專(zhuān)利名稱(chēng)：非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光通信技術(shù)領(lǐng)域器件的制作方法，具體是一種基于非周 期光學(xué)超晶格雙波長(zhǎng)泵浦的寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件，主要有基于半導(dǎo)體激光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, S0A)的交叉增益調(diào)制和交叉相位調(diào)制波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、馬赫-曾德?tīng)?Mach-Zehnder)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，但它們對(duì)輸入信號(hào)的幅度、頻率和相位都 存在不完全透明轉(zhuǎn)換的缺陷；基于SOA或無(wú)源波導(dǎo)，如光纖的四波混頻雖是完全 透明的全光轉(zhuǎn)換，但它是三階非線性過(guò)程，存在轉(zhuǎn)換效率低下的問(wèn)題，而且這種 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器噪聲大，容易造成串?dāng)_，其應(yīng)用有限； 一般情況下，二階非線性過(guò)程 比三階過(guò)程效率高得多，基于半導(dǎo)體(如砷化鋁鎵AlGaAs)或鐵電晶體波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)中的差頻或級(jí)聯(lián)效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，逐漸成為寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展方 向?；诙A非線性差頻或級(jí)聯(lián)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件對(duì)信息透明，它僅是一 個(gè)純光學(xué)過(guò)程，克服了電光器件的速度瓶頸，具備低噪聲、寬調(diào)節(jié)波長(zhǎng)范圍和可 以同時(shí)轉(zhuǎn)換多波長(zhǎng)的特點(diǎn)。基于半導(dǎo)體或鐵電疇反轉(zhuǎn)波導(dǎo)差頻或級(jí)聯(lián)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 是唯一全透明的方案，與其它波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器方案比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。而基于級(jí)聯(lián)效 應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器與基于差頻效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器相比，泵浦波長(zhǎng)仍然在1. 5 P m通 信波段，解決了波導(dǎo)傳輸模式問(wèn)題，并且可以獲得更寬的帶寬。雖然基于半導(dǎo)體 (如AlGaAs)的差頻波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器己有演示，但目前難以實(shí)現(xiàn)兩束光的相位匹配， 另外由于波導(dǎo)的散射損耗，均導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低下，因而目前應(yīng)用較少。
目前，基于光學(xué)超晶格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換相位匹配條件極大抑制了多波長(zhǎng) 信道間的串?dāng)_，使得基于光學(xué)超晶格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)變換器成為目前唯一可以實(shí) 現(xiàn)組波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的技術(shù)，也是唯一可以實(shí)現(xiàn)NXM廣播功能的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)。 基于光學(xué)超晶格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器所用的二次級(jí)聯(lián)效應(yīng)可分為兩類(lèi)一類(lèi)是 單泵浦倍頻和差頻級(jí)聯(lián)效應(yīng)，如基于倍頻和差頻級(jí)聯(lián)效應(yīng)的波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，存在以下缺點(diǎn)倍頻非線性系數(shù)不大，需要很高的泵浦 光功率才可以得到可觀的轉(zhuǎn)換效率，與光通信中所要求的低泵浦功率閾值不符，
單泵浦波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案中，當(dāng)信號(hào)光波長(zhǎng)趨近于泵浦光波長(zhǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)換效率會(huì)出現(xiàn)凹 陷，因此不得不舍棄泵浦光波長(zhǎng)附近的一些信道；另一類(lèi)是雙泵浦(雙泵浦指兩 個(gè)泵浦源)和頻與差頻級(jí)聯(lián)效應(yīng)，該類(lèi)方法中信號(hào)光和轉(zhuǎn)換光分布在泵浦光兩側(cè)， 因此至少有一個(gè)波長(zhǎng)信道被占用，不利于通信波段的充分利用。
根據(jù)器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于光學(xué)超晶格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以分為兩類(lèi) 一類(lèi)是基于周期光學(xué)超晶格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器；一類(lèi)是基于非周期光學(xué)超晶 格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。非周期光學(xué)超晶格(Aperiodic Optical Supperlattice， AOS)是一種新的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)，和周期性的光學(xué)超晶格相比， AOS可以為光參量等非線性過(guò)程提供更多的倒格失來(lái)補(bǔ)償位相失配。在AOS理論 中，光學(xué)樣品被分成同樣大小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的電疇方向通過(guò)模擬退火方法 (Simulated Annealing Method, SA Method)設(shè)計(jì)。在AOS光學(xué)超晶格中，雖 然疇反轉(zhuǎn)的周期不存在了 ，但是每個(gè)電疇的長(zhǎng)度是一個(gè)固定值或者是這個(gè)固定值 的整數(shù)倍。把非周期光學(xué)超晶格引入非線性光學(xué)晶體，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)非線性 光學(xué)參量過(guò)程，或在單個(gè)參量過(guò)程發(fā)生時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)寬帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，2005年，Wei Xie等人在《Optics Communications》 上發(fā)表了 "All-optical variable-in variable-out wavelength converter based on cascaded nonlinearity in aperiodic optical s叩erlattice"(《非周期光學(xué)超晶格中基于倍頻差頻級(jí)聯(lián)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換》)一文，該文介紹了利用非周期光學(xué)超晶格設(shè)計(jì)，基于EEE倍頻與差頻的波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。EEE倍頻與差頻級(jí)聯(lián)是指參與其參量過(guò)程的基波光、信號(hào)光以及倍頻 光、閑頻光都是在光學(xué)超晶格晶體里以非尋常光，即E光(Extraordinary)，入 射或傳播的。該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換利用的是單泵浦倍頻過(guò)程，存在單泵浦功率閾值偏高， 有一個(gè)波長(zhǎng)信道被占用，以及轉(zhuǎn)換效率會(huì)出現(xiàn)凹陷的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種非周期寬帶可調(diào)全 光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，本發(fā)明利用非周期性光學(xué)超晶格中和頻與差頻級(jí)聯(lián)的
6二階光學(xué)非線性效應(yīng)，采用兩個(gè)功率可以更低的泵浦光波，并使兩泵浦光波長(zhǎng)的 在和頻寬帶內(nèi)可調(diào)，即可以靈活調(diào)節(jié)兩泵浦光波長(zhǎng)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明用一種基于摻雜鎂的鈮酸鋰 (Mg0:LiNb03)晶體材料，首先在該晶片一Z表面上使用鈦擴(kuò)散技術(shù)，將-Z表面 預(yù)濺射的鈦條內(nèi)擴(kuò)散入摻雜鎂的鈮酸鋰襯底，形成鈦擴(kuò)散波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；然后采計(jì)算 光學(xué)超晶格中每個(gè)電疇區(qū)域的極化方向，根據(jù)得到的正負(fù)疇排列順序設(shè)計(jì)非周期 超晶格結(jié)構(gòu)；再對(duì)晶片進(jìn)行室溫電場(chǎng)極化，在該晶片+ Z面上負(fù)疇區(qū)域改變電疇 極化方向；同時(shí)，采用兩個(gè)泵浦光源，通過(guò)在晶片前設(shè)置偏振控制器以控制泵浦 光和信號(hào)光的偏振特性為非常光，產(chǎn)生準(zhǔn)位相匹配的二階非線性和頻與差頻級(jí)聯(lián) 效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一種工作在室溫下，幅度、頻率和位相信息全透明的，多泵浦波長(zhǎng)通 道/多信號(hào)波長(zhǎng)通道的寬帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明包括以下步驟
(1) 選擇一種介電體，該介電體是一種在生長(zhǎng)過(guò)程中長(zhǎng)成沿介電體光軸方 向自發(fā)極化的鐵電單疇晶體，并且是摻雜摩爾比為5%或6. 5%或7%的摻雜鎂的鈮 酸鋰(Mg0:LiNb03)，沿該介電體光軸方向切割，其厚度為0. 2mra-lmm，上下表 面平行且均被拋光，上下表面的法線方向即為晶體的自發(fā)極化方向；
(2) 在該晶片-Z面使用鈦擴(kuò)散技術(shù)形成一波導(dǎo)層，其中，-Z面與水平面平 行并面向Z軸負(fù)方向；
(3) 選擇適當(dāng)?shù)姆侵芷诠鈱W(xué)超晶格的電疇寬度d和電疇數(shù)目M， d的選擇要 在現(xiàn)有室溫電場(chǎng)極化的技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，同時(shí)d也要小于周期性全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
的電疇寬度/";
所述的選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d和電疇數(shù)目M，是指 ①確定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換信號(hào)光的中心波長(zhǎng)/1、.，設(shè)置合理的泵浦光波長(zhǎng)/^、 ~2，
計(jì)算在周期性光學(xué)超晶格條件下實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)和頻差頻過(guò)程的電疇寬度,和周期A;式中&
V,- "e,) +義p A ( 2 - "e, ) + ("a _ "")
L------------信號(hào)光的中心波長(zhǎng)；
義^--泵浦l、泵浦2的波長(zhǎng)；
^------------波長(zhǎng)為4的非常光折射率；
pl-----------波長(zhǎng)為A^的非常光折射率；
p2-----------波長(zhǎng)為、2的非常光折射率；
------------E偏振轉(zhuǎn)換光的折射率；
② 選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d， d的選擇要在現(xiàn)有室溫電場(chǎng)極化的
技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也要小于周期性全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的電疇寬度廣。
③ 根據(jù)晶片的總長(zhǎng)度L，電疇寬度d，計(jì)算電疇數(shù)目M;
(4)通過(guò)整個(gè)非周期光學(xué)超晶格的傳輸函數(shù)，計(jì)算每個(gè)樣本的轉(zhuǎn)換效率， 具體是根據(jù)波長(zhǎng)廣播寬度確定目標(biāo)平頂帶寬，以信號(hào)光脈沖轉(zhuǎn)換極限譜寬作為分 辨率計(jì)算樣本數(shù)量N。通過(guò)整個(gè)非周期光學(xué)超晶格的傳輸函數(shù)，計(jì)算每個(gè)樣本的 轉(zhuǎn)換效率T(D:
1乙
T(義、)=丁 J"g(z) exp[-/AA:(A,義w, A"
式中T(入。)是轉(zhuǎn)換效率樣本，L是波導(dǎo)長(zhǎng)度，z代表電疇的位置；g(z)代表
每個(gè)電疇的方向，電疇方向?yàn)檎龝r(shí)g(Z^ 1，電疇方向?yàn)樨?fù)是g(Z^ -1; Ak 為相位不匹配量；
(5)根據(jù)實(shí)現(xiàn)廣播功能所需和頻泵浦波長(zhǎng)平頂帶寬，計(jì)算光學(xué)超晶格中每 個(gè)電疇區(qū)域的極化方向，具體如下
選定模擬退火算法的目標(biāo)函數(shù)F，對(duì)正負(fù)電疇的排列順序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算使得 目標(biāo)函數(shù)最大。
其中F是目標(biāo)函數(shù)，T是轉(zhuǎn)換效率樣本，N是樣本數(shù)量，y是樣本均值，o 是均方差值。
(6)根據(jù)得到的正負(fù)疇排列順序?qū)M(jìn)行室溫電場(chǎng)極化，改變電疇的極化方向，正疇的晶體晶軸方向與負(fù)疇的晶軸方向相反，構(gòu)成非周期光學(xué)超晶格， 具體如下
根據(jù)計(jì)算得到的正負(fù)疇的排列順序，用光刻技術(shù)在晶片的+ Z面制作金屬 格柵作為電極，每個(gè)格柵的寬度為電疇寬度d。室溫下，在上下電極間施加 1. lkV-5. 5kV的高壓脈沖(對(duì)應(yīng)晶片厚度0. 2mm-lmm)，在有電極的疇區(qū)域，利用 高壓電場(chǎng)克服晶體內(nèi)部的矯頑場(chǎng)從而使該電疇的自發(fā)極化方向反轉(zhuǎn)。在無(wú)電極的 疇區(qū)域，其電疇的極化方向仍保持原來(lái)的方向。因此正疇的晶體晶軸方向與負(fù)疇 的晶軸方向相反。這樣就在晶體中實(shí)現(xiàn)了非周期光學(xué)超晶格。
(7)利用所得到的非周期光學(xué)超晶格，構(gòu)成波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。
在非周期光學(xué)超晶格晶體前設(shè)置一塊偏振片，以控制泵浦光和信號(hào)光的偏 振特性為晶體中的非常光(E光)，完成非周期光學(xué)超晶格波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作。
所述的+Z面與水平面平行并面向Z軸正方向，-z面與水平面平行并面向 Z軸負(fù)方向
本發(fā)明的有益效果是
1、 在摻鎂鈮酸鋰加鈦擴(kuò)散波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，采用不同于倍頻差頻級(jí)聯(lián)效應(yīng)的和 頻差頻效應(yīng)，使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可采用兩個(gè)泵浦光波，兩泵浦光功率只需單 泵浦級(jí)聯(lián)方案中基頻泵浦光功率的一半，就能實(shí)現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)換效率；功率代價(jià)低， 而且克服了當(dāng)信號(hào)光波長(zhǎng)趨于基頻光波長(zhǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換凹陷；
2、 兩泵浦波長(zhǎng)可以選擇在通訊波段C波段的兩側(cè)，可避免占用通訊波段的 中間波長(zhǎng)，有利于充分利用光纖帶寬資源。
3、 在摻鎂鈮酸鋰加鈦擴(kuò)散波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，采用非周期超晶格結(jié)構(gòu)，提高了非 線性轉(zhuǎn)換效率，泵浦光功率只需周期性結(jié)構(gòu)的五分之一即可實(shí)現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)換效 率；大幅增加了信號(hào)光的可調(diào)范圍。
4、 在不降低轉(zhuǎn)換效率和不改變波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換輸出譜的前提下，可實(shí)現(xiàn)比原倍頻 差頻級(jí)聯(lián)方案寬帶更寬，功率閾值更低的NXM波長(zhǎng)通道轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的 動(dòng)態(tài)重組及波長(zhǎng)路由的廣播功能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于模擬退火算法的MgO:APPLN(非周期極化摻鎂鈮酸 鋰)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鎂鈮酸鋰晶片的結(jié)構(gòu)示意圖3為基于MgO:APPLN(ee-e)晶片的NXM的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的原型器件的 工作示意圖。
圖中輸入信號(hào)光8個(gè)，泵浦光2個(gè)；固定泵浦光2的波長(zhǎng)，泵浦光l的選 取是在其泵浦帶寬內(nèi)取2個(gè)波長(zhǎng)。然后再進(jìn)行各項(xiàng)性能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)無(wú) 串?dāng)_的，160Gbit/s以上，誤碼率(BER)小于10E-10的，200GHZ-100GHZ的8X2 的具有廣播功能的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
(1) 如圖2所示，選取大小為20X10X1腿，即厚度為lmm的5Xmol摻雜 比的Z切割摻鎂鈮酸鋰晶片，+/_2面均拋光，其中+Z面與水平面平行并面向Z 軸正方向，-Z面與水平面平行并面向Z軸正方向
(2) 如圖1所示，在-Z面用鈦擴(kuò)散技術(shù)制作一寬度為6um的條波導(dǎo)；
(3) 以4- 1560nm作為通訊波段波長(zhǎng)信號(hào)的中心波長(zhǎng)，泵浦光2的波長(zhǎng);ip2
為1571. 42nm，泵浦光2以1545. 2nm為中心設(shè)定平頂帶寬為10nm;
(4) 分辨率設(shè)為2nm，確定取樣數(shù)量為6;
(5) 選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d^5pm;
(6) 通過(guò)整個(gè)非周期光學(xué)超晶格的傳輸函數(shù)，計(jì)算每個(gè)樣本的轉(zhuǎn)換效率 r"、 ) = + J"g(2) exP[一込W^,義pi ， )z]"z-
L 0
式中T(入。)是轉(zhuǎn)換效率樣本，L是波導(dǎo)長(zhǎng)度，z代表電疇的位置；g(z)代表 每個(gè)電疇的方向，電疇方向?yàn)檎龝r(shí)g(Z^ 1，電疇方向?yàn)樨?fù)是g(Z): -1; Ak為 相位不匹配量。(7)計(jì)算光學(xué)超晶格中每個(gè)電疇區(qū)域的極化方向，具體如下 選定模擬退火算法的目標(biāo)函數(shù)F，對(duì)正負(fù)電疇的排列順序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算使得 目標(biāo)函數(shù)最大，得到正負(fù)疇的特定排列順序。
其中F是目標(biāo)函數(shù)，T是轉(zhuǎn)換效率樣本，N是樣本數(shù)量，P是樣本均值，o 是均方差值。
(8) 根據(jù)得到的正負(fù)疇排列順序?qū)M(jìn)行室溫電場(chǎng)極化改變電疇中極化 方向，構(gòu)成非周期光學(xué)超晶格。具體如下
根據(jù)(7)中計(jì)算得到的正負(fù)疇的排列順序，用光刻技術(shù)在鈮酸鋰晶片的+Z 面制作金屬格柵作為電極，每個(gè)格柵的寬度為電疇寬度d (5um)。高壓脈沖施 加于上下電極間，在有電極的疇區(qū)域，利用高壓電場(chǎng)克服晶體內(nèi)部的矯頑場(chǎng)從而 使該電疇的自發(fā)極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。在無(wú)電極的疇區(qū)域，其電疇的極化方向仍保 持原來(lái)的方向。因此正疇的晶體晶軸方向與負(fù)疇的晶軸方向相反。這樣就在鈮酸 鋰晶體中實(shí)現(xiàn)了非周期光學(xué)超晶格。
(9) 正電極與高壓電源間的連接是由限制在0圈內(nèi)的氯化鋰電解液來(lái)接觸 導(dǎo)通的。高壓電源的負(fù)電極連接在一塊接地的，表面拋光的金屬板上，直接與樣 品的-Z面接觸。要保證外電場(chǎng)和金屬電極之間有良好的歐姆接觸，且要防止高 壓擊穿。所用外電場(chǎng)為脈沖高壓電場(chǎng)，由于摻鎂鈮酸鋰晶體的矯頑場(chǎng)為 4.5kv/mm，所以施加在厚度為1腿的摻鎂鈮酸鋰晶片上脈沖峰值電壓要大于 4. 5kv/mm，脈沖周期的長(zhǎng)短與次數(shù)與電極的實(shí)際表面積有關(guān)，可通過(guò)下面公式計(jì) 算得到
式中/—為極化電流，Q是晶體表面的輸運(yùn)電荷， 。/是極化時(shí)間。
如圖3所示，以一8 (信號(hào)光波長(zhǎng)通道)X2 (泵浦光波長(zhǎng)通道)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)
換為例，以人=1.56//m通訊波段波長(zhǎng)信號(hào)E光偏振進(jìn)入波導(dǎo)，再利用E光偏
2 = 2尸3，
ii振和頻光作泵浦光，與所需轉(zhuǎn)換通訊波段信號(hào)光進(jìn)行差頻過(guò)程；所制作的可調(diào)寬 帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)中可實(shí)現(xiàn)泵浦波長(zhǎng)調(diào)節(jié)帶寬為10nm左右，信號(hào)波長(zhǎng)帶寬大于 100nm，具有廣播功能的超寬帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能。
所述泵浦光一個(gè)固定， 一個(gè)在和頻寬帶內(nèi)可調(diào)，兩泵浦光均通過(guò)偏振控制器 調(diào)節(jié)為非常光(E光)；輸入信號(hào)光來(lái)自不同地方的光載波，通過(guò)偏振控制器調(diào) 節(jié)為尋常光后，進(jìn)入波分復(fù)用器后耦合到一根光纖中傳輸；泵浦光和信號(hào)光經(jīng)耦 合器耦合后進(jìn)入溫度可調(diào)控溫爐中的MgO:APPLN晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，出射光經(jīng)分離器 可得到一系列對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換光輸出。摻鎂鈮酸鋰波導(dǎo)晶片溫度由控溫爐設(shè)定為 36. 3°C。
根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，輸入信號(hào)光波長(zhǎng)A，^，L ，；^取c波段的8個(gè)波
長(zhǎng)1546.32、 1547.12、 1548.92、 1549.72、 1550.52、 1551.32、 1552.12、
1552. 92nm，固定泵浦光2的波長(zhǎng)&2為1571. 42nm，泵浦光1/LPla,/lm選取其泵
浦帶寬內(nèi)的2個(gè)波長(zhǎng)1545. 72nm和1544. 73nm ，則可得到轉(zhuǎn)換光
A"，；i^，L ，義&，；^共有16個(gè)1568.77、 1569.98、 1568. 13、 1567.31、 1566.49、
1565.67、 1564.86、 1564.05、 1569.78、 1568.95、 1567.11、 1566.29、 1565.47、 1564.66、 1563.84、 1563.03nm。然后再進(jìn)行各項(xiàng)性能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)無(wú) 串?dāng)_的，160Gbit/s以上，誤碼率(BER)小于10E-10的，100GHZ-50GHZ的8X2 的具有廣播功能的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選擇一種介電體，沿該介電體光軸方向切割，其厚度為0.2mm-1mm，上下表面平行且均被拋光，上下表面的法線方向即為晶體的自發(fā)極化方向；(2)在該晶片-Z面使用鈦擴(kuò)散技術(shù)形成一波導(dǎo)層，其中，-Z面與水平面平行并面向Z軸負(fù)方向；(3)選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d和電疇數(shù)目M，d的選擇要在現(xiàn)有室溫電場(chǎng)極化的技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，同時(shí)d也要小于周期性全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的電疇寬度l；(4)通過(guò)整個(gè)非周期光學(xué)超晶格的傳輸函數(shù)，計(jì)算每個(gè)樣本的轉(zhuǎn)換效率；(5)根據(jù)實(shí)現(xiàn)廣播功能所需和頻泵浦波長(zhǎng)平頂帶寬，計(jì)算光學(xué)超晶格中每個(gè)電疇區(qū)域的極化方向；(6)根據(jù)得到的正負(fù)疇排列順序?qū)M(jìn)行室溫電場(chǎng)極化，改變電疇的極化方向，使正疇的晶體晶軸方向與負(fù)疇的晶軸方向相反，構(gòu)成非周期光學(xué)超晶格；(7)利用所得到的非周期光學(xué)超晶格，構(gòu)成波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述介電體，是摻雜摩爾比為5%或6.5%或7%的摻雜鎂的鈮酸鋰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述波導(dǎo)層，是指在1130的溫度下通氬氣，通氧氣后擴(kuò)散，將-Z面預(yù)濺射的鈦條內(nèi)擴(kuò)散入摻雜鎂的鈮酸鋰襯底，其中，-z面與水平面平行并面向z軸負(fù)方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述的選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d和電疇數(shù)目M，是指① 確定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換信號(hào)光的中心波長(zhǎng)4，設(shè)置合理的泵浦光波長(zhǎng)^P ^2，計(jì)算在周期性光學(xué)超晶格條件下實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)和頻差頻過(guò)程的電疇寬度f(wàn)和周期A;② 選擇非周期光學(xué)超晶格的電疇寬度d， d的選擇要在現(xiàn)有室溫電場(chǎng)極化的技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也要小于周期性全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的電疇寬度/"。③根據(jù)晶片的總長(zhǎng)度L，電疇寬度d，計(jì)算電疇數(shù)目M。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述計(jì)算每個(gè)樣本的轉(zhuǎn)換效率，是指根據(jù)廣播寬度確定目標(biāo)平頂帶寬，以信號(hào)光脈沖轉(zhuǎn)換極限譜寬作為分辨率計(jì)算樣本數(shù)量N。通過(guò)整個(gè)非周期光學(xué)超晶格的傳輸函數(shù)，計(jì)算每個(gè)樣本的轉(zhuǎn)換效<formula>formula see original document page 3</formula>式中T(A。)是轉(zhuǎn)換效率樣本，L是波導(dǎo)長(zhǎng)度，z代表電疇的位置；g(z)代表每個(gè)電疇的方向，電疇方向?yàn)檎龝r(shí)g(Z^ 1，電疇方向?yàn)樨?fù)是g(Z): -1; Ak為相位不匹配量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述計(jì)算光學(xué)超晶格中每個(gè)電疇區(qū)域的極化方向，是指選定模擬退火算法的目標(biāo)函數(shù)F，對(duì)正負(fù)電疇的排列順序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算使得目標(biāo)函數(shù)最大<formula>formula see original document page 3</formula>其中F是目標(biāo)函數(shù)，T是轉(zhuǎn)換效率樣本，N是樣本數(shù)量，U是樣本均值，o是均方差值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述改變電疇的極化方向，是指根據(jù)計(jì)算得到的正負(fù)疇的排列順序，用光刻技術(shù)在晶片的+ Z面制作金屬格柵作為電極，每個(gè)格柵的寬度為電疇寬度d，高壓脈沖施加于上下電極間，在有電極的疇區(qū)域，利用高壓電場(chǎng)克服晶體內(nèi)部的矯頑場(chǎng)使該電疇的自發(fā)極化方向反轉(zhuǎn)，其中，+2面與水平面平行并面向Z軸正方向。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述的波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，采用兩個(gè)泵浦光源，在非周期光學(xué)超晶格晶體前設(shè)置一塊偏振片，以控制泵浦光和信號(hào)光的偏振特性為晶體中的非尋常光，完成非周期光學(xué)超晶格波長(zhǎng)可調(diào)寬帶全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法，其特征是，所述泵浦光源，固定其中一個(gè)泵浦光波長(zhǎng)，另外一泵浦光波長(zhǎng)在和頻寬帶內(nèi)改變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一信號(hào)光的多轉(zhuǎn)換光輸出。
全文摘要
一種光通信技術(shù)領(lǐng)域的非周期寬帶可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制作方法。本發(fā)明選擇摻雜鎂的鈮酸鋰晶片，在晶片上制作鈦擴(kuò)散波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，計(jì)算光學(xué)超晶格中每個(gè)電疇區(qū)域的極化方向；然后根據(jù)得到的正負(fù)疇排列順序?qū)M(jìn)行室溫電場(chǎng)極化改變電疇中極化方向，即對(duì)晶片進(jìn)行室溫電場(chǎng)極化，以實(shí)現(xiàn)晶體極化疇的周期性反轉(zhuǎn)，從而在晶體中實(shí)現(xiàn)非周期光學(xué)超晶格；最后在晶片通光光路前設(shè)置一塊偏振片，即得到非周期超晶格波長(zhǎng)可調(diào)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明降低了成本，能克服倍頻差頻級(jí)聯(lián)時(shí)的轉(zhuǎn)換效率凹陷以及占用通信波長(zhǎng)的弊端；在大幅提高轉(zhuǎn)換效率和不改變波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換輸出譜的前提下，實(shí)現(xiàn)了超寬帶的N×M的波長(zhǎng)通道轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101592844SQ20091005431
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者黨瑋睿, 陳玉萍, 陳險(xiǎn)峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)