[发明专利]基于光折变长周期波导光栅的光分插复用器

说明书

技术领域

本发明涉及集成光学领域与光通信无源器件领域，尤其涉及基于光折变长周期波导光栅的光分插复用器。

背景技术

在波分复用(WDM)光纤系统中，光分插复用器(OADM)是一个关键器件。它从传输线路中有选择性地分下通往本地的特定波长光信号，同时上载本地发往另一节点的特定波长光信号。OADM是实现大容量、高速率全光网通信的关键节点器件，在WDM光网络系统中有着广泛的应用。

光分插复用器（OADM）的解决方案主要分为基于分立器件型和基于集成器件型两大类。

基于分立器件的OADM，一般采用分立的透镜、棱镜、反射镜等构成，通过调整光束出射方向来达到分插滤波功能。由于制造容易、成本低，目前已经实现的OADM大多采用分立器件制作。但该类器件体积偏大，实现光束精确对准难度较高，器件的插入损耗较大。

根据所使用材料的不同，已见报道的基于集成技术的OADM主要有三大类：

一种是通过在半导体材料上制作波导或者是微结构来实现光信号的滤波、耦合和分插复用，比如阵列波导光栅和MEMS光开关阵列。此类OADM集成度高，支持的信道数目多。而且，它所使用的制造设备与半导体激光器、半导体微电子器件兼容，因此可实现更高集成度的光电子集成。但不论是制造装备、制造工艺还是所使用的半导体材料，其成本都很高，而且受目前制作能力的限制，性能也不够稳定，距实用化还有一段距离。

另一种成本更低的集成OADM是基于光纤器件的。如利用光纤布拉格光栅（FBG）加两个光环行器实现一种OADM，整个器件插入损耗较低（～1.0dB），但是由于使用了光环行器而使得成本较高。还有一种将长周期光纤光栅（LPFG）应用到OADM中，利用了两个LPFG间的包层模式耦合实现了一个波长选择耦合器，从而实现了波长的分插复用。但是，严格维持两根光纤的相对位置对于器件封装是一个很大的挑战，也很难通过扩大光纤数量来增加输出端口数量。

还有一种集成OADM是通过在铌酸锂或聚合物材料基底上制作波导或者是微结构来实现的，如声光可调谐滤波器（AOTF）就是一个极具吸引力的方案，但其具有边模抑制比低、插入损耗大等缺点，而且同样存在着制造成本高昂，制造工艺复杂，性能不够稳定等问题。

迄今为止，虽然已经实现的OADM大多采用分立器件制作，而已见报道的基于集成技术的OADM由于成本高，工艺复杂，性能不稳定等问题，距实用化还有一段距离，但毫无疑问集成化才是光通信器件的发展方向。关键是要找到一种制作工艺简单、成本低廉的集成方案。

发明内容

为了克服现有的基于集成器件的分插复用器结构复杂、制作困难和材料重复利用率低等不足，本发明提供一种简化结构、制作方便、材料重复利用率较高的基于光折变长周期波导光栅的光分插复用器。

为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种基于光折变长周期波导光栅的光分插复用器，包括输入尾纤、输出尾纤、插入尾纤和分下尾纤。所述基于光折变长周期波导光栅的光分插复用器还包括3条完全相同的光波导。所述3条完全相同的光波导均为单模波导,其中第一波导为主波导，具有两个完全相同的光折变长周期光栅，分别位于第一波导的左右两端，且两个光折变长周期光栅间有一定距离；第二波导具有与第一波导左端完全相同的光折变长周期光栅，且完全对齐；第三波导具有与第一波导右端完全相同的光折变长周期光栅，且完全对齐。

所述光折变长周期波导光栅包括基底，所述基底为X或Y切Z传的LiNbO₃晶体；所述基底上设置包层；所述包层中设置Z向布置的单模波导；所述单模波导上制作光折变光栅。

进一步，所述第一波导的两端分别与所述的输入和输出尾纤粘合固定连接，所述第二波导的右端与所述的分下尾纤粘合固定连接，所述第三波导的左端与所述的插入尾纤粘合固定连接。

进一步，所述第一波导的两端分别与所述的输入和输出尾纤通过夹具固定连接，所述第二波导的右端与所述的分下尾纤通过夹具固定连接，所述第三波导的左端与所述的插入尾纤通过夹具固定连接。

再进一步，利用有效折射率法确定单模波导和包层的几何尺寸、导模参数和有效折射率。

更进一步，利用长周期波导光栅的耦合理论，确定波导间的耦合系数，波导间距和光栅长度。

根据单模波导的有效折射率和包层的有效折射率，利用长周期波导光栅的相位匹配条件，确定对应各个分下或插入信号波长时的光栅周期，最后采用双光束干涉方法制作出光折变光栅。