[发明专利]一种宽温高稳定性温度自适应平坦化补偿装置

说明书

本发明公开了一种宽温高稳定性温度自适应平坦化补偿装置，包括底板和至少两个温度驱动器，底板包括移动部Ⅰ、移动部Ⅱ和旋转连接轴；在移动部Ⅰ侧端设置有凸耳Ⅰ和凸耳Ⅱ，在移动部Ⅱ侧端设置有凸耳Ⅲ，凸耳Ⅰ、凸耳Ⅱ和凸耳Ⅲ相对应，在凸耳Ⅰ和凸耳Ⅲ之间、凸耳Ⅱ和凸耳Ⅲ之间分别安装有温度驱动器，且温度驱动器之间至少有一个温度驱动器的一端固定、另一端活动，至少有一个温度驱动器的两端固定；底板的膨胀系数和温度驱动器的膨胀系数不同。本发明装置采用二个或二个以上温度驱动器；可以根据环境的变化而自动发生移动，从而补偿PLC光波导器件的温度依赖性，使其温度补偿曲线更为平坦化，并且采用至少三个旋转轴来增加其可靠性及稳定性。

技术领域

本发明涉及一种宽温高稳定性温度自适应平坦化补偿装置，特别是涉及光波导芯片、器件的温度特性平坦化补偿技术，本发明属于光通信领域。

背景技术

光波导集成器件是未来光通信的一个重要发展方向，平面光波导(PLC)是商业化程度最高的一种光子集成解决方案，例如，光分路器(Splitter)、阵列波导光栅(AWG)、马赫-泽得干涉仪(MZI)、可变光衰减器(VOA)及阵列、光开关(OS)及阵列、多播交换光开关(MCS)、光可调波分复用/解复用器(VMUX)、可重构光分插复用器(ROADM)、差分正交相称键控(DQPSK)解调器、混频器(Co-Mixer)等等功能集成器件都是基于PLC技术。在这些功能器件中，AWG、MZI、VOA、OS、MCS、DQPSK解调器都是利用双光束、多光束的干涉/衍射原理来实现的，光束间有固定的光程差。光程差主要决定于光波导的有效折射率、以及波导的几何尺寸。通常，PLC波导芯片是利用硅基二氧化硅技术制作的，二氧化硅材料的热光系数为1.01×10-5/K，热膨胀系数为0.55×10-6/K。因此，二氧化硅的折射率随温度的变化而改变，波导的几何尺寸也会随温度的变化而改变。当环境温度变化时，光束间的光程差也会随之改变，光程差的改变进而恶化器件的波长、消光比、串扰、插损等光学指标。在实际应用中，为了解决这些器件的温度敏感性，目前市场上普遍采用加热器或帕尔贴(Peltier)致冷器进行温度控制，采用温控电路使得他们处于恒温环境下，这样器件的光学性能就不会恶化。但这种方案会增加器件及系统的复杂性及运营成本。因此解决平面光波导器件的温度敏感性问题，省略温控电路，消除附加费用已经势在必行；并且，在WDM-PON等室外应用环境中，没有电源的供应，这样使用电源、带温控电路的器件是不能满足要求的；另外，不使用温控电路的器件，很容易地解决了热量及电功率消耗等关键问题，从而给系统开发以更大的设计自由度。所有这些显示出设计一种温度自适应补偿装置，对器件的商业化应用具有至关重要的意义；同时，商业化应用的器件必须满足严格的可靠性、稳定性要求。

以密集波分系统(DWDM)中广泛使用的AWG为例，其芯片材料为硅基二氧化硅，由于芯片材料的热光效应及热膨胀效应，其中心波长会随着环境温度的变化而变化，典型漂移量为11pm/℃，那么室内工作环境下(-5℃到65℃)，芯片的中心波长漂移量高达770pm。在100GHz信道间隔、室内工作环境下，系统要求的中心波长漂移量为±40pm。因此，产品化应用中，需要进行温度补偿，使其在工作温度范围内，中心波长满足系统的要求。无源解决方案因其诸多优点，得到了普遍采用，其中美国Lightwave Microsystem公司提出的专利方案得到了商业化应用，技术方案如图1所示，采用了一个温度驱动器，该方案得到的中心波长随温度变化的曲线如图2所示，具有抛物线形状，中心波长漂移量在要求的±40pm范围之内。但是随着AWG应用的不断推广，WDM-PON的应用要求AWG工作在室外环境(-40℃到85℃)，在此温度范围内，采用现有的技术方案，中心波长的温度漂移将达到60pm左右，因此，现有的技术方案已经不能满足更宽的室外温度工作范围要求；另外，在光通信系统中，随着系统容量需求不断地提升，密集波分系统(DWDM)信道间隔也不断减小，从100GHz间隔减小到50GHz间隔，甚至是25GHz，系统对中心波长漂移要求更高，分别为±20pm和±10pm，现有的技术方案显然不能满足要求。

发明内容