CN2497328Y

CN2497328Y - 多层耦合的光开关阵列

Info

Publication number: CN2497328Y
Application number: CN 01251878
Authority: CN
Inventors: 许振鄂; 朱大庆; 陆冬生; 张立国
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2011-09-14

Abstract

一种多层耦合的光开关阵列,属于光通信技术领域,特别涉及用于多路光波上、下载的器件,采用多层耦合的方式,解决平面集成技术中耦合器弯曲的问题,减少对基片尺寸的要求,从而降低产品成本,提高可靠性。该光开关阵列结构上分为两层,传输波导有M条,在传输层内平行排列,垂直对应每条传输波导在另一上下载层内有上载波导和下载波导,各条传输波导和其上、下载波导之间通过耦合光栅进行耦合。所述耦合光栅可以采用电光、声光或热光效应动态形成;所述传输层内传输波导两端可分别连接分波器和合波器,再与另一上下载层上、下载波导以及耦合光栅集成,构成光分叉复用器件。

Description

多层耦合的光开关阵列

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，特别涉及用于多路光波上、下载的器件。

背景技术

当今社会对信息的需求急剧增加，刺激着人们对高速率、大容量信息传输、存储、交换和处理的研究。为了克服电子器件的瓶颈效应，以光子器件代替电子器件，发展全光网络成为必然的趋势。全光上/下话路的光分插复用(OADM)技术和光交叉连接(OXC)技术是全光网络的核心。目前，随着集成光子器件的日益成熟，光分叉复用已经逐渐成为目前的光纤网络体系中的最核心的部分之一，光开关阵列是其中的重要组成部分，随着平面集成光学技术的发展，已经有将分波器+光开关阵列+合波器全部集成在同一块芯片上的报导，见Takashi GOH，Recent Progress onSilica-based Thermooptic Switches for ADM_s/XC_s，0-7803-5634-9/99/1999，IEEE，P485-486。在平面集成技术中，上下载一般是利用光栅耦合实现的。同时，为了实现上下载，上下载波导和传输波导必须交叉，在交叉处一般使用定向耦合器。在光栅耦合器和定向耦合器中，为了减少弯曲损耗，必须采用大的弯曲半径。同时，为了减少非耦合区波导间的耦合，必须保证一定的非耦合区波导间距。大的弯曲半径和大的输出波导间距使得整个器件的尺寸很大。而目前基片的尺寸是有限制的，且基片尺寸大，价格就贵。

发明内容

本实用新型提出一种多层耦合的光开关阵列，采用多层耦合的方式，所要解决的问题是省略耦合器的弯曲部分，减少对基片尺寸的要求，从而降低产品成本，提高产品可靠性。

本实用新型多层耦合的光开关阵列，由传输波导，上、下载波导和耦合光栅构成，其特征在于该多层耦合的光开关阵列结构上分为两层，传输波导有M条，在传输层内平行排列，垂直对应每条传输波导在另一上、下载层内有上载波导和下载波导，各条传输波导和其上载波导、下载波导之间通过耦合光栅进行耦合，M≥2。

所述的多层耦合的光开关阵列，其进一步的特征在于所述耦合光栅可以采用电光、声光或热光效应动态形成。

所述的多层耦合的光开关阵列，所述传输层内传输波导两端还可分别连接分波器和合波器，再与另一上下载层上、下载波导以及耦合光栅集成，构成光分叉复用器件。

本实用新型能够提高集成光分叉复用器件的集成度。以四信道光分叉复用为例。如果采用平面集成技术，上下载波导一定与传输波导相交，为了减少相交处的串扰，相交的角度必须满足一定的值。如，在相同的波导情况下(芯层折射率1.51，包层折射率1.5的5μm×5μm对称波导)，相交角度为10°时，串扰达到-18dB。为了达到实用的-25dB以上，相交角度必须大于14°。此时，如果最小弯曲半径为20000μm，传输波导间距必须大于594μm，约600μm。下载波导与四根传输波导相交后所占区域，即下载耦合区区域为1800μm×8292μm。如果采用多层耦合技术，对相交角度没有限制，传输波导间距可以选择合适的间距，如150μm，这样，下载波导与四根传输波导下载耦合区区域为450μm×4218μm，面积为平面技术的13％，长度为平面技术的51％。因此，采用多层耦合的光开关阵列，可以大大提高器件的集成度。从而能够增加器件功能，降低器件成本，提高产品可靠性，并能实现动态上下载。

附图说明

图1-(A)为本实用新型纵向剖面示意图。

图1-(B)为图1-(A)的A-A面剖视图。

图1-(C)为图1-(A)的B-B面剖视图。

图1-(D)为图1-(A)的D-D面剖视图。

图1-(E)为图1-(A)的C-C面剖视图。

图2表示分层耦合的耦合处结构，图2(a)为不加光栅的情况；图2(b)为加光栅时的情况。

图3表示将分波器+光开关阵列+合波器集成到一块芯片上构成集成光交叉复用系统的技术方案。

图4为图3所表示的技术方案中传输层的结构。

具体实施方式

图1以4信道为例，图1(A)中，未画剖面线的部分为光波导，有水平剖面线的部分为包层，有斜剖面线部分为光栅电极。图1(B)中，1、2、3、4为传输波导，其间距为150μm。图1(C)中，5、6、7、8为下载波导，9、10、11、12为上载波导。图1(D)和图1(E)中，13、14、15、16、17、18、19、20为耦合光栅电极。

分层耦合见图2耦合处结构，以波长为λ₁的光波下载为例，其中1为传输波导，8为下载波导，21为包层，图2(a)不加光栅时，波长为λ₁的光线35直接从传输波导1通过。图2(b)加光栅时，波长为λ₁的光线35在1中传播时受到耦合光栅22的作用耦合到下载波导8，变为下载光波36。为了减少层之间的串扰，不同层的波导可以是不同的。在耦合处的光栅可以采用电光、声光或热光效应来形成。当需要进行上下载时，控制信号加在光栅电极上，在上下载层形成光栅，耦合处就可以实现传输层和上下载层之间的耦合，从而实现上下载。在不需要上下载时，由于不同层之间的波导不同，几乎没有层之间的耦合。

结合图1和图2，对光波的下载和上载予以说明。波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光波分别进入传输波导1、2、3、4，若耦合光栅电极16、15、14、13加电，波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光波将分别耦合进下载波导8、7、6、5，完成下载任务，否则，上下两层波导间将不耦合；若耦合光栅电极17、18、19、20加电，波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光波将分别从上载波导9、10、11、12耦合进传输波导1、2、3、4，完成上载任务，否则，上下两层波导间将不耦合。可见，适当控制光栅电极，可以达到分层动态上下载的目的。

图3给出分波器+光开关阵列+合波器集成为光交叉复用系统的技术方案，其中，传输层的分波器30和合波器32采用波导阵列开关(AWG)。当含多波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光信号经光纤31和波导阵列开关分波器30后，由4根波导1、2、3、4直接传输至波导阵列开关合波器32复用，合波经光纤33射出，信号从传输波导1、2、3、4上进行下载和上载。上下载层与之对应区域称为耦合区；上下载层的下载波导5、6、7、8和上载波导9、10、11、12在耦合区通过下载耦合光栅22、23、24、25和上载耦合光栅26、27、28、29控制下，下载波导8、7、6、5和上载波导9、10、11、12可以与传输层的相应传输波导1、2、3、4耦合，从而实现分层上下载。注意，图中，5、6、7、8、9、10、11、12在上下载层，其它在传输层。

图4为图3所示技术方案传输层的结构，图中4个椭圆形为罗兰圆(圆形平板波导)。

Claims

1.一种多层耦合的光开关阵列，由传输波导，上、下载波导和耦合光栅构成，其特征在于该多层耦合的光开关阵列结构上分为两层，传输波导有M条，在传输层内平行排列，垂直对应每条传输波导在另一上、下载层内有上载波导和下载波导，各条传输波导和其上载波导、下载波导之间通过耦合光栅进行耦合，M≥2。

2.如权利要求1所述的多层耦合的光开关阵列，其特征在于所述耦合光栅可以采用电光、声光或热光效应动态形成。

3.如权利要求1或2所述的多层耦合的光开关阵列，其特征在于所述传输层内传输波导两端可分别连接分波器和合波器，再与另一上下载层上、下载波导以及耦合光栅集成，构成光分叉复用器件。