-12
CN1800895B true CN1800895B (zh) 2010-09-01

Family

ID=36583959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200510134661.4A Expired - Fee Related CN1800895B (zh) 2004-12-13 2005-12-13 用于动态偏振控制的方法和装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7724987B2 (zh)
JP (1) JP4675225B2 (zh)
CN (1) CN1800895B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7421156B1 (en) * 2006-02-09 2008-09-02 Lightwave Microsystems Corporation Methods to reduce polarization dependent loss in planar lightwave circuits
US7522783B2 (en) * 2006-06-05 2009-04-21 Fujitsu Limited Optical interconnect apparatuses and electro-optic modulators for processing systems
US8005360B2 (en) * 2008-08-05 2011-08-23 Alcatel Lucent PMDC feedback signal for alternate polarization DPSK system
CN101729149A (zh) * 2008-10-22 2010-06-09 华为技术有限公司 一种光解偏振复用光载波的方法、装置和系统
CN101667880B (zh) * 2009-10-10 2013-05-01 武汉邮电科学研究院 一种克服光纤pdl引起两偏振信道串扰的偏振复用系统
CN101719798A (zh) * 2009-12-29 2010-06-02 中兴通讯股份有限公司 用于多信道偏振模色散补偿的装置和方法
CN101834673B (zh) * 2010-05-13 2013-09-04 武汉邮电科学研究院 一种偏振模色散补偿的方法
CN102621715B (zh) * 2012-04-27 2014-01-29 湖南大学 一种产生具有动态特征偏振光的方法
US9112609B2 (en) * 2013-06-10 2015-08-18 Fujitsu Limited Mitigation of polarization dependent loss in optical multi-carrier/super-channel transmission
US9435952B2 (en) * 2013-06-10 2016-09-06 Freescale Semiconductor, Inc. Integration of a MEMS beam with optical waveguide and deflection in two dimensions
WO2015089844A1 (zh) 2013-12-20 2015-06-25 华为技术有限公司 起偏器及偏振调制系统
WO2017177118A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-12 Acacia Communications, Inc. Filling a cavity through a reservoir and a feed-channel and related apparatus and methods
US10416381B1 (en) 2016-12-23 2019-09-17 Acacia Communications, Inc. Spot-size-converter design for facet optical coupling
CN109521529A (zh) * 2017-09-19 2019-03-26 香港理工大学深圳研究院 一种光开关及光交叉互连器件
CN114089470B (zh) * 2022-01-20 2022-05-06 深圳珑璟光电科技有限公司 一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0792400A (ja) * 1993-09-20 1995-04-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 光導波路
JPH07230049A (ja) * 1994-02-18 1995-08-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 駆動型光部品
US6724512B2 (en) * 1999-11-03 2004-04-20 Optodot Corporation Optical switch device
US6763154B2 (en) * 2001-05-21 2004-07-13 Jds Uniphase Inc. Methods and structures for the control of optical waveguide devices by stress
EP1472304A4 (en) 2002-02-04 2005-06-08 Du Pont HALOGENATED OPTICAL POLYMERS CONTAINING COMPOSITION
US7450812B2 (en) * 2003-05-06 2008-11-11 Rosemount Inc. Compensated variable optical attenuator
US7177505B2 (en) * 2004-03-04 2007-02-13 Rosemount Inc. MEMS-based actuator devices using electrets

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
说明书正文0039段、附图12.

Also Published As

Publication number Publication date
CN1800895A (zh) 2006-07-12
US20060126989A1 (en) 2006-06-15
US7724987B2 (en) 2010-05-25
JP4675225B2 (ja) 2011-04-20
JP2006171741A (ja) 2006-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1800895B (zh) 用于动态偏振控制的方法和装置
US6922508B2 (en) Optical switching apparatus with adiabatic coupling to optical fiber
US5841919A (en) Optical wavelength multiplexer/demultiplexer
US9874691B2 (en) Two-stage adiabatically coupled photonic systems
US8078020B2 (en) Optical mode-converter structure
Himeno et al. Silica-based planar lightwave circuits
JP4675336B2 (ja) 導波路型可変光減衰器
US6640027B2 (en) Gain flattening tunable filter
CN100529817C (zh) 使用平面光波线路和可变形反射镜的无色可调色散补偿器
US6898343B2 (en) Optical switching apparatus and method for fabricating
CN106125201B (zh) 一种混合模式复用器件的设计方法
KR100607982B1 (ko) 도파관과 전력 모니터를 가진 광결합층을 가진 가변 광학감쇠기
US6763154B2 (en) Methods and structures for the control of optical waveguide devices by stress
US6907199B2 (en) Method for polarization mode dispersion compensation
US6748126B2 (en) System for polarization mode dispersion compensation
KR100722250B1 (ko) 어레이 도파로 격자형 광 합/분파 회로
US20040151429A1 (en) Integrated double pass equalizer for telecommunications networks
KR100416983B1 (ko) 평면 광도파로 소자 모듈의 정렬 장치
KR100430995B1 (ko) 포토닉 크리스탈 구조를 이용한 편광모드분산 보상장치
CN117572558A (zh) 色散补偿光子晶体光纤以及dwdm装置
CN1282004C (zh) 多模波导聚合物电光调制器
US20060139625A1 (en) Polarization dependency identification
CN2729756Y (zh) 垂直叠置的聚合物波导电光调制器
Juhari et al. Design and application of 8-channel SOI-based AWG demultiplexer for CWDM-system
KR20170141319A (ko) 파장 다중화 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100901

Termination date: 20161213