專利名稱：用于動態(tài)偏振控制的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，更具體地，致力于一種在對光纖中的偏振模色散進行補償?shù)南到y(tǒng)中有用的動態(tài)偏振控制的方法和裝置。
背景技術：
人們對能夠獲得更高數(shù)據(jù)傳輸速率的高速通信系統(tǒng)的需求日益增加，為滿足該需求，采用光網(wǎng)絡的光通信系統(tǒng)是至關重要的。這種系統(tǒng)通常采用波分復用(WDM)，從而將多個光信號作為分離的信道在單根光纖中同時傳送。隨著較高數(shù)據(jù)速率的實現(xiàn)，偏振模色散(PMD)變?yōu)橹匾恼n題，目前認為這種PMD是提高數(shù)據(jù)傳輸速率的主要障礙之一。一般認為，在數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Gb/s時，PMD開始起作用，并且為了在超過40Gb/s的速率下避免數(shù)據(jù)損失，對PMD進行補償是至關重要的。
與色散不同，PMD不是固定的，并作為許多時間可變因素的函數(shù)而不斷變化，在從幾毫秒到幾小時變動的時間范圍上變化。PMD因光纖中的雙折射(雙折射導致不同偏振的光以不同的速度前進)而出現(xiàn)。盡管在理論上完全圓的光纖是不會雙折射的，但在光纖例如由于彎曲、受壓、受熱等而受到不均勻的機械應力時，會產(chǎn)生這種雙折射。結果，對PMD進行靜態(tài)補償是不實際的。因而，對PMD進行補償?shù)挠行У南到y(tǒng)應該是動態(tài)的，并能夠響應于傳送的信號的偏振性質(zhì)在幾微秒內(nèi)的變化。此外，PMD能夠隨信道的不同而變化，因而對PMD進行補償?shù)南到y(tǒng)應該可以逐個信道可控的。優(yōu)選地，用于PMD補償?shù)难b置應是可兼容的，很容易與WDM光網(wǎng)絡中的其他設備(例如多路復用器(MUX)、多路分解器(DEMUX)、可變光衰減器(VOA)、平面光放大器、光開關等)集成一體。最后，PMD補償裝置應能夠相對容易和便宜地構建。動態(tài)偏振控制器是對PMD進行補償?shù)南到y(tǒng)的關鍵元件。
雖然對PMD及其成因的研究付出了相當大的努力，但可以相信很少的努力是致力于在解決該問題的，能夠低成本地在WDM光網(wǎng)絡中有益地實現(xiàn)的成果尤其少。因此，存在著對光網(wǎng)絡中的PMD進行動態(tài)補償?shù)慕?jīng)改善的裝置和方法的需求，這是本發(fā)明的目的。此外，存在著對在PMD補償系統(tǒng)及其他應用中使用的經(jīng)改善的偏振控制器的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)前述的目的和方面，本發(fā)明在一個方面致力于一種動態(tài)偏振控制器，其包括基板；形成在基板上的光波導，所述光波導具有懸在基板上方的腔中的中間部分；以及偏轉(zhuǎn)結構，用于可控地對所述波導的懸起部分施加力，使得可以通過該偏轉(zhuǎn)結構可控地改變波導的偏振性質(zhì)。優(yōu)選地，所述基板是硅基板，所述波導由光學聚合物制成。在所公開的實施例中，所述偏轉(zhuǎn)結構包括多個電極，優(yōu)選地，所述腔具有與所述波導的側壁相鄰的側壁，并且所述腔的側壁與所述波導的側壁具有形成在其上的相對的偏轉(zhuǎn)器電極對。在另一方面，所述腔底壁和波導底壁也具有形成在其上的相對的偏轉(zhuǎn)器電極對。所述腔的底和所述波導的懸起部分的底之間的間隔優(yōu)選地在大約0.1微米到大約30微米的范圍內(nèi)。
在另一方面中，本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器包括沿所述基板上的單個波導串聯(lián)形成的多個動態(tài)偏振控制器。
另一方面的本發(fā)明包括利用上述動態(tài)偏振控制器的偏振模色散補償系統(tǒng)。
本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的更具體實施例包括硅基板；形成在硅基板上的聚合物光波導，所述聚合物光波導的中間部分懸在形成在該硅基板中的腔的上方，并形成在與所述波導相鄰的硅基板上的一個或更多個層中；至少兩個偏轉(zhuǎn)器電極，形成在所述聚合物光波導的懸起部分的壁上，并對應于形成在所述腔的壁上的相對電極，從而形成多個相對電極對；以及控制系統(tǒng)，用于可控地向一個或更多個所述相對電極對施加電壓差，使得可以將所期望的偏轉(zhuǎn)力施加到聚合物光波導的懸起部分，以改變它的偏振性質(zhì)。所述硅基板上的與所述波導相鄰的一個或更多個層可以是聚合物層。
在另一方面，本發(fā)明致力于一種制造動態(tài)偏振控制器的方法，其包括在基板上形成光波導，在基板上形成圍繞所述光波導的中間部分的腔，使得所述中間部分懸起在所述腔的上方；以及形成偏轉(zhuǎn)結構，所述偏轉(zhuǎn)結構用于向所述波導的懸起部分施加力。優(yōu)選地，所述基板是硅晶片，所述光波導包括聚合物芯材料。所述腔可以由兩步驟刻蝕工藝制成，所述兩步驟刻蝕工藝包括首先在形成波導的步驟之前刻蝕基板的一區(qū)域以在基板上生成多孔區(qū)，并且隨后在形成波導之后，刻蝕掉在第一刻蝕步驟期間形成的多孔材料。第一刻蝕步驟可以包括電化學刻蝕，而第二刻蝕步驟可以包括濕化學刻蝕。為了避免對硅基板的可感測的刻蝕，優(yōu)選地執(zhí)行第二刻蝕步驟的時間少于10秒。該形成腔的步驟可包括在基板上方生成掩模層。
在又一方面，本發(fā)明致力于一種用于控制在光系統(tǒng)中傳輸?shù)墓庑盘柕钠衲Ｉ⒌难a償系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光輸入，用于接收來自光纖的光信號；波導，形成在基板上，用于傳輸通過所述補償系統(tǒng)的光信號，所述光波導的中間部分懸在形成在該基板上的腔中；偏轉(zhuǎn)結構，用于可控地對所述波導的懸起部分施加力，從而調(diào)節(jié)通過所述波導的懸起部分的光信號的偏振性質(zhì)；差分群延遲補償器，其接收穿過所述波導的懸起部分之后的光信號；偏振監(jiān)測設備，用于監(jiān)測所述光信號的偏振度；以及控制器，與所述偏振監(jiān)測設備相耦合，并與所述偏轉(zhuǎn)結構相耦合，用于響應于從所述偏振監(jiān)測設備接收的信息來調(diào)節(jié)通過所述偏轉(zhuǎn)結構施加的力。優(yōu)選地，所述波導由一個或更多個光學聚合物形成，所述基板是硅基板，所述腔的底形成在所述硅基板中，并且所述腔的與所述波導的懸起部分相鄰的側面的至少一部分由聚合物制成。所述偏轉(zhuǎn)結構可以包括至少兩對相對的電極，其中各電極對的一個電極形成在所述波導的懸起部分的側壁上，并且所述電極對的另一電極形成在所述腔的相鄰側壁上，其中，所述控制器能夠調(diào)節(jié)施加到所述電極的每一個上電壓的大小，使得能夠通過各電極對施加可控的靜電力。優(yōu)選地，所述差分群延遲補償器在所述控制器的控制下是可調(diào)節(jié)的，并且所述偏振監(jiān)測設備是偏振度監(jiān)測器。
在本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明致力于一種補償系統(tǒng)，用于在波分復用系統(tǒng)中對在光纖中傳輸?shù)亩鄠€光信號的偏振模色散進行控制，該補償系統(tǒng)包括輸入，用于接收來自光纖的多個光信號；多路分解器，用于將所述多個光信號分離成對應的多個單個信道；形成在單個基板上的至少一個動態(tài)偏振控制器陣列，各動態(tài)偏振控制器與所述多個單個信道之一相關聯(lián)，并包括形成在基板中的腔中的懸起的波導；差分群延遲補償器，其與各動態(tài)偏振控制器相耦合，以接收來自所述動態(tài)偏振控制器的光信號；控制系統(tǒng)，與各動態(tài)偏振控制器相耦合，用于調(diào)節(jié)通過動態(tài)偏振控制器的光信號的偏振性質(zhì)；監(jiān)測系統(tǒng)，與所述控制器相耦合，用于監(jiān)測各信道中的光信號的偏振，以及多路復用器，用于重組所述多個信道中的光信號。


結合附圖參照下面的詳細說明，將很容易察覺本發(fā)明的前述方面以及相伴隨的優(yōu)點。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個方面的用于控制光網(wǎng)絡中的偏振模色散的裝置的示意平面圖；圖2是本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的實施例的立體圖；圖3是本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的實施例的經(jīng)簡化的平面圖；圖4是圖3的動態(tài)偏振控制器沿視圖線A-A的截面圖；圖5是圖3的動態(tài)偏振控制器沿視圖線B-B的截面圖；圖6是本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的另一變型的截面圖；圖7是本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的又一變型的截面圖；圖8A-8D示出了本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器在不同制造階段的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明致力于一種動態(tài)偏振控制器及其制造方法，并致力于一種通過使用所發(fā)明的動態(tài)偏振控制器對光信號的偏振模色散(“PMD”)進行補償?shù)南到y(tǒng)和方法。本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器可以通過使用現(xiàn)有的半導體處理技術而相對容易和便宜地制造，并且可以容易地將其制造成與其他光學元件一起集成在共同基板上的多個陣列。本發(fā)明的偏振控制器的響應時間可以在亞毫秒范圍內(nèi)，從而其可以對光網(wǎng)絡中可能遇到的PMD的各種變化作出響應。此外，可以很容易地串聯(lián)地布置多個單個的控制器，以提供增強的偏振控制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置10的示意性平面圖，該裝置對WDM光學系統(tǒng)中的PMD進行補償。應注意，在WDM系統(tǒng)中，在光纖中同時發(fā)送通常具有稍微不同的波長的多個光學(即，光)信號。將來自光源20的所發(fā)送的信號輸入多路分解器(DEMUX)，在該處將該信號分離成多個波導信道35a-35d。盡管為說明的目的，僅示出了4個信道，但本領域的技術人員應意識到WDM系統(tǒng)能夠傳送比4個信道更多的信道，使得裝置10可以具有數(shù)量大得多的信道。用于對輸入光信號進行多路分解的一種方便而且可兼容的結構是陣列波導光柵(AWG)。AWG結構是已知的，并且不需要進一步詳細描述。
波導信道35a-35d與第一組(陣列)動態(tài)偏振控制器(PC)40a-40d相連。下面將詳細描述本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器的結構和操作。概括地說，與差分群延遲補償器和控制系統(tǒng)相結合地使用偏振控制器，以對由傳輸光纖所引起的PMD進行動態(tài)地補償?？刂破?0調(diào)節(jié)由不同的偏振控制器提供的補償度?？梢詫⒍鄠€動態(tài)偏振控制器串聯(lián)地布置在信道中，以提高偏振控制的量。為簡化示圖，僅在一個信道(信道“a”)中示出了多個串聯(lián)的三個這種偏振控制器40、40a’、40a”，并僅將信道a中的偏振控制器示出為與控制器50相連。然而，在實踐中，各信道通常具有相同數(shù)量的串聯(lián)的動態(tài)偏振控制器，并且各偏振控制器將與控制器50相連。
除串聯(lián)的動態(tài)偏振控制器陣列之外，本發(fā)明的PMD補償裝置10在各信道中具有一個或更多個差分群延遲(“DGD”)補償器60。圖1中示出了三個這種補償器60a、60a’和60a”，它們每一個都接收來自信道a中的一個偏振控制器的輸出光信號。因而，在圖1的實施例中，將來自第一DGD補償器60a和第二DGD補償器60a’的輸出光信號隨后輸入到與之串聯(lián)的下一偏振控制器中，并且將最后的DGD補償器60a”的輸出光耦合到多路復用器(MUX)70。多路復用器70隨后重組各個光信道a-d中的信號并且繼續(xù)傳輸所組合的信號。
DGD補償器60可以是固定的或可變的(即，可調(diào)節(jié)的)。優(yōu)選地，它們是在控制器50的控制下可調(diào)節(jié)的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過使用各信道中的一對或更多對動態(tài)偏振控制器和DGD元件可獲得對PMD的補償。具體地，通過調(diào)節(jié)與DGD補償器相連的光信號的主偏振狀態(tài)(PSP)來校正PMD。根據(jù)本發(fā)明的實施例，偏振控制器用于調(diào)節(jié)信號的PSP，以匹配DGD補償器的PSP。如所描述的，取決于光網(wǎng)絡的速度和光纖的長度，這可能需要各信道中的幾個塊，各塊包括成對的動態(tài)偏振控制器和DGD補償器。各種類型的可調(diào)節(jié)DGD補償器在本領域是已知的，并且不需要更詳細地描述它們的結構和操作模式。在另選的實施例中，本發(fā)明的兩個或更多個動態(tài)偏振控制器可以串聯(lián)地使用，以在單個DGD補償器之前遞增地調(diào)節(jié)信號的PSP。因而在DGD補償器的數(shù)量與動態(tài)偏振控制器的數(shù)量之間不需要一對一的對應關系。
在通過偏振控制器/DGD補償器塊之后，可以利用例如偏振度(DOP)分析儀80來監(jiān)測輸出信號的偏振性質(zhì)。此外，用于實時監(jiān)測光信號的偏振的DOP分析儀或其他等同裝置是公知的，并且無需更詳細地描述。很小比例的光被轉(zhuǎn)向DOP分析儀，以監(jiān)測其偏振性質(zhì)。將DOP分析儀80或類似設備的輸出隨后反饋到控制器50，從而使控制器能夠根據(jù)需要動態(tài)地調(diào)節(jié)DGD補償器60(如果它們可調(diào)節(jié)的話)和偏振控制器40、40’、40”，以抵消PMD。本領域的技術人員將意識到控制器50可以包含基于微處理器的系統(tǒng)，其帶有適當?shù)腎/O設備、軟件、電壓電源等。
圖2-5描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的動態(tài)偏振控制器(DPC)40。使用公知并廣泛使用的處理技術在硅基板100上制造DPC 40。這使得本發(fā)明的DPC可以相對容易并廉價地制造，可靠、可再現(xiàn)并易于與單個基板上的其他光學結構相結合。在硅基板上方形成有夾在上覆層120與下覆層130之間的聚合物波導芯110。優(yōu)選地，所述上覆層和下覆層也是聚合物，每一個具有比波導芯的折射系數(shù)小的折射系數(shù)。優(yōu)選地光學聚合物包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺和基于硅氧烷的樹脂。在通常的設計中，芯層厚度在大約1微米到大約10微米的范圍內(nèi)，并更優(yōu)選地在大約4微米到大約8微米的范圍內(nèi)，并且上覆層和下覆層的厚度在大約5微米到大約50微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約10微米到大約20微米的范圍內(nèi)?？梢詮亩喾N制造商處獲得光學聚合物，這些制造商會提供這些光學聚合物的屬性和使用的詳細的說明。
結合圖1的裝置，將形成多個這種波導，每個信道至少一個波導。將各波導限制在基板的小部分，然而，如圖中所示，可以在整個基板上方形成各種聚合物層。在波導35的周圍形成有凹陷或腔150，使得波導35的中間部分懸在腔150中。波導35的其余部分(即沒有懸在腔150內(nèi)的部分)保持與基板100固定連接。
使用偏轉(zhuǎn)結構來對波導的懸起部分施加力。在優(yōu)選實施例中，在波導35的懸起部分的上表面和側表面上形成有電極180，并且在腔150的相鄰壁上形成有電極160和170，使得該對電極相互面對。在圖2所示的實施例中，電極180是兩組電極對公用的。在一個另選實施例中，形成在懸起的波導部分110的側壁上的電極可以分開的，從而可以施加不同的電壓。在另一另選實施例中，如圖6所示，在波導35的懸起部分的底上還形成有電極190，并且在腔150的相鄰底壁上形成相對電極195。
根據(jù)本發(fā)明，對電極施加的適當?shù)碾妷菏怯糜谕ㄟ^對聚合物波導的懸起部分施加靜電力來使波導的懸起部分偏轉(zhuǎn)。該偏轉(zhuǎn)的方向既可在與基板的表面平行，也可在與基板垂直，在波導芯中產(chǎn)生各項異性應力，引起聚合物中的強雙折射。使用聚合物是優(yōu)選的，因為它們具有較大的彈性，并因此與其他具有可相當?shù)墓鈱W性質(zhì)的材料相比更容易偏轉(zhuǎn)。通過控制波導的偏轉(zhuǎn)度，人們可以控制雙折射的程度和方向，從而控制穿過被懸起的波導的光的偏振性質(zhì)。具體地，雙折射在具有導致偏振狀態(tài)相對于輸入偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的正交偏振的模式之間產(chǎn)生相位偏移。換句話說，存在著PSP的旋轉(zhuǎn)。對于具有高光彈性(elasto-optic)系數(shù)的聚合物來說，波導微米級的偏轉(zhuǎn)可以導致強雙折射，而不會損害波導懸起部分的結構完整性。另外，導致雙折射所需的小的偏轉(zhuǎn)使因彎曲引起的漏光非常低。
作為示例，圖3示出了施加到電極160和180的正電壓，而將負電壓施加給電極170。因而，電極160排斥電極180。波導和電極170吸引它，從而產(chǎn)生了使波導向電極170偏轉(zhuǎn)的靜電力。該靜電力的大小是施加給電極的電壓、電極的尺寸和它們之間分離的距離的函數(shù)。
在圖2-5所示的實施例中，所懸起的波導僅能在水平方向偏轉(zhuǎn)，通過如圖6所示地在所述波導的懸起部分的下表面上和腔150的底面的相對表面上形成電極，也可以使懸起的波導在垂直方向偏轉(zhuǎn)。然而，這使得制造更復雜。為制造圖6所示的器件，優(yōu)選地使用帶有犧牲部分(sacrificial portion)的中間層來代替多孔硅。該中間層(也可以將其稱為犧牲層)可以是經(jīng)過構圖的光刻膠。在形成帶有犧牲部分的該犧牲層之前，首先在基板上形成底電極和連接線。在形成犧牲層之后，形成將成為波導上的底電極的電極。隨后形成波導，并去除該犧牲層的一部分，在適當位置留下上電極和下電極。例如，如果犧牲層是經(jīng)構圖的光刻膠，則可以以常規(guī)的方式使用抗蝕劑剝離液(resist stripper)。
本發(fā)明的一個DPC可能不足以完全控制輸出偏振。然而，通過依次級聯(lián)多個以這種方式形成的DPC，如圖7所示，可以完全控制偏振的輸出狀態(tài)。因為本發(fā)明的懸起的波導的質(zhì)量很輕，因此可以在亞毫秒時間幀內(nèi)引入偏轉(zhuǎn)，這對于PMD補償來說是足夠了。
圖8A-8D描述了根據(jù)一種制造技術，本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器在加工的各個階段的截面圖。截面在與波導平行的方向上。應注意，本發(fā)明的DPC的顯著的優(yōu)點是其可以通過使用本行業(yè)通常使用的公知處理技術來制造。圖8A示出了其上形成有經(jīng)構圖的掩模層800的硅基板100。掩模層800可以是軟或硬的掩模層。使用一個或更多個光刻膠層和光刻法來生成經(jīng)構圖的掩模層在本領域是公知的，并且不需要詳細描述。為了簡化和方便，只示出了掩模層810中的一個開口，但本領域技術人員應該理解在實際的實施例中，在掩模層上將形成許多這種開口。
圖8B示出了形成在硅基板100內(nèi)的、掩模800的開口下的多孔硅區(qū)域810?？梢允褂煤唵蔚碾娀瘜W刻蝕來生成多孔硅。在該工藝期間，在硅中形成了微米級或納米級的孔。該多孔硅包括用被互連的空孔(void)包圍的橋(bridge)連接的納米微晶。取決于電化學刻蝕工藝參數(shù)，去除了最初的硅的10％到90％。這使得殘留的硅是機械健壯的，并保持了平坦的表面。多孔硅區(qū)810的深度可以淺至大約0.1μm，或深至幾十μm，例如大約30微米。多孔硅的橫向尺寸(即基板平面的尺寸)將根據(jù)設計需要而改變。適當?shù)碾娀瘜W刻蝕劑包括氫氟酸(HF)的水溶液或乙酸溶液(ethanoic solution)，HF濃度通常在大約10％到大約35％的范圍內(nèi)。
在圖8C中，已經(jīng)通過使用不會改變下面的多孔硅的任何標準的剝離技術去除了掩模層800，并且已經(jīng)形成波導結構，其包括下覆層130、芯層110和上覆層120。優(yōu)選地，這些層由光學聚合物形成，至少所述芯聚合物層具有與應力強相關(即高的光彈性系數(shù))的雙折射性。形成在多孔硅區(qū)810上延伸的波導涉及眾所周知的淀積和構圖技術。例如，可以通過旋涂或濺涂淀積聚合物層，并隨后使用標準的光刻技術進行構圖以形成分立的波導結構。隨后對以后形成腔150的一部分的溝350、360(見圖3)進行刻蝕或?qū)⑵湫纬稍诓▽У臋M向側面周圍的聚合物層中。隨后在波導上方、在上覆層上的相鄰部分上以及在溝350、360的壁上形成電極160、170和180。通過使用公知的淀積和構圖技術，由適當?shù)膶щ姴牧?例如金)形成電極160、170和180。在形成這些電極的同時，還形成了與這些電極相關聯(lián)的導電引線和連接焊盤。
圖8D示出了在去除犧牲多孔硅之后所得的最后結構。去除多孔硅可以非常快速，即在幾秒內(nèi)(例如少于10秒)，通過使用適當?shù)臐窨坦に囃瓿?，而不會對固體硅產(chǎn)生任何感測到的刻蝕。多孔硅的結構(其具有納米微粒和互聯(lián)的空孔)呈現(xiàn)被非常迅速刻蝕掉的非常大的表面區(qū)。多孔硅的去除結合溝350、360留下了波導的懸在腔150中的部分?？蛇x地，隨后可以將一個或更多個附加層(例如保護層)應用于該結構或該結構的部分?？梢允褂萌魏芜m當?shù)墓杩涛g劑，例如濃縮的氫氧化鉀(KOH)。
會影響本發(fā)明的DPC的性能的各種參數(shù)包括(1)腔的尺寸，特別是波導的懸起部分的長度；(2)電極的間隔和尺寸，以及可以對電極施加的最大電壓的大?。?3)波導的內(nèi)部尺寸；(4)在波導中使用的材料以及任何涂層的性質(zhì)，包括所有材料的撓性、在波導芯中的產(chǎn)生的雙折射的應力的大小、以及影響漏光的芯與覆層之間的折射率的差異；(5)串聯(lián)的級聯(lián)DPC的數(shù)量。這些因素中的每一個都將影響精確的器件設計。
本發(fā)明提供了很多優(yōu)點?？梢韵嘈旁诠枭现圃斓木酆衔锊▽峁┝诉@種類型的光學設備的最低成本的技術。有具有低損耗(例如低于0.1dB/cm)、折射系數(shù)接近于標準硅石的折射系數(shù)、低的偏振相關損耗(PDL)的許多高穩(wěn)定光學聚合物可以在本發(fā)明中使用。在單個基板上構建本發(fā)明的DPC陣列的能力使得可以容易地將這種陣列與其他平面光學器件(特別是WDM器件)組合并集成。例如，用于包含兩個DGD段的40個信道的單個WMD PMD補償器將至少需要80個本發(fā)明的DPC。使用當前可用的處理技術，能夠在單個硅晶片上制造所有這些器件。這消除了在配合大量的非集成器件工作時由誤對準和差的重復性所引起的錯誤。
主要在用于控制偏振模色散的系統(tǒng)的背景中描述了本發(fā)明的動態(tài)偏振控制器。本領域的技術人員應理解這種控制器還有許多其他的應用。因而，例如DPC還可以與偏振擾頻(polarization scrambling)、偏振相關損耗(PDL)減小和PMD或PDL測量系統(tǒng)相結合地使用。因此，可以與很多類型的偏振敏感器件相結合地使用DPC。
盡管示出并描述了優(yōu)選實施例，但可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍地進行各種修改和替換。因而，可以理解，本發(fā)明僅僅是以示例的方式說明的，不應該將已經(jīng)在本文中公開的這種示例和實施例解釋成對權利要求的限制。
權利要求
1.一種動態(tài)偏振控制器，其包括基板；形成在所述基板上的光波導，所述光波導具有懸在所述基板上方的腔中的中間部分；偏轉(zhuǎn)結構，用于可控地對所述波導的懸起部分施加力，使得所述波導的偏振性質(zhì)能夠由所述偏轉(zhuǎn)結構可控地改變。
2.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)偏振控制器，其中所述基板是硅基板。
3.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)偏振控制器，其中，所述波導由光學聚合物制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)偏振控制器，其中，所述偏轉(zhuǎn)結構包括多個電極。
5.根據(jù)權利要求4所述的動態(tài)偏振控制器，其中，所述腔具有與所述波導的側壁相鄰的側壁，并且其中所述腔的側壁與所述波導的側壁具有形成在其上的相對的偏轉(zhuǎn)器電極。
6.根據(jù)權利要求4所述的動態(tài)偏振控制器，其中，所述腔具有與所述波導的底壁相鄰的底壁，并且其中所述腔底壁和所述波導底壁具有形成在其上的相對的偏轉(zhuǎn)器電極。
7.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)偏振控制器，其中，所述腔底與所述波導的懸起部分的底之間的間隔在大約0.1微米到大約30微米的范圍內(nèi)。
8.一種用于動態(tài)偏振控制的系統(tǒng)，其包括所述基板上沿單個波導串聯(lián)形成的如權利要求1所述的多個動態(tài)偏振控制器。
9.一種偏振模色散補償系統(tǒng)，其包括如權利要求1所述的動態(tài)偏振控制器。
10.一種動態(tài)偏振控制器，其包括硅基板；形成在所述硅基板上的聚合物光波導，所述聚合物光波導的中間部分懸在形成在所述硅基板中的腔的上方，并形成在與所述波導相鄰的所述硅基板上的一個或更多個層中；至少兩個偏轉(zhuǎn)器電極，形成在所述聚合物光波導的所述懸起部分的壁上，并對應于形成在所述腔的壁上的多個相對電極，從而形成多個相對電極對；以及控制系統(tǒng)，用于可控地向一個或更多個所述相對電極對施加電壓差，使得可以對所述聚合物光波導的所述懸起部分施加所期望的偏轉(zhuǎn)力，以改變所述聚合物光波導的所述懸起部分的偏振性質(zhì)
11.根據(jù)權利要求10所述的動態(tài)偏振控制器，所述硅基板上的與所述波導相鄰的一個或更多個層是聚合物層。
12.一種制造動態(tài)偏振控制器的方法，其包括在基板上形成光波導；在基板中形成圍繞所述波導的中間部分的腔，使得所述中間波導部分懸在所述腔的上方；以及形成偏轉(zhuǎn)結構，所述偏轉(zhuǎn)結構用于向所述波導的所述懸起部分施加力。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述基板是硅晶片。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述光波導包括聚合物芯材料。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述腔由兩步驟刻蝕工藝形成，所述兩步驟刻蝕工藝包括首先在形成波導的步驟之前，刻蝕所述基板的區(qū)以在基板中生成多孔區(qū)，并隨后在形成了所述波導之后，刻蝕掉在第一刻蝕步驟期間形成的多孔材料。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述第一刻蝕步驟包括電化學刻蝕。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，所述第二刻蝕步驟包括化學刻蝕。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述第二刻蝕步驟執(zhí)行的時間少于10秒。
19.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述形成腔的步驟包括在基板上方生成掩模層。
20.一種用于對在光系統(tǒng)中傳輸?shù)墓庑盘柕钠衲Ｉ⑦M行控制的補償系統(tǒng)，其包括光輸入，用于接收來自光纖的光信號；波導，形成在基板上，用于傳輸通過所述補償系統(tǒng)的所述光信號，所述光波導的中間部分懸在形成在基板上的腔中；偏轉(zhuǎn)結構，用于對所述波導的懸起部分可控地施加力，從而調(diào)節(jié)通過所述波導的所述懸起部分的光信號的偏振性質(zhì)；差分群延遲補償器，其接收穿過所述波導的所述懸起部分之后的光信號；偏振監(jiān)測設備，用于監(jiān)測所述光信號的偏振度；以及控制器，與所述偏振監(jiān)測設備耦合，并與所述偏轉(zhuǎn)結構耦合，用于響應于從所述偏振監(jiān)測設備接收的信息來調(diào)節(jié)由所述偏轉(zhuǎn)結構施加的力。
21.根據(jù)權利要求20所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中，所述波導由光學聚合物制成。
22.根據(jù)權利要求20所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中，所述基板是硅基板。
23.根據(jù)權利要求22所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中，所述腔的底形成在所述硅基板中，并且其中所述腔的至少與所述波導的所述懸起部分相鄰的側面的部分由聚合物制成。
24.根據(jù)權利要求23所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中，所述偏轉(zhuǎn)結構包括至少兩對相對的電極，其中各電極對中的一個電極形成在所述波導的所述懸起部分的側壁上，并且所述電極對中的另一個電極形成在所述腔的相鄰側壁上，并且其中所述控制器能夠調(diào)節(jié)施加到電極中的每一個上的電壓的大小，使得能夠通過各電極對施加可控的靜電力。
25.根據(jù)權利要求20所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中所述差分群延遲補償器在所述控制器的控制下是可調(diào)節(jié)的。
26.根據(jù)權利要求20所述的偏振模色散補償系統(tǒng)，其中，所述偏振監(jiān)測設備是偏振度監(jiān)測器。
27.一種補償系統(tǒng)，用于在波分復用系統(tǒng)中對在光纖中傳輸?shù)亩鄠€光信號的偏振模色散進行控制，該補償系統(tǒng)包括輸入，用于接收來自所述光纖的多個光信號；多路分解器，用于將所述多個光信號分離成對應的多個單個信道；形成在單個基板上的至少一個動態(tài)偏振控制器陣列，所述動態(tài)偏振控制器中的每一個與所述多個單個信道中的一個相關聯(lián)，并包括形成在基板中的腔中的懸起的波導；差分群延遲補償器，其與所述動態(tài)偏振控制器中的每一個相耦合，以接收來自所述動態(tài)偏振控制器的光信號；控制系統(tǒng)，與所述動態(tài)偏振控制器中的每一個相耦合，用于調(diào)節(jié)通過動態(tài)偏振控制器的光信號的偏振性質(zhì)；監(jiān)測系統(tǒng)，與所述控制器耦合，用于監(jiān)測各個所述信道中的光信號的偏振，以及多路復用器，用于重組所述多個信道中的光信號。
全文摘要
用于動態(tài)偏振控制的方法和裝置。公開了一種在光網(wǎng)絡中有用的動態(tài)偏振控制器(DPC)及動態(tài)偏振控制的方法。本發(fā)明的DPC具有形成在基板(例如硅晶片)上的光波導。所述光波導的中間部分懸在腔的上方，以及設置偏轉(zhuǎn)結構(例如電極)，用于可控地對所述波導的懸起部分施加力。在所述波導的懸起部分上施加偏轉(zhuǎn)力引起波導芯中的可控的雙折射，從而使得可以對通過該DPC的光的偏振性質(zhì)進行動態(tài)地控制。可以將本發(fā)明的DPC的陣列形成在單個基板上，并用于光網(wǎng)絡(例如WDM系統(tǒng))中，從而將通過單根光纖傳送的多個光信號多路分解以進行處理?？梢栽诨迳洗?lián)形成多個DPC，以增大偏振控制度。本發(fā)明的DPC可以與差分群延遲(DGD)補償器相組合，以對光信號的偏振模色散(PMD)進行動態(tài)補償。本發(fā)明的DPC能夠在微秒的時間幀內(nèi)操作，從而提供實時的PMD補償。
文檔編號G02B6/24GK1800895SQ20051013466
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權日2004年12月13日
發(fā)明者阿列克謝·格列博夫 申請人:富士通株式會社