專利名稱：一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及電調(diào)諧集成光濾波器技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，可調(diào)諧光濾波器在光纖通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前有關(guān)可調(diào)光濾波器的技術(shù)主要有F-P濾波器、聲光濾波器、電光濾波器等，此外有源半導(dǎo)體以及可調(diào)光纖光柵、液晶等也都進(jìn)行了可調(diào)濾波器研究(見文獻(xiàn)一種可調(diào)諧光濾波器，專利號03128005，中國；可調(diào)光濾波器，專利號98120842，中國；一種新型F-P腔光濾波器，南京郵電學(xué)院學(xué)報，2001，21)。F-P濾波器主要采用光纖端面鍍膜結(jié)構(gòu)(也有LiNbO3)，用壓電陶瓷進(jìn)行腔長調(diào)節(jié)，其插入損耗較大，調(diào)諧范圍較小；聲光濾波器通過換能器將聲波激勵在光波導(dǎo)(光纖或LiNbO3波導(dǎo))中傳播，利用其所形成的聲柵對光模衍射來實現(xiàn)調(diào)諧，其光譜精細(xì)度不高；電光調(diào)諧濾波器速度慢，調(diào)節(jié)復(fù)雜；光纖光柵濾波器采用電極加熱或電致伸縮方式進(jìn)行調(diào)節(jié)(見文獻(xiàn)采用FBG溫度機(jī)械合成調(diào)諧技術(shù)的光濾波器，光子學(xué)報，2002，31(12))，其光柵中心波長會隨溫度變化。各種濾波器雖然都有一定的研究進(jìn)展和實用可能，但仍然存在不足，這些不足是由其原理與結(jié)構(gòu)引起的，也是無法克服的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，它具有光譜調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)速度快、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、易于集成等特點。
本發(fā)明提供的一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器(如圖1所示)，它包括波導(dǎo)襯底1、環(huán)型腔(環(huán)型波導(dǎo))2、直波導(dǎo)3、4、5、分光器6、7、信號光輸入端8、泵浦光輸入端9、選擇波輸出端10、未被選擇波輸出端11、加熱電阻12、電極13；信號光輸入端8與泵浦源輸入端9用光纖熔接機(jī)耦合在一起，再通過固定膠與直波導(dǎo)3耦合；直波導(dǎo)3中與光信號經(jīng)分束器6的輸入端相連，分束器6的輸出端分別與環(huán)型諧振腔2一部分由直波導(dǎo)4傳出，另一部分進(jìn)入環(huán)型諧振腔2；環(huán)型腔2上有加熱電阻12，在加熱電阻12的兩端有電極13；環(huán)型腔2另一端通過分束器7與直波導(dǎo)5相連，直波導(dǎo)5與直波導(dǎo)3、4平行且均與環(huán)型腔2相耦合；直波導(dǎo)5與未被選擇波輸出端11通過固體膠耦合。
需要說明的是選擇波輸出端10是滿足諧振要求波長輸出端口，精細(xì)度很高；未被選擇波輸出端11是不滿足諧振要求波長的輸出端口，波長成分較多；固定膠可以采用紫外快干膠；直波導(dǎo)3、4、5結(jié)構(gòu)如圖3所示；環(huán)型波導(dǎo)2平面圖和截面圖如圖4、5，環(huán)型波導(dǎo)圓心到波導(dǎo)中線半徑r由待選擇波長范圍決定，半徑r與選擇波長有關(guān)，由公式?jīng)Q定r=kλ2πn,]]>式中k為自然數(shù)1、2、3...，λ為待選中心波長，n為環(huán)型腔的折射率；分束器6、7示意圖如圖6、7，直波導(dǎo)3、4、5分別與環(huán)型波導(dǎo)2相耦合；分束器能將直波導(dǎo)1中信號部分分配到直波導(dǎo)2和環(huán)型波導(dǎo)3中；直波導(dǎo)、環(huán)型腔和分束器都通過離子交換、溶膠凝膠、光刻腐蝕等工藝做在增益介質(zhì)1上；圖8中加熱電阻12是在一段環(huán)型波導(dǎo)2上蒸鍍一層鎳鉻合金薄膜，其電阻由公式R=ρLad]]>計算，其中ρ是薄膜的電阻率，L、a分別是薄膜長和寬，d是薄膜厚度；電極兩邊有加電流的引線13。
本發(fā)明提供的一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器的工作過程整個器件做在具有放大能力的摻稀土磷酸鹽玻璃襯底上。待選擇的波長通過輸入端進(jìn)入傳輸波導(dǎo)，在泵浦光的抽運下被放大，放大后的光經(jīng)分束器一部分進(jìn)入環(huán)型腔，另一部分進(jìn)入直波導(dǎo)，當(dāng)加熱電極電流為I時，由于環(huán)型腔的諧振作用，通過調(diào)節(jié)加熱電流I，可使環(huán)腔波導(dǎo)的折射率與腔長變化，只有在適當(dāng)?shù)募訜犭娏鱅下，某一待選波長的光才有可能從選擇端口輸出，改變加熱電流I可以調(diào)節(jié)選擇光波長，未被選擇的波長光波經(jīng)環(huán)型腔輸出耦合器由未選擇端口輸出。因為環(huán)型腔做在增益介質(zhì)上，可以補(bǔ)償傳輸損耗，實現(xiàn)無損耗或具有內(nèi)增益工作，從而可獲得很高的光譜精細(xì)度(KHz量級)，同時通過改變泵浦光輸入功率對內(nèi)增益的調(diào)節(jié)可以對光譜帶寬與輸出增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的實質(zhì)是將環(huán)型腔光波導(dǎo)陀螺與集成光波導(dǎo)放大器結(jié)合在一起，即將帶有放大介質(zhì)的有源腔作為光波導(dǎo)環(huán)型腔，再加上一個腔長調(diào)節(jié)器構(gòu)成一種新型的高精細(xì)度可調(diào)濾波器。該濾波器不僅可以獲得無損耗甚至帶增益的信號輸出，而且可獲得很高的光譜精細(xì)度(kHz量級)；同時還可以對光譜帶寬與輸出增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。該濾波器具有光譜調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)速度快、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、易于集成等優(yōu)點。
本發(fā)明是綜合應(yīng)用了無源環(huán)型諧振腔、光波導(dǎo)放大以及熱光效應(yīng)等特點構(gòu)建了一種新型的、光譜精細(xì)度高、輸出光譜寬度與增益可調(diào)、光譜調(diào)節(jié)范圍寬的電調(diào)諧濾波器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)由于輸入輸出端、諧振腔、加熱電阻等都能很容易的做在一片襯底上，因此其最大的優(yōu)點是易于集成，與用光纖構(gòu)成的類似結(jié)構(gòu)有源濾波器相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(1)采用環(huán)型腔實現(xiàn)光濾波；(2)通過加熱電阻實現(xiàn)選擇波長的可調(diào)；(3)選用增益介質(zhì)，補(bǔ)償傳輸損耗，可獲得高精細(xì)度光譜。
本發(fā)明在光分插復(fù)用器(OADM)系統(tǒng)以及光譜均衡和窄光譜光源研究等方面具有重要的應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視圖示意圖在圖1和圖2中，1帶增益的襯底；2環(huán)型腔；3、4、5直波導(dǎo)；6環(huán)型腔波導(dǎo)輸入耦合器；7環(huán)型腔波導(dǎo)輸出耦合器；8光波輸入端；9泵浦光輸入端；10被選擇光波輸出端；11未選擇光波輸出端；12加熱電阻；13電極引線。
圖3是本發(fā)明直波導(dǎo)示意圖在圖中直波導(dǎo)3、4、5直徑6～8μm。
圖4是本發(fā)明環(huán)型腔的剖面中環(huán)型波導(dǎo)寬6～8μm；r為環(huán)型波導(dǎo)半徑。
圖5是本發(fā)明中直波導(dǎo)和環(huán)型腔的截面中直波導(dǎo)和環(huán)型腔的截面是長軸為6～8μm的橢圓。
圖6是本發(fā)明的分束器示意7是本發(fā)明的合束器示意圖其中合束器能將圖1環(huán)型波導(dǎo)3中95％信號合并到直波導(dǎo)1中。
圖8是本發(fā)明的加熱電阻示意圖具體實施方式
選擇直波導(dǎo)3、4、5寬6～8μm，長1～1.5cm；環(huán)形腔2折射率約為1.5；環(huán)型波導(dǎo)截面橢圓長6～8μm，橢圓寬～4μm；直波導(dǎo)1中信號分配到直波導(dǎo)2和環(huán)型波導(dǎo)3中的比例為5％∶95％；加熱電阻厚度1μm；加熱電極引線由金絲或鋁絲壓焊形成。按照本發(fā)明的技術(shù)方案組成高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，經(jīng)過使用可知，本發(fā)明提供的高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器可以達(dá)到光譜精細(xì)度(kHz量級)。
權(quán)利要求
1.一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，其特征是它包括波導(dǎo)襯底(1)、環(huán)型腔(2)、直波導(dǎo)(3)、(4)、(5)、分光器(6)、(7)、信號光輸入端(8)、泵浦光輸入端(9)、選擇波輸出端(10)、未被選擇波輸出端(11)、加熱電阻(12)、電極(13)；信號光輸入端(8)與泵浦源輸入端(9)用光纖熔接機(jī)耦合在一起，再通過固定膠與直波導(dǎo)(3)耦合；直波導(dǎo)(3)中與光信號經(jīng)分束器(6)的輸入端相連，分束器(6)的輸出端分別與環(huán)型諧振腔(2)一部分由直波導(dǎo)(4)傳出，另一部分進(jìn)入環(huán)型諧振腔(2)；環(huán)型腔(2)上有加熱電阻(12)，在加熱電阻(12)的兩端有電極(13)；環(huán)型腔(2)另一端通過分束器(7)與直波導(dǎo)(5)相連，直波導(dǎo)(5)與直波導(dǎo)(3)、(4)平行且均與環(huán)型腔(2)相耦合；直波導(dǎo)(5)與未被選擇波輸出端(11)通過固體膠耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，其特征是所述的環(huán)型波導(dǎo)(2)和直波導(dǎo)(3)、(4)、(5)的橫截面的形狀為橢圓；所述的直波導(dǎo)(3)、(4)、(5)分別與環(huán)型波導(dǎo)(2)相耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，其特征是所述的直波導(dǎo)(3)、(4)、(5)、環(huán)型腔(2)和分束器(6)、(7)都通過離子交換、溶膠凝膠、光刻腐蝕等工藝做在增益介質(zhì)(1)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，其特征是所述的固定膠采用紫外快干膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精細(xì)度電調(diào)諧集成光濾波器，它是將環(huán)型腔光波導(dǎo)陀螺與集成光波導(dǎo)放大器結(jié)合在一起，即將帶有放大介質(zhì)的有源腔作為光波導(dǎo)環(huán)型腔，再加上一個腔長調(diào)節(jié)器構(gòu)成一種新型的高精細(xì)度可調(diào)濾波器。該濾波器可以獲得無損耗甚至帶增益的信號輸出和很高的光譜精細(xì)度(kHz量級)；還可通過泵浦光功率對內(nèi)增益的影響實現(xiàn)光譜帶寬與輸出增益的調(diào)節(jié)。該濾波器具有光譜調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)速度快、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、易于集成等優(yōu)點。本發(fā)明在光分插復(fù)用器(OADM)系統(tǒng)以及光譜均衡和窄光譜光源研究等方面具有重要的應(yīng)用價值。
文檔編號G02F1/35GK1811501SQ20051002024
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
發(fā)明者劉永智, 劉爽, 代志勇 申請人:電子科技大學(xué)