專利名稱：目鏡器件和使用該目鏡器件的可調諧色散補償器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光網絡領域，具體地，涉及一種目鏡器件(Eye Piece)以及一種使用該 目鏡器件和平面光波導(PLC)器件的可調諧色散補償器，在該色散補償器中，目鏡器件對 于可調諧性來說是關鍵的。
背景技術：
光網絡需要色散補償，而可調諧性是可重配置或靈活網絡的關鍵。當前的可調諧 方法盡管能夠對色散的量進行調諧，然而其不能對光纖在特定波長范圍(例如C頻段)上 的色散斜率進行補償，這對于DWDM系統(tǒng)來說是嚴重的問題。傳統(tǒng)的色散補償器使用特別設計的光纖(它們是昂貴的)，并且不能夠被調諧。下 一代光網絡需要更為廉價和靈活的器件，因而期望具有可調諧性和可重配置性?？烧{諧色 散補償是實現下一代光網絡的靈活性的一個妨礙因素。已經開發(fā)出了一些可調諧的色散補 償模塊(例如布拉格光柵(FBG)和基于標準具的DCM)，但是它們并不令人滿意，原因是它 們不能對用于電信的光纖的色散斜率進行補償(參見參考文獻1 =Christopher R. Doerr, Optical compensation of system impairments,5-lOMarch 2006, OFC 2006)。圖1示出了進入光纖101之前(100)、離開光纖101之后進入色散補償器102之前 (120)以及離開色散補償器102之后(140)的光脈沖100、120和140。光脈沖由不同的顏 色分量組成。當穿過諸如單模光纖(參見圖1中的101)的介質時，光的不同分量具有不同 的速度，因而在經過一段距離后，這些顏色分量發(fā)生色散，而且色散的程度與介質中的傳播 距離成比例(參見圖1中的120)。不同顏色分量的色散導致光脈沖的形狀“失真”，由此使 數字網絡的傳輸性能發(fā)生惡化。對色散進行補償能夠恢復“失真的”光脈沖，因而能夠改善 數字網絡的傳輸性能。未來的光網絡需要可重配置性，這是因為光脈沖所需的傳播距離可能隨著不同的 網絡配置而改變。這樣，要補償的色散的量也應當是可重配置的或可調諧的。具體地，圖2是示出了在靈活的光網絡中使用可調諧色散補償器(TCDC)的示意 圖。如圖2所示，當光路由器201把網絡傳輸配置從第一配置A至B改變?yōu)榈诙渲肁至 C時，傳輸距離也會從A-B改變?yōu)锳-C，在這種情況下，需要可調諧色散補償器(TCDC) 202來 實現可重配置性。圖3示出了可調諧色散補償器(TCDC) 202的總體示意圖。單信道TCDC 202主要 包括色散光柵301、望遠鏡結構(302和303)、單模波導304以及切向耦合光柵305。色散光 柵301使光色散為小的角度，由物鏡302和目鏡器件303組成的望遠鏡結構能夠將該角度 放大f。/fe倍，其中f。和fe分別是物鏡和目鏡器件303的焦距。離開目鏡器件303的光將 被弧形切向耦合光柵305耦合至弧形單模波導304。這樣，在離開尾纖(pigtail)之后，不 同的顏色經歷不同的延遲，從而色散得以補償。如果弧的半徑是r，色散角度是2 θ，那么能 夠被補償的最大色散距離是2r θ。如上文所述，“最大補償色散距離”是
可以通過改變如圖3中所示的望遠鏡結構(302和303)的放大倍數來調諧被補償 的色散的量。在本方案中，物鏡302的焦距是固定的，因此具有可變焦距的可變形鏡可以用 作目鏡器件303。Chris R. Doerr提出了一種使用壓電致動器的可變形鏡(參見參考文獻2 C. R. Doerr 等人，40-Gb/s coloriess tunable dispersion compensator with 1000-ps/ nm tuning range employing a planar lightwave circuit and a deformable mirror, 6-IOMarch 2005，OFC 2005)。本發(fā)明旨在克服未來的動態(tài)可重配置光網絡的“可調諧DCM”的上述問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種目鏡器件和一種使用該目鏡器件的可調諧色散補償器， 用在光網絡中，以克服未來的動態(tài)可重配置光網絡的“可調諧DCM”的上述問題。根據本發(fā)明的第一方面，提出了一種用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，包括 由第一金屬制成的第一條帶；由第二金屬制成的第二條帶，第二條帶附加到第一條帶；加 熱器/制冷器，附加到第二條帶，用于加熱/冷卻第一條帶和第二條帶；以及可調諧定位桿， 附加到加熱器/制冷器，用于保持目鏡器件在可調諧色散補償器中的位置，其中，第一金屬 和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數，使得目鏡器件的形狀響應于溫度的改變而從第一形 狀改變?yōu)榈诙螤?。?yōu)選地，第一形狀是凹面形且第二形狀是凸面形，或第一形狀是凸面形而第二形 狀是凹面形。優(yōu)選地，第一金屬的膨脹系數小于第二金屬的膨脹系數?？蛇x地，，第一金屬的膨 脹系數大于第二金屬的膨脹系數。優(yōu)選地，第一金屬適合于反射要進行色散補償的波長范圍內的光。可選地，所述目 鏡器件還包括附加到第一條帶上的反射膜，該反射膜適合于反射要進行色散補償的波長 范圍內的光。優(yōu)選地，加熱器/制冷器是熱電效應制冷器。優(yōu)選地，可調諧定位桿是壓電換能器或由具有較大熱膨脹系數的第三金屬制成。 更優(yōu)選地，第三金屬與第二金屬相同。根據本發(fā)明的第二方面，提出了一種可調諧色散補償器，包括根據本發(fā)明的目鏡 器件。優(yōu)選地，所述可調諧色散補償器還包括物鏡；弧形切向耦合器；弧形單模波導； 以及色散光柵；其中，在色散光柵處將輸入光色散至物鏡，物鏡的焦平面與目鏡器件重疊， 目鏡器件大體上位于弧形切向耦合器的中心，而弧形單模波導平行于弧形切向耦合器，以 及弧形切向耦合器把光切向地耦合至弧形單模波導中。優(yōu)選地，所述可調諧色散補償器還包括粗分光柵，其中色散光柵由信道光柵陣列 形成，使得輸入光首先在粗分光柵處根據不同的信道而色散，然后被投射到信道光柵陣列 上。優(yōu)選地，所述可調諧色散補償器還包括加熱器/制冷器，該加熱器/制冷器附加在信道光柵陣列上，并且被控制為產生沿著信道光柵陣列進行色散斜率補償所需的溫度分 布。更優(yōu)選地，該溫度分布是沿著信道光柵陣列線性增大/減小的溫度分布。


根據下文結合附圖對本發(fā)明的非限制性實施例的具體描述，本發(fā)明的上述和其他 方面、特征和優(yōu)點將會變得更加明顯，在附圖中圖1(上文已經描述)是示出了發(fā)生色散和被恢復的光脈沖的示意圖；圖2(上文已經描述)是示出了在靈活的光網絡中使用TCDC的示意圖；圖3 (上文已經描述)示出了可調諧色散補償器(TCDC)的總體示意圖；圖4示出了根據本發(fā)明在望遠鏡中設置的可調諧目鏡器件；圖5示出了把來自(望遠鏡的)目鏡器件的色散光切向耦合至單模波導；圖6示出了多信道TCDC的總體示意圖。
具體實施例方式以下根據附圖來描述本發(fā)明。在下文的描述中，一些具體的實施例僅用于描述的 目的，不應當被理解為對本發(fā)明的限制，而是本發(fā)明的例子。盡管可能會使本發(fā)明的理解變 得模糊，然而下文將省略傳統(tǒng)的結構或構造。圖4示出了根據本發(fā)明在望遠鏡中設置的可調諧目鏡器件403。如圖4中所示，目 鏡器件403是由金屬A制成的凹面鏡4031，并且被附加到由金屬B制成的條帶4032上，其 中金屬A和金屬B具有不同的熱膨脹系數。例如，金屬A可以具有較小的熱膨脹系數，而金 屬B可以具有較大的熱膨脹系數。例如，金屬A是鐵(Fe)而金屬B是銅(Cu)，因此當目鏡 器件403被加熱時，其將會從凸面鏡變?yōu)榘济骁R；而當目鏡器件403被冷卻時，其將會從凹 面鏡變?yōu)橥姑骁R?；蛘?，可選地，金屬A可以具有較大的熱膨脹系數，而金屬B可以具有較 小的熱膨脹系數，例如銅(Cu)用作金屬A而鐵(Fe)用作金屬B。因此，當目鏡器件403被 加熱時，其將會從凹面鏡變?yōu)橥姑骁R；而當目鏡器件403被冷卻時，其將會從凸面鏡變?yōu)榘?面鏡。此外，應當注意，金屬A(例如金(Au))或其上形成的反射膜(例如金(Au)膜)(未示 出)適合于對要進行色散補償的波長范圍內的光進行反射。TEC(熱電效應制冷器Thermal Electric Cooler) 4033在金屬A相對一側附加在金屬條帶B上。當被TEC 4033加熱或冷 卻時，凹面鏡的焦距(或半徑)將會由于金屬條帶A和金屬條帶B的不同膨脹而改變。當 目鏡器件403從凹面鏡轉變?yōu)橥姑骁R時，被補償的色散的符號將由正變?yōu)樨??？烧{諧的定 位桿4034附加到目鏡器件上，其長度可通過電裝置(例如，PZT(壓電換能器))或熱裝置 (例如，具有大的熱膨脹系數的金屬和TEC的組合)而改變?？烧{諧定位桿4034的目的是 保持圖3中所示的望遠鏡結構(302和303)的良好調諧，或者換句話說，保持物鏡302和目 鏡器件303的焦平面在目鏡器件303的焦距發(fā)生變化時良好地重疊。圖5示出了目鏡器件503和平面光波導(PLC)器件(5001-5005)，其中來自(望 遠鏡的)目鏡器件503的色散光被切向耦合至單模波導5004。切向耦合光柵5003被設計 為對光進行切向耦合，或者換句話說，輸出與入射光垂直的光，從而離開光柵5003的光將 會進入平行于光柵5003本身的單模波導5004。據報導，這種光柵耦合器具有60 70%的 華禹合效率(參見參考文獻 3 禾口 4 :Van Laere，等人，Compact grating couplers betweenoptical fibers and Silicon-on—lnsulator photonic wire waveguides with 69 % coupling efficiency, 5-10March 2006, OFC 2006 -MR Bin Wang ^A, Compact slanted grating couplers, 26July 2004，Vol. 12，No. 15，Optics Express 3313)。另夕卜，圖 5 中所 示的目鏡器件503相對于弧形切向耦合光柵5003的相對定位是目鏡器件503大體上位于 弧的中心，即，始終位于與弧形切向耦合光柵5003相距半徑“r”的位置處。圖6示出了多信道TCDC的總體示意圖。圖6中描繪了三信道TCDC600。信道的 數目可以更大，例如40或更大。與單信道TCDC 202相比，多信道TCDC 600的不同之處在 于其使用“粗分光柵(coarse grating) 6001”對來自輸入光的信道進行色散，并且該信道 將會被投射到光柵陣列601上，而不是單信道TCDC 202中的僅僅一個光柵301上。多信道 TCDC 600的其他部分與單信道TCDC 202具有相同的設計。光柵陣列601上的所有光柵能 夠并行地對信道的中心波長進行衍射。因此，所有信道共享望遠鏡結構(302和303)的焦 平面上的相同成像區(qū)域?？梢钥刂菩诺拦鈻抨嚵?01上的TEC 6002來產生沿著光柵陣列 601的期望的溫度分布(梯度)，例如線性增大/減小的溫度分布，這可以改變光柵周期，從 而獲得電信系統(tǒng)中需要的斜率補償。因此，根據本發(fā)明，所提出的TCDC可以實現如下技術優(yōu)點1.可調諧可以通過附加到目鏡器件的TEC來調諧目鏡器件的焦距，從而調諧 被補償的色散的量。例如，如果2 θ = ？工/^且^· = 200mm，則色散長度是L = 2r θ = 2 X 200mmX π /4 = 0. 314m，假定波導中的光速是V = 2 X 108m/s且有效帶寬是B = 0. 5nm， 則被補償的色散的量是CD = L/(BXV) = 0. 314/(0. 5X2X108) = 3140pS/nm，被補償的色 散的符號由目鏡器件來決定，當目鏡器件是凹面鏡時，符號為正；當目鏡器件是凸面鏡時， 符號為負。2.多信道操作適用于DWDM系統(tǒng)的色散補償，例如，可以設計80-光柵陣列，用于 具有80個信道的DWDM系統(tǒng)。3.斜率補償可以通過沿著信道光柵陣列引入特定的溫度分布(梯度)來補償 色散斜率，該特征使本發(fā)明更加具有吸引力和更加實際，因為根據參考文獻KChristopher R. Doerr, Optical 5compensation of system impairments，5-lOMarch 2006，OFC 2006) 的描述，其他的可調諧色散補償方法不能夠補償色散斜率。4.寬帶、可級聯性不同于其他的補償方案，本發(fā)明具有非常寬的通帶，所以能夠 在較長的光鏈路中級聯。上述實施例僅用作示例的目的，而非限制本發(fā)明。本領域技術人員可以在不背離 本發(fā)明的范圍和精神的前提下，對實施例進行各種修改或替換，但這些修改或替換仍將落 入由所附權利要求所限定的范圍。參考文獻列表參 考文獻 1 :Christopher R. Doerr, Optical compensation of system impairments,5-10March 2006, OFC 2006 ；參考文獻 2 :C. R. Doerr 等 人，40-Gb/s colorless tunable dispersion compensator with 1000-ps/nm tuning range employing a planar lightwave circuit and a deformable mirror,6-10March 2005, 0FC2005 ；參考文獻 3 :F. Van Laere 等人，Compact grating couplers between opticalfibers and Silicon—on— Insulator photonic wire waveguides with 69% coupling efficiency,5-10March 2006, 0FC2006 ；:Bin Wang^A,Compact slanted grating couplers, 26July 2004,
Vol. 12, No. 15,Optics Express3313.
權利要求
一種用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，包括由第一金屬制成的第一條帶；由第二金屬制成的第二條帶，第二條帶附加到第一條帶；加熱器/制冷器，附加到第二條帶，用于加熱/冷卻第一條帶和第二條帶；以及可調諧定位桿，附加到加熱器/制冷器，用于保持目鏡器件在可調諧色散補償器中的位置，其中，第一金屬和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數，使得目鏡器件的形狀響應于溫度的改變而從第一形狀改變?yōu)榈诙螤睢?br> 2.根據權利要求1所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中，第一形狀是凹 面形且第二形狀是凸面形，或第一形狀是凸面形而第二形狀是凹面形。
3.根據權利要求1所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中，第一金屬的膨 脹系數小于第二金屬的膨脹系數。
4.根據權利要求1所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中，第一金屬的膨 脹系數大于第二金屬的膨脹系數。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中， 第一金屬適合于反射要進行色散補償的波長范圍內的光。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，還包 括附加到第一條帶上的反射膜，該反射膜適合于反射要進行色散補償的波長范圍內的光。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中， 加熱器/制冷器是熱電效應制冷器。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中， 可調諧定位桿是壓電換能器或由具有較大熱膨脹系數的第三金屬制成。
9.根據權利要求8所述的用在可調諧色散補償器中的目鏡器件，其中，第三金屬與第 二金屬相同。
10.一種可調諧色散補償器，包括根據權利要求1至8中任意一項所述的目鏡器件。
11.根據權利要求10所述的可調諧色散補償器，還包括 物鏡；弧形切向耦合器； 弧形單模波導；以及 色散光柵；其中，在色散光柵處將輸入光色散至物鏡，物鏡的焦平面與目鏡器件重疊，目鏡器件大 體上位于弧形切向耦合器的中心，而弧形單模波導平行于弧形切向耦合器，以及 弧形切向耦合器把光切向地耦合至弧形單模波導中。
12.根據權利要求11所述的可調諧色散補償器，還包括粗分光柵，其中色散光柵由信 道光柵陣列形成，使得輸入光首先在粗分光柵處根據不同的信道而色散，然后被投射到信 道光柵陣列上。
13.根據權利要求12所述的可調諧色散補償器，還包括加熱器/制冷器，該加熱器/ 制冷器附加在信道光柵陣列上，并且被控制為產生沿著信道光柵陣列進行色散斜率補償所需的溫度分布。
14.根據權利要求13所述的可調諧色散補償器，其中，該溫度分布是沿著信道光柵陣 列線性增大/減小的溫度分布。
全文摘要
一種用在可調諧色散補償器中的目鏡器件(403)，包括由第一金屬制成的第一條帶(4031)、由第二金屬制成的第二條帶(4032)、加熱器/制冷器(4033)和可調諧定位桿(4034)。第二條帶(4032)附加到第一條帶(4031)。加熱器/制冷器(4033)附加到第二條帶(4032)，用于加熱/冷卻第一條帶(4031)和第二條帶(4032)?？烧{諧定位桿(4034)附加到加熱器/制冷器(4033)，用于保持目鏡器件(403)在可調諧色散補償器中的位置。第一金屬和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數，使得目鏡器件(403)的形狀響應于溫度的改變而從第一形狀改變?yōu)榈诙螤?。一種使用目鏡器件(403)的可調諧色散補償器。
文檔編號G02B6/34GK101910900SQ200880123758
公開日2010年12月8日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權日2008年1月8日
發(fā)明者戴泓星, 王澎 申請人:朗訊科技公司