CN209117906U - 一种光波分复用器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光波分复用设备技术领域，尤其涉及一种光波分复用器。结构紧凑，损耗低、偏正不敏感且隔离度大。包括光波导芯片和光纤阵列FA；光波导芯片包括衬底层，在衬底层上表面上设有下包层，在下包层上表面上设有芯层，将芯层设计成所需的波导光路；在下包层的上表面以及波导光路的上表面上设有上包层；从而得到晶圆，将晶元裁切后得到光波导芯片；光纤阵列FA包括夹具，在夹具上设有一根输入光纤、一根末端输出光纤和与转角输出端个数相等的转角输出光纤；在每根转角输出光纤的输入端端面上分别设有具有设定波长选择特性的干涉滤波薄膜。

Description

一种光波分复用器

技术领域

本实用新型涉及光波分复用设备技术领域，尤其涉及一种光波分复用器。

背景技术

随着数据业务的飞速发展，网络融合的速度在加快，WDM技术的研究、开发与应用十分活跃，而且市场竞争的压力使得运营商对网络的本钱(包括建设本钱和运维本钱)更加敏感，运营公司纷纷着手用WDM技术改造现有的光传输网络。从原理上讲，波分复用技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合的波长光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。WDM具备良好的技术优势，但是，要实现WDM传输，需要许多与其作用相适应的高新技术和器件，包括光源、一种光波分复用器、光放大器、光线路技术以及监控技术等。

在WDM传输系统中，波分复用/解复用器(以下统称波分复用器)是波分复用光传输系统的关键器件，其性能的优劣对系统传输质量有决定性的影响。波分复用器的重要性能指标包括中心波长、插入损耗、信道隔离度和通带宽度等。目前常用的波分复用器有干涉膜滤波器(TFF)型、光纤光栅型、阵列波导光栅(AWG)型和熔融拉锥耦合型等。其中，干涉膜滤波技术及阵列波导光栅技术近年来发展较为成熟，商用的波分复用器主要也是采用干涉膜滤波技术及阵列波导技术来设计。基于TFF的波分复用器：技术成熟，具有温度稳定性好、插入损耗较低、偏振不敏感、信道隔离度高、信道间隔可以不规则设置、系统升级容易等优点，适合信道数量不多的波分复用系统。基于AWG的波分复用器：采用平面光波导技术，具有波长间隔小、通道数大、传输损耗均匀、容易与光纤耦合、便于批量生产等优点。

目前薄膜滤波片型波分复用器的制作采用全胶封装工艺，其缺点是随着通道数的增加，插入损耗增大，器件成本与通道数成正比，装配时间长等；而阵列波导型波分复用器采用半导体工艺，其缺点是对温度敏感，插入损耗偏大，封装尺寸小但随着信道间隔降低增加很快。

在本专利中用到的两个名词CVD和PVD的含义如下：

CVD：化学气相沉积ChemicalVaporDeposition)，用含有目标元素的气体，接收能量后通过化学反应，制备固体薄膜。

PVD：物理气相沉积PhysicalVaporDeposition)，用物理方式把气化的物质薄膜沉积到目标材料上。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有薄膜滤波片型波分复用器随着通道数的增加，插入损耗增大，器件成本与通道数成正比，装配时间长，可靠性差的不足，目的一是让提供一种结构紧凑，产品稳定性好，损耗低、偏正不敏感且隔离度大；目的二是易于对输入的光信号强弱进行检测，可靠性高，使用方便的一种光波分复用器。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种光波分复用器，包括光波导芯片和光纤阵列FA；光波导芯片包括衬底层，在衬底层上表面上设有厚度为6-12微米的下包层，在下包层上表面上设有芯层，将芯层设计成所需的波导光路；所述波导光路包括从下往上依次排列布置的若干个V形光路，相邻两个V形光路的相邻开口端的两分支光路均依次导波一体连接在一起；波导光路的输入端端面为平面，V形光路的转角输出端端面也为平面，波导光路的最后一个输出端端面也为平面；在下包层的上表面以及波导光路的上表面上设有厚度为8-25微米的上包层，使波导光路均被密封在下包层和上包层之间；从而得到晶圆，将晶元裁切后得到光波导芯片；光纤阵列FA包括夹具，在夹具上设有一根输入光纤、一根末端输出光纤和与转角输出端个数相等的转角输出光纤；在每根转角输出光纤的输入端端面上分别设有具有设定波长选择特性的干涉滤波薄膜；从而得到光纤阵列FA；将输入光纤的输出端端面波导对接连接在波导光路的输入端端面上，将转角输出光纤的输入端端面一对一波导对接连接在V形光路的转角输出端端面上；将末端输出光纤的输入端端面波导对接连接在波导光路的最后一个输出端端面上。

在每个转角输出端端面的光信号只有一个光信号从该处进入到对应的转角输出光纤输出，到达该处的其它光信号被干涉滤波薄膜反射后往下一个转角输出端端面传输去。本方案结构紧凑，制造工艺简单，可以批量生产，大大降低生产成本，产品稳定性好，损耗低、偏正不敏感且隔离度大；目的二是易于对输入的光信号强弱进行检测，可靠性高，使用方便。

作为优选，输入光纤的插孔朝向、末端输出光纤的插孔朝向和转角输出光纤的插孔朝向均与转角波导输出平面的朝向一致。这种结构易于使用。

作为优选，所述衬底层的制作材料为硅或者二氧化硅，所述芯层和上包层的制作材料为掺杂二氧化硅薄膜。可靠性高。

本实用新型能够达到如下效果：

本实用新型结构紧凑，制造工艺简单，可以批量生产，大大降低生产成本，产品稳定性好，损耗低、偏正不敏感且隔离度大；目的二是易于对输入的光信号强弱进行检测，可靠性高，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例夹具上的光纤阵列FA对接连接在光波导芯片上的一种示意图。

图2本实用新型实施例光波导芯片的一种连接结构示意图。

图3本实用新型实施例夹具上的光纤阵列FA的一种连接结构示意图。

图4为本实用新型实施例的一种电路原理连接结构示意框图。

图5为本实用新型实施例左光检测探头和右光检测探头上升后不能对光信号进行采集检测的一种使用状态示意图。

图6为本实用新型实施例左光检测探头和右光检测探头下降后能对光信号进行采集检测的一种使用状态示意图。

图7本实用新型实施例转角输出光纤的一种连接结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实例：一种光波分复用器，参见图1-7示，包括光波导芯片和光纤阵列FA46；光波导芯片2包括衬底层3，在衬底层上表面上设有厚度为6-12微米的下包层4，在下包层上表面上设有芯层5，将芯层设计成所需的波导光路30；所述波导光路包括从下往上依次排列布置的若干个V形光路，相邻两个V形光路的相邻开口端的两分支光路均依次导波一体连接在一起；波导光路的输入端端面为平面，V形光路的转角输出端端面也为平面，波导光路的最后一个输出端端面也为平面；在下包层的上表面以及波导光路的上表面上设有厚度为8-25微米的上包层12，使波导光路均被密封在下包层和上包层之间；从而得到晶圆，将晶元裁切后得到光波导芯片；光纤阵列FA包括夹具33，在夹具上设有一根输入光纤41、一根末端输出光纤44和与转角输出端个数相等的转角输出光纤32；在每根转角输出光纤的输入端端面上分别设有具有设定波长选择特性的干涉滤波薄膜10；从而得到光纤阵列FA；将输入光纤的输出端端面波导对接连接在波导光路的输入端端面42上，将转角输出光纤的输入端端面一对一波导对接连接在V形光路的转角输出端端面43上；将末端输出光纤的输入端端面波导对接连接在波导光路的最后一个输出端端面45上。本实施例中的只有两个V形光路，因此转角输出端也只有两个。

输入光纤的插孔朝向、末端输出光纤的插孔朝向和转角输出光纤的插孔朝向均与转角波导输出平面的朝向一致。这种结构易于使用。

所述衬底层的制作材料为硅或者二氧化硅，所述芯层和上包层的制作材料为掺杂二氧化硅薄膜。可靠性高。

光波导芯片的外表面上设有保护壳1，在波导光路的输入端端面处的波导光路上设有光信号检测光路27；

光信号检测光路包括从左到右依次设置的左导光柱9、左凸透镜8、光信号检测区7、右凸透镜31和右导光柱6；

在光信号检测区上方的保护壳上表面上设有与光信号检测区相连通的竖直孔15，在竖直孔内上下滑动设有竖直升降杆14，在竖直升降杆顶端固定连接有水平压板17，在水平压板与保护壳之间的竖直升降杆上套设有一号挤压弹簧16，在竖直升降杆底端设有左右朝向的横条26，在横条左端向下设有左光检测探头13，在横条右端向下设有右光检测探头28；

在位于竖直孔右方的保护壳上表面上向上设有支架23，在支架上设有上下转动的一号杠杆20，在位于支架右方的保护壳上表面上向上设有圆弧刻度尺25；圆弧刻度尺的圆心落在一号杠杆的支点中心上；一号杠杆的动力臂位于竖直升降杆的正上方，一号杠杆的阻力臂右端指向圆弧刻度尺；在位于一号杠杆上方的支架上朝左固定设有水平固定块22，在位于一号杠杆动力臂正上方的水平固定块上设有竖直螺纹孔，在竖直螺纹孔内螺纹连接有下端压紧连接在一号杠杆的动力臂上表面上的竖直螺杆21；在一号杠杆的动力臂上朝下固定连接有压杆19；在压杆下端设有滚珠18，滚珠压紧连接在水平压板上表面上；

沿着圆弧刻度尺的刻度线在圆弧刻度尺的刻度面上设有若干光电检测传感器34；在一号杠杆的动力臂右端设有朝圆弧刻度尺上照射的激光灯35；

一种光波分复用器还包括显示器36、单片机40和无线模块；

无线模块39、每个光电检测传感器34、激光灯35的控制端、显示器36、左光检测探头13和右光检测探头28分别与单片机40相连接。

还包括分别与单片机相连接的存储器37、语音提示器38和无线模块39。单片机可选用80C51单片机。语音提示器可选择各种喇叭。

左凸透镜的左右焦点连线和右凸透镜的左右焦点连线都落在波导光路的中心线L1上；竖直孔的孔心线L2的延长线与波导光路的中心线L1垂直相交，且孔心线L2的延长线与波导光路的中心线L1垂直相交于右凸透镜的左焦点上；左凸透镜的右焦点与右凸透镜的左焦点重合。

在横条右端向下设有的左光检测探头13有两个，右光检测探头28也有两个，并且两个左光检测探头的感光面中心点和两个右光检测探头的感光面中心点均落在同一个竖直平面S1内，竖直孔的孔心线L2和波导光路的中心线L1也落在竖直平面S1内；

两个左光检测探头的感光面中心点的连线平行于右凸透镜的下底端点与左凸透镜的上顶端点之间的连线；

两个右光检测探头的感光面中心点的连线平行于右凸透镜的上顶端点与左凸透镜的下底端点之间的连线。

一种适用于所述一种光波分复用器的制备方法，制备方法包括如下步骤：

步骤一，外购光纤、V槽、衬底层和胶水原材料，选择单模光纤和与其相匹配的V槽，选择硅片或石英片作为衬底的衬底层，选择UV胶水；

步骤二，使用夹具把一根或者多根光纤进行固定，光纤端面方向一致，并对光纤端面进行切割、清洗、研磨、抛光；

步骤三，把固定有一根或者多根光纤的夹具放置到镀膜机中，根据设计中的滤波要求，在光纤端面上渡多层不同的介质薄膜，组成具有特定波长选择特性的干涉滤波薄膜；

步骤四，制备光纤阵列FA；采用光纤阵列FA的常规制作方法，把符合设计要求的光纤和V槽制作成光纤阵列FA；

步骤五，清洗衬底层；用清洗溶液对衬底层进行清洗，并用烘箱烘干；

步骤六，制作下包层；在衬底层上沉积纯二氧化硅薄膜作为下包层，厚度6-12微米，若衬底材料为石英则省略此步骤；

步骤七，制作芯层；选择折射率较高的材料作为芯层的制作材料，根据设计在衬底层或下包层上表面通过CVD或PVD工艺方法沉积制作一定厚度的芯层；

步骤七，制作波导光路；通过光刻和刻蚀工艺对芯层进行处理，将芯层加工成设计要求的波导光路；

步骤八，制作上包层；选择与下包层折射率相同的材料作为上包层的制作材料，在衬底层或下包层的表面以及波导光路的上表面，通过CVD工艺或者FHD工艺方法沉积制作厚度为8-25微米的上包层，使波导光路均被密封在衬底层或下包层和上包层之间，得到晶圆；

步骤九，采用高精度的划片机把步骤八制作完成的晶圆按照设计图纸切割到预设的规格，成为波导光路芯片；

步骤十，采用封装技术，把步骤四制备完成的光纤阵列FA与步骤九制备完成的波导光路芯片进行封装。

输入光纤的输出端端面波导对接连在左导光柱的左端面上，输入光纤的输出光信号就耦合在左导光柱内向前传输。

输入光纤中的光信号与左导光柱耦合后依次经过左导光柱、左凸透镜、光信号检测区、右凸透镜和右导光柱后被传输到输出光纤内由输出光纤继续朝前传输。

当要检测光信号传输的强弱时，旋转竖直螺杆让竖直螺杆往下移动，竖直螺杆往下移动的结果就会让竖直升降杆朝下移动，竖直升降杆朝下移动就会将左光检测探头和右光检测探头都移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内。

左光检测探头和右光检测探头进入到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度通过对应的光电检测传感器接收到激光灯的光即可获得。激光灯和光电检测传感器的配合使得竖直升降杆朝下移动的精度检测更高，进而使得左光检测探头和右光检测探头移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度便可得知。

根据预先设定的对应光电检测传感器检测到激光灯时所反映的左光检测探头和右光检测探头移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度值对应的光信号值，即可知道输入的光信号强弱是否变弱或增强了。本方案易于对传输中光信号的强弱是否变弱或增强进行检测。可靠性高，使用方便。通过左光检测探头和右光检测探头对从输入光进行检测，通过对输入光的检测即可判断输入光的强弱，便于对光纤信号传输衰减的及时处理。可靠性高，使用方便。

在每个转角输出端端面的光信号只有一个光信号从该处进入到对应的转角输出光纤输出，到达该处的其它光信号被干涉滤波薄膜反射后往下一个转角输出端端面传输去。本方案结构紧凑，制造工艺简单，可以批量生产，大大降低生产成本，产品稳定性好，损耗低、偏正不敏感且隔离度大；目的二是易于对输入的光信号强弱进行检测，可靠性高，使用方便。

输入光纤中的光信号与左导光柱耦合后依次经过左导光柱、左凸透镜、光信号检测区、右凸透镜和右导光柱后继续沿着波导光路朝前传输。从左凸透镜上端传递到光信号检测区内最外的光信号11，从左凸透镜下端传递到光信号检测区内最外的光信号29。

当要检测光信号传输的强弱时，旋转竖直螺杆让竖直螺杆往下移动，竖直螺杆往下移动的结果就会让竖直升降杆朝下移动，竖直升降杆朝下移动就会将左光检测探头和右光检测探头都移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内。

左光检测探头和右光检测探头进入到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度通过对应的光电检测传感器接收到激光灯的光24即可获得。激光灯和光电检测传感器的配合使得竖直升降杆朝下移动的精度检测更高，进而使得左光检测探头和右光检测探头移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度便可得知。

根据预先设定的对应光电检测传感器检测到激光灯时所反映的左光检测探头和右光检测探头移动到左凸透镜和右凸透镜的光信号范围内的程度值对应的光信号值，即可知道输入的光信号强弱是否变弱或增强了。

本方案易于对传输中光信号的强弱是否变弱或增强进行检测。可靠性高，使用方便。通过左光检测探头和右光检测探头对从输入光进行检测，通过对输入光的检测即可判断输入光的强弱，便于对光纤信号传输衰减的及时处理。可靠性高，使用方便。

存储器便于存储信息，语音提示器便于使用，无线模块便于将数据传输出去，使用方便简单。

左凸透镜和右凸透镜的这种结构布局使得左光检测探头和右光检测探头所采集到的光信号均衡度高，已于比较和处理。

两个左光检测探头和两个右光检测探头已于得出光信号在光信号检测区的上下正对程度，进而可得出左凸透镜和右凸透镜安装是否正对，而且也能测出两个左光检测探头检测到的光信号和两个右光检测探头检测到的光信号是否相等，计算可靠性高。

上面结合附图描述了本实用新型的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (3)

1.一种光波分复用器，其特征在于，包括光波导芯片和光纤阵列FA；光波导芯片包括衬底层，在衬底层上表面上设有厚度为6-12微米的下包层，在下包层上表面上设有芯层，将芯层设计成所需的波导光路；所述波导光路包括从下往上依次排列布置的若干个V形光路，相邻两个V形光路的相邻开口端的两分支光路均依次导波一体连接在一起；波导光路的输入端端面为平面，V形光路的转角输出端端面也为平面，波导光路的最后一个输出端端面也为平面；在下包层的上表面以及波导光路的上表面上设有厚度为8-25微米的上包层，使波导光路均被密封在下包层和上包层之间；从而得到晶圆，将晶元裁切后得到光波导芯片；光纤阵列FA包括夹具，在夹具上设有一根输入光纤、一根末端输出光纤和与转角输出端个数相等的转角输出光纤；在每根转角输出光纤的输入端端面上分别设有具有设定波长选择特性的干涉滤波薄膜；从而得到光纤阵列FA；将输入光纤的输出端端面波导对接连接在波导光路的输入端端面上，将转角输出光纤的输入端端面一对一波导对接连接在V形光路的转角输出端端面上；将末端输出光纤的输入端端面波导对接连接在波导光路的最后一个输出端端面上。

2.根据权利要求1所述的一种光波分复用器，其特征在于，输入光纤的插孔朝向、末端输出光纤的插孔朝向和转角输出光纤的插孔朝向均与转角波导输出平面的朝向一致。

3.根据权利要求1所述的一种光波分复用器，其特征在于，所述衬底层的制作材料为硅或者二氧化硅，所述芯层和上包层的制作材料为掺杂二氧化硅薄膜。