光學器件、可調(diào)激光器以及實現(xiàn)可調(diào)激光器的方法
【專利摘要】現(xiàn)有的可調(diào)激光器成本高。本發(fā)明提供了光學器件、可調(diào)激光器以及實現(xiàn)可調(diào)激光器的方法，該光學器件包括：第一端口(1)，用于接收多縱模光信號；第二端口(4)，用于輸出所選縱模的光信號；耦合器(2)，連接到該第一端口和一微環(huán)(3)，用于將所述多縱模光信號提供給該微環(huán)；微環(huán)(3)，諧振頻率與該所選縱模相匹配，以將該所選縱模的光信號從所述多縱模光信號中選出，并將該所選縱模的光信號提供回所述耦合器；所述耦合器將被選出的該所選縱模的光信號提供給該第二端口以輸出。優(yōu)選地，還包括溫控部件(5)，耦接到所述微環(huán)，用于控制所述微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)所述微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個縱模相匹配。
【專利說明】光學器件、可調(diào)激光器以及實現(xiàn)可調(diào)激光器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，尤其涉及光通信技術(shù)中的可調(diào)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，雖然GPON(千兆無源光網(wǎng)絡(luò))和EPON(以太無源光網(wǎng)絡(luò))已經(jīng)被部署，而IOG無源光網(wǎng)絡(luò)(XGPON)的標準化也已經(jīng)完成，但是帶寬消耗的增長趨勢仍然在迅猛增加，這是由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的增加以及對更高質(zhì)量的視頻的需求。根據(jù)下一代P0N2(NGP0N2)白皮書中的運營商要求，在數(shù)年的時間內(nèi)，預(yù)計帶寬需求將超過250Mbit/s，因此，該帶寬的增長可能造成目前的GPON部署的一個瓶頸。甚至，已經(jīng)標準化的XGPON技術(shù)都無法滿足這一持續(xù)增長的帶寬消耗。因此，具有40Gbit/s能力以及大量用戶數(shù)的光接入技術(shù)應(yīng)被開發(fā)出來。
[0003]對于40Gbit/s Ρ0Ν，時分和波分復用PON(TWDM-PON)是一個很有競爭力的解決方案，并且它也被運營商選為它們主要的“下一代P0N2的解決方案”。TffDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)在于ONU中的兩個可調(diào)設(shè)備的實現(xiàn)，如圖1所示。其中的可調(diào)激光器將它的波長調(diào)節(jié)到上行波長中的任一個；而可調(diào)的濾波器將它的波長調(diào)節(jié)到下行波長中的任一個。但是，商用的可調(diào)器件的成本很高，這限制了 TDWM-PON的廣泛應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有的可調(diào)激光器有以下一些較為成熟的方案:
[0005]-帶有溫度控制的分布式反饋(DFB)激光器；
[0006]-不帶冷卻的多段DFB；
[0007]-不帶冷卻的、具有機械控制的外腔激光器(ECL)；
[0008]-不帶冷卻的、具有熱/電/壓/磁-光控制的ECL。
[0009]為了減少可調(diào)器件的成本，推薦使用基于硅的集成電路，近幾年，提出了幾種基于微環(huán)(miciO-ring)可調(diào)激光器的解決方案。大體上說，它們可以劃分為兩類:主動式微環(huán)和被動式微環(huán)。其中，主動式微環(huán)同時提供增益和濾波功能，而被動式微環(huán)是作為模式選擇性濾波器。
[0010]圖2中示出了一種主動式微環(huán)。它可以產(chǎn)生直接單個模式。但是，主動式微環(huán)通常由復合材料組成，II1-V微環(huán)和硅的微型碟，它們的可調(diào)特性并不足夠好。
[0011] 圖3中示出了被動式微環(huán)，其中包括兩種構(gòu)思的實現(xiàn)。(a)中，環(huán)諧振腔被放置在回路鏡的路徑上；而在(b)中，使用布拉格鏡。通過改變微環(huán)的諧振波長(諧振頻率)，這些結(jié)構(gòu)能夠改變輸出的縱模，而改變諧振波長可以通過圖中的加熱電極來實現(xiàn):加熱電極改變硅波導的折射率，從而諧振波長(頻率)被容易地調(diào)節(jié)到所需的波長(頻率)。
[0012]對于被動式微環(huán)來說，存在一些問題。首先，調(diào)節(jié)范圍和諧振曲線的穩(wěn)定性無法滿足TDWM-PON的需求。通過計算在1550nm附近的、諧振的溫度相關(guān)性,可以發(fā)現(xiàn)諧振曲線的移位是每攝氏度0.085nm。因此，為了在紅移方向?qū)崿F(xiàn)4.25nm的移位，需要50攝氏度的溫度增加，這對于光接入網(wǎng)的ONU設(shè)備來說是很難接受的。除了調(diào)節(jié)范圍的問題之外，諧振曲線的穩(wěn)定性也是一個問題。第二，在所選波長上的調(diào)制信號的質(zhì)量應(yīng)能得到改善。在TDWM-PON中，單個波長的比特率必須支持2.5G-10Gbit/s,因此，直接調(diào)制的可調(diào)光器方案可能遭遇嚴重的啁啾(chirp)問題，它惡化了信號質(zhì)量并且縮短了傳輸距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]基于現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，應(yīng)能利用硅光學領(lǐng)域的新近成果，設(shè)計出具有大可調(diào)范圍和良好穩(wěn)定性的可調(diào)激光器，并且，調(diào)制信號的質(zhì)量也應(yīng)能得到改善。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，提供了一種新穎的結(jié)構(gòu)，它能夠同時完成選擇上行波長(縱模)的功能，以及將待調(diào)制的信息(電信號)調(diào)制在該波長上的功能，圖4示出了這種實施方式的結(jié)構(gòu)，圖5示出了這種實施方式的光路圖。優(yōu)選地，能夠使用相兼容的CMOS SOI工藝，將該設(shè)計制作在單個硅片上，從而一個額外的硅片就能夠提供波長調(diào)節(jié)和外調(diào)制功能。該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵創(chuàng)新點至少包括以下:[0015]1.使用FP-LD (法布里-珀羅激光源)來提供多個縱模，多個縱模的頻譜間隔滿足上行波長的需求
[0016]FP-LD的輸出縱模應(yīng)能夠覆蓋波分復用中的各個上行波長，并且，F(xiàn)P-LD提供了增益功能并且輸出多縱模的激光信號。
[0017]2.使用一個新穎的、集成了調(diào)制功能的熱可調(diào)濾波器，同時完成選擇所需的上行波長以及將電信號調(diào)制在該波長上的功能。
[0018]根據(jù)微環(huán)分插濾波器(add/drop filter)的特性,該結(jié)構(gòu)能夠濾出諧振波長。通過熱力地調(diào)節(jié)諧振波長，被選出的上行波長可以被改變。優(yōu)選地，為了解決在直接調(diào)制激光中的啁啾(chirp)問題，本發(fā)明的實施方式重用該微環(huán)作為外微環(huán)調(diào)制器。在該方案中，待調(diào)制的電信號改變施加在微環(huán)上的電壓，以改變微環(huán)的諧振曲線，從而使得被選出的上行波長上的光信號的強度變化，因此該電信號被相應(yīng)地調(diào)制在該上行波長上，且微環(huán)實現(xiàn)了調(diào)制器的功能。
[0019]3.在微環(huán)上提供偏置電壓控制，以補償微環(huán)等硅波導的頻率漂移，該頻率漂移由溫度、半導體工藝等等因素所導致
[0020]微環(huán)的折射率相對溫度的敏感程度要大于相對電壓的敏感程度。但是，純熱可調(diào)的濾波器的諧振曲線的穩(wěn)定性仍然有改善空間，以增強縱模選擇和調(diào)制的性能。由于折射率相對電壓的改變與相對溫度的改變相反，本發(fā)明的實施方式可以提供偏置電壓來補償溫度波動的影響。此外，由于半導體工藝的偏差，也可能使得微環(huán)的諧振曲線發(fā)生變化，本發(fā)明的實施方式提供偏置電壓也可以用于補償這種頻率偏移。具體實現(xiàn)上來說，可以如圖4所示使用一個光檢測器，以檢測微環(huán)的頻率漂移，并相應(yīng)地根據(jù)頻率偏移來提供偏置電壓，將微環(huán)的諧振曲線補償至所需的縱模上。
[0021]4.在多縱模輸入和微環(huán)之間使用一個2x2的耦合器
[0022]為了利于激光器的鎖模，優(yōu)選地，可以將所需縱模的光信號饋回給激光器。為了實現(xiàn)這一功能，使用一個2x2的耦合器，如圖5所示。該結(jié)構(gòu)通過熱可調(diào)濾波器取代了環(huán)形波導。使用合適的耦合參數(shù)，可以控制第一端口和第二端口輸出的縱模光信號。優(yōu)選地，所選擇的耦合參數(shù)使得第一端口和第二端口輸出的縱模光信號的強度相同，這樣既輸出了所需強度的縱模信號，也有利于激光器進行鎖模。
[0023]以上實施方式能夠提供低成本的可調(diào)激光器，并且僅對現(xiàn)有的激光器結(jié)構(gòu)進行微小的改動，加上一片光學器件即可。所以，本實施方式能夠與GPON和XGPON的ONU結(jié)構(gòu)兼容。并且，本發(fā)明的實施方式是基于硅光學技術(shù)，這一技術(shù)本身正在步入成熟期，所以也十分有利于本發(fā)明的實施方式的性能優(yōu)化和改善。
[0024]基于以上發(fā)明構(gòu)思，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光學器件，包括如下部件:
[0025]-第一端口，用于接收多縱模光信號；
[0026]-第二端口，用于輸出所選縱模的光信號；
[0027]-耦合器，連接到該第一端口和一微環(huán)，用于將所述多縱模光信號提供給該微環(huán)；
[0028]-微環(huán)，諧振頻率與該所選縱模相匹配，以將該所選縱模的光信號從所述多縱模光信號中選出，并將該所選縱模的光信號提供回所述耦合器；
[0029]所述耦合器將被選出的該所選縱模的光信號提供給該第二端口以輸出。
[0030]該實施方式提供了一種基于微環(huán)的縱模濾波器件。
[0031]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，該光學器件還包括溫控部件，耦接到所述微環(huán)，用于控制所述微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)所述微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個縱模相匹配。
[0032]該實施方式提供了可調(diào)的縱模濾波器件，具有較強的適用性。
[0033]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰所間隔的自由頻譜范圍(FSR)與所述多縱模光信號的各縱模的頻譜間隔不同，所述溫控部件控制所述微環(huán)的溫度，以使所述微環(huán)的諧振頻率移動，并且在不同溫度時分別使所述微環(huán)的諧振頻率中的不同諧振峰與該多縱模光信號中的不同縱模匹配。
[0034]在該實施方式，利用了微環(huán)諧振頻率的多個諧振峰一一進行縱模選擇，使得諧振頻率移動較少的距離就可以覆蓋整個多縱模光信號的多個縱模，因此對微環(huán)的溫度改變的范圍要求較少，縱模選擇范圍廣，易于實現(xiàn)。
[0035]根據(jù)一個進一步優(yōu)選的實施方式，所述微環(huán)的諧振頻率的自由頻譜范圍(FSR)比所述多縱模光信號的頻譜間隔小，且兩者的頻譜差(AfT)為AF/(N+1)，其中，AF是所述多縱模光信號的頻譜間隔，N是所述多縱模光信號中的縱模數(shù)量，
[0036]在第一溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有第一諧振峰與所述多縱模光信號的一個第一縱模匹配，
[0037]所述溫控部件能夠改變所述微環(huán)的溫度至第二溫度，使所述微環(huán)的諧振頻率移動一個或多個該頻譜差(△ fT)，從而在該第二溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有與該第一諧振峰間隔一個或多個自由頻譜范圍的第二諧振峰與所述多縱模光信號的與所述第一縱模相鄰一個或多個頻譜間隔的一個第二縱模相匹配。
[0038]該實施方式提供了利用了微環(huán)諧振頻率的多個諧振峰一一進行縱模選擇進一步優(yōu)選的一種實現(xiàn)。
[0039]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述稱合器是一個2x2的稱合器,它將所述多縱模光信號分為第一和第二部分，并分別通過第一波導和第二波導將兩個部分分別提供給該微環(huán)，
[0040]該微環(huán)分別從該第一和第二部分中選出所選縱模的光信號，并通過波導將分別對應(yīng)于第一和第二部分的所選縱模的光信號提供回耦合器，[0041]該稱合器將分別對應(yīng)于第一和第二部分的所選縱模的光信號合成并分在第二端口輸出，以及經(jīng)第一端口饋回。
[0042]該實施方式允許所選縱模的光信號饋回光源，利于多縱模光源鎖模。
[0043]根據(jù)一個進一步優(yōu)選的實施方式，所述耦合器使在第二端口輸出的該所選縱模的光信號與經(jīng)第一端口饋回的所選縱模的光信號的強度相等，所述耦合器的耦合參數(shù)為:S=0.9239 且 K = 0.3827。
[0044]在該實施方式中，所選擇的稱合參數(shù)使得第一端口和第二端口輸出的縱模光信號的強度相同，這樣既輸出了所需強度的縱模信號，也有利于多縱模激光器進行鎖模。
[0045]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述光學器件還包括調(diào)制部件，用于響應(yīng)于被調(diào)制的信息向所述微環(huán)施加調(diào)制電壓，所述調(diào)制電壓控制所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配或不相匹配，以將該被調(diào)制的信息調(diào)制在該所選縱模的光信號上。
[0046]該實施方式在該光學器件中集成了調(diào)制功能，避免了啁啾。
[0047]對于調(diào)制的具體電平選擇，所述調(diào)制電壓與所述被調(diào)制的信息的極性相同，所述調(diào)制電壓與所述微環(huán)被配置為當調(diào)制電壓為低電平時，諧振頻率與該所選縱模不相匹配；當調(diào)制電壓為高電平時，諧振頻率與該所選縱模相匹配；或，
[0048]所述調(diào)制電壓的極性是所述被調(diào)制的信息的反碼，所述調(diào)制電壓與所述微環(huán)被配置為當調(diào)制電壓為低電平時，所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配；當調(diào)制電壓為高電平時，所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模不相匹配。
[0049]該實施方式提供了調(diào)制電壓的編碼方式。
[0050]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述光學器件還包括:偏置電壓部件，用于向所述微環(huán)提供偏置電壓，所述偏置電壓用于補償所述微環(huán)的諧振頻率的漂移以與該所選縱模相匹配。
[0051]該實施方式能夠補償微環(huán)等硅波導的頻率漂移，消除溫度、半導體工藝等等因素對微環(huán)的影響。
[0052]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述微環(huán)包括娃基的微環(huán)，所述光學器件被制作在娃片上。
[0053]該實施方式基于娃光學技術(shù)，使得該光學器件的制造成本很低，并且娃片形式的光學器件也很容易被附加于現(xiàn)有的ONU上，易于部署。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種可調(diào)激光器，包括，多縱模光源；根據(jù)本發(fā)明第一個方面所述的光學器件，該光學器件的該第一端口連接到該多縱模光源。
[0055]優(yōu)選地，所述多縱模光源包括法布里-珀羅激光源(FP-LD)。
[0056]該實施方式提供了集成了光源和該光學器件的可調(diào)激光器的整體設(shè)備。
[0057]相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種實現(xiàn)可調(diào)激光器的方法，包括如下步驟:
[0058]1.接收多縱模光信號；
[0059]i1.將 所述多縱模光信號提供給微環(huán)；
[0060]ii1.控制所述微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)所述微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個所選縱模相匹配；
[0061]iv.使用諧振頻率與該所選縱模相匹配的微環(huán)，將該所選縱模的光信號從所述多縱模光信號中選出；
[0062]V.輸出該被選出的該所選縱模的光信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更加明顯:
[0064]圖1是帶有可調(diào)激光器和可調(diào)濾波器的無色ONU的結(jié)構(gòu)；
[0065]圖2是現(xiàn)有的帶有主動式微環(huán)的可調(diào)激光器的結(jié)構(gòu)圖；
[0066]圖3是現(xiàn)有的兩種帶有被動式微環(huán)的可調(diào)激光器的結(jié)構(gòu)圖；
[0067]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0068]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微環(huán)、溫控部件和調(diào)制部件的放大圖；[0069]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微環(huán)諧振頻譜和多縱模光信號的示意圖；
[0070]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)整微環(huán)溫度改變諧振頻譜進行縱模選擇的頻譜圖；
[0071]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學器件中的光路圖；
[0072]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)整施加于微環(huán)的電壓來改變諧振頻率，以進行調(diào)制和頻率補償?shù)牟灰鈭D。
【具體實施方式】
[0073]如圖4所示，該光學器件由框線內(nèi)的部件所組成，其中，基本的組成部件包括:
[0074]第一端口 I，用于接收多縱模光信號；
[0075]第二端口 4,用于輸出所選縱模的光信號；
[0076]耦合器2，連接到該第一端口和一微環(huán)3，用于將多縱模光信號提供給該微環(huán)；
[0077]微環(huán)3，諧振頻率與該所選縱模相匹配，以將該所選縱模的光信號從多縱模光信號中選出，并將該所選縱模的光信號提供回耦合器；耦合器將被選出的該所選縱模的光信號提供給該第二端口以輸出。
[0078]優(yōu)選地，為了實現(xiàn)縱模的可選擇性，該光學器件還包括溫控部件5，耦接到微環(huán)，用于控制微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個縱模相匹配。
[0079]優(yōu)選地，為了將信號調(diào)制功能集成進來，該光學器件還包括調(diào)制部件6，用于響應(yīng)于被調(diào)制的信息向微環(huán)施加調(diào)制電壓，調(diào)制電壓控制微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配或不相匹配，以將該被調(diào)制的信息調(diào)制在該所選縱模的光信號上。
[0080]優(yōu)選地，為了補償微環(huán)的頻率漂移，該光學器件還包括偏置電壓部件7，用于向微環(huán)提供偏置電壓，偏置電壓用于補償微環(huán)的諧振頻率的漂移以與該所選縱模相匹配。由于偏置電壓部件7和調(diào)制部件6都是向微環(huán)施加電壓，它們可以被整合在同一對電極之中，調(diào)制電壓和偏置電壓疊加以施加給微環(huán)。
[0081]圖5是微環(huán)、溫控部件以及作為電極的調(diào)制部件(可選地還整合了偏置電壓部件)的放大示意圖。其中，深色圓環(huán)3為微環(huán)，微環(huán)3的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斜線條所示部分是電極，而與微環(huán)3大致重合的淡色圓表示溫控部件5，它例如是加熱元件。
[0082]優(yōu)選地，該光學器件可以自身包括對微環(huán)的頻率漂移進行檢測的部件，其中，包括:
[0083] -光檢測器8，用于檢測微環(huán)選出的該所選縱模的光信號(連接方式未示出)，或檢測該所選縱模的光信號被選出后的該多縱模光信號(如圖4中所示)；
[0084]-處理器，用于根據(jù)該光檢測器的檢測結(jié)果判斷微環(huán)的諧振頻率是否與該所選縱模相匹配；
[0085]-控制器，用于根據(jù)處理器的判斷結(jié)果來控制偏置電壓部件來調(diào)整微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配。
[0086]替代地，對微環(huán)的該頻率漂移的檢測也可以由外部設(shè)備來完成，并通過以上偏置電壓部件7來實現(xiàn)補償功能。
[0087]多縱模光源9可以與光學器件整合為一個可調(diào)激光器運作，優(yōu)選地，多縱模光源9包括法布里-珀羅激光源(FP-LD)，可以理解，其他任何能夠提供多縱模光信號的光源都能夠適用。
[0088]以上介紹了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學器件以及可調(diào)激光器的結(jié)構(gòu)。下面將以足夠允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員實施本發(fā)明的各實施方式的詳盡程度，更加詳細地描述本發(fā)明的實施方式。
[0089].熱可調(diào)濾波器的設(shè)計
[0090]在本發(fā)明中，熱可調(diào)濾波器本身是典型的分插微環(huán)。但是，使用了新穎的熱波長調(diào)節(jié)方式。具體的，微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰所間隔的自由頻譜范圍(FSR)與多縱模光信號的各縱模的頻譜間隔不同，溫控部件控制微環(huán)的溫度，以使微環(huán)的諧振頻率移動，并且分別在不同溫度時使微環(huán)的諧振頻率中的不同諧振峰與該多縱模光信號中的不同縱模匹配。因此，微環(huán)的直徑被設(shè)計為產(chǎn)生該相應(yīng)的自由頻譜范圍。
[0091]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的微環(huán)諧振頻譜和多縱模光信號的示意圖。其中，多縱模光信號的各縱模及其頻譜間隔如上部所示，微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰及其所間隔的自由頻譜范圍(FSR)如下部所示。
[0092]其中，在I溫度時，微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰分別由P1、P2、P3、P4(還包括其他未示出的諧振峰)所示。在該溫度下，諧振峰Pl與多縱模光信號(從左向右數(shù))的第一個縱模匹配，并且，其他的諧振峰都不與多縱模的其他縱模匹配，從而該溫度的微環(huán)能夠?qū)⒃摰谝粋€縱模的信號濾出。在溫度II時，微環(huán)的諧振頻率移動，各個諧振峰也相應(yīng)移動，其中，諧振峰P2正好移動P2’頻率，該頻率正好與多縱模(從左向右數(shù))的第二個縱模頻率相同，而其他的諧振峰都與多縱模的其他縱模錯開，從而該溫度的微環(huán)能夠?qū)⒃摰诙€縱模的信號濾出。相應(yīng)地，在溫度III時，諧振峰P3移動到P3”頻率，它唯一地與多縱模(從左向右數(shù))的第三個縱模匹配，而其他的諧振峰都與多縱模的其他縱模錯開，繼而能夠?qū)⒌谌齻€縱模濾出。在溫度IV時，諧振峰P4移動到P4”’頻率，它唯一地與多縱模(從左向右數(shù))的第四個縱模匹配，而其他的諧振峰都與多縱模的其他縱模錯開，繼而能夠?qū)⒌谒膫€縱模濾出。
[0093]優(yōu)選地，微環(huán)的諧振頻率的自由頻譜范圍(FSR)比多縱模光信號的頻譜間隔小，且兩者的頻譜差A(yù)fT為AF/(N+1)，其中，AF是多縱模光信號的頻譜間隔，N是多縱模光信號中的縱模數(shù)量，
[0094]在第一溫度時,微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有第一諧振峰與多縱模光信號的一個第一縱模匹配，
[0095]溫控部件能夠改變微環(huán)的溫度至第二溫度，使微環(huán)的諧振頻率移動一個或多個該頻譜差△ fr，從而在該第二溫度時，微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有與該第一諧振峰間隔一個或多個自由頻譜范圍的第二諧振峰與多縱模光信號的與第一縱模相鄰一個或多個頻譜間隔的一個第二縱模相匹配。
[0096]需要改變所選縱模時，溫度的改變可以根據(jù)當前縱模至所需縱模需要移動的AfT的個數(shù)計算得到。
[0097]在1550nm附近，溫度每變化I攝氏度，硅材料的諧振曲線移動IOGHz頻率(PoDong,Roshanak Shafiiha, " Wavelength-tunable silicon microringmodulator, " OE18(11):10941-10946(2010)) o在現(xiàn)有技術(shù)中，僅適用同一個諧振峰來選擇縱模。在多縱模的頻譜間隔是200GHz的情況下，如果需要選擇4個縱模，那么需要移動600GHz的頻譜以覆蓋4.8nm的波長，需要改變的溫度范圍大約是56.5攝氏度，這相當難以實現(xiàn)。而通過本發(fā)明的上述實施方式，取FSR= 160GHz，與多縱模的頻譜間隔的差是40GHz，那么微環(huán)的諧振頻譜只需移動3x40GHz = 120GHz即可覆蓋4個縱模，需要改變的溫度范圍大約是12攝氏度，易于實現(xiàn)。
[0098]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)整微環(huán)溫度改變諧振頻譜進行縱模選擇的頻譜圖。其中，在32攝氏度時，諧振頻譜由實線所示，其諧振峰匹配且僅匹配多縱模(從左向右數(shù))的第一個縱模，繼而選出該第一個縱模；在28攝氏度時，諧振頻譜由點線所示，其諧振峰匹配且僅匹配多縱模(從左向右數(shù))的第二個縱模，繼而選出該第二個縱模；在24攝氏度時，諧振頻譜由點劃線所示，其諧振峰匹配且僅匹配多縱模(從左向右數(shù))的第三個縱模，繼而選出該第三個縱模；在20攝氏度時，諧振頻譜由劃線所示，其諧振峰匹配且僅匹配多縱模(從左向右數(shù))的第四個縱模，繼而選出該第四個縱模。
[0099]以上的實施方式中，多縱模信號包括四個縱模?？梢岳斫?，本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明適用于多縱模信號中的任何數(shù)量個縱模，例如2、4、8等等。并且以上縱模間的頻率間隔是200GHz也僅僅是示例，本發(fā)明也適用于其他間隔，例如100GHz。通過改變本發(fā)明中微環(huán)的具體實現(xiàn)，即可適用于這些需求。
[0100]出于對多縱模光源的鎖模需要，優(yōu)選地可以將所選出的縱模信號通過第一端口 I饋回給多縱模光源。本發(fā)明的實施方式使用一個2x2的耦合器2。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的光學器件中的光路圖。首先，多縱模光源提供的多縱模光信號E1進入耦合器2，并被分為多縱模光信號E2和E3。E2和E3如以下等式所描述:
【權(quán)利要求】
1.一種光學器件，包括如下部件: -第一端口(1)，用于接收多縱模光信號； -第二端口(4)，用于輸出所選縱模的光信號； -耦合器(2)，連接到該第一端口和一微環(huán)，用于將所述多縱模光信號提供給該微環(huán)； -微環(huán)(3)，諧振頻率與該所選縱模相匹配，以將該所選縱模的光信號從所述多縱模光信號中選出，并將該所選縱模的光信號提供回所述耦合器； 所述耦合器將被選出的該所選縱模的光信號提供給該第二端口以輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學器件，其特征在于，還包括: -溫控部件(5)，耦接到所述微環(huán)，用于控制所述微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)所述微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個縱模相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學器件，其特征在于，所述微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰所間隔的自由頻譜范圍(FSR)與所述多縱模光信號的各縱模的頻譜間隔不同， 所述溫控部件控制所述微環(huán)的溫度，以使所述微環(huán)的諧振頻率移動，并且在不同溫度時分別使所述微環(huán)的諧振頻率中的不同諧振峰與該多縱模光信號中的不同縱模匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學部件，其特征在于，所述微環(huán)的諧振頻率的自由頻譜范圍(FSR)比所述多縱模光信號的頻譜間隔小，且兩者的頻譜差(AfT)為AF/(N+1)，其中，AF是所述多縱模光信號的頻譜間隔，N是所述多縱模光信號中的縱模數(shù)量， 在第一溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有第一諧振峰與所述多縱模光信號的一個第一縱模匹配， 所述溫控部件能夠改變所述微環(huán)的溫度至第二溫度，使所述微環(huán)的諧振頻率移動一個或多個該頻譜差(△&)，從而在該第二溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有與該第一諧振峰間隔一個或多個自由頻譜范圍的第二諧振峰與所述多縱模光信號的與所述第一縱模相鄰一個或多個頻譜間隔的一個第二縱模相匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學器件，其特征在于，所述耦合器是一個2x2的耦合器，它將所述多縱模光信號分為第一和第二部分，并分別通過第一波導和第二波導將兩個部分分別提供給該微環(huán)， 該微環(huán)分別從該第一和第二部分中選出所選縱模的光信號，并通過波導將分別對應(yīng)于第一和第二部分的所選縱模的光信號提供回耦合器， 該耦合器將分別對應(yīng)于第一和第二部分的所選縱模的光信號合成并分在第二端口輸出，以及經(jīng)第一端口饋回。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述光學部件，所述耦合器使在第二端口輸出的該所選縱模的光信號與經(jīng)第一端口饋回的所選縱模的光信號的強度相等，所述耦合器的耦合參數(shù)為:
5 = 0.9239 且 K = 0.3827。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學器件，其特征在于，還包括: -調(diào)制部件出)，用于響應(yīng)于被調(diào)制的信息向所述微環(huán)施加調(diào)制電壓，所述調(diào)制電壓控制所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配或不相匹配，以將該被調(diào)制的信息調(diào)制在該所選縱模的光信號上。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學器件，其特征在于，所述調(diào)制電壓與所述被調(diào)制的信息的極性相同，所述調(diào)制電壓與所述微環(huán)被配置為當調(diào)制電壓為低電平時，諧振頻率與該所選縱模不相匹配；當調(diào)制電壓為高電平時，諧振頻率與該所選縱模相匹配；或， 所述調(diào)制電壓的極性是所述被調(diào)制的信息的反碼，所述調(diào)制電壓與所述微環(huán)被配置為當調(diào)制電壓為低電平時，所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配；當調(diào)制電壓為高電平時，所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模不相匹配。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的光學器件，其特征在于，還包括: -偏置電壓部件(7)，用于向所述微環(huán)提供偏置電壓，所述偏置電壓用于補償所述微環(huán)的諧振頻率的漂移以與該所選縱模相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學器件，其特征在于，還包括: -光檢測器(8)，用于檢測所述微環(huán)選出的該所選縱模的光信號，或該所選縱模的光信號被選出后的該多縱模光信號； -處理器，用于根據(jù)該光檢測器的檢測結(jié)果判斷所述微環(huán)的諧振頻率是否與該所選縱模相匹配； -控制器，用于根據(jù)所述處理器的判斷結(jié)果來控制所述偏置電壓部件來調(diào)整所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學器件，其中，所述微環(huán)包括硅基的微環(huán)，所述光學器件被制作在硅片上。
12.—種可調(diào)激光器,包括， -多縱模光源(9)； -根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的光學器件，該光學器件的該第一端口連接到該多縱模光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)激光器，其特征在于，所述多縱模光源包括法布里-珀羅激光源(FP-LD)。
14.一種實現(xiàn)可調(diào)激光器的方法，包括如下步驟: 1.接收多縱模光信號； ?.將所述多縱模光信號提供給微環(huán)； ii1.控制所述微環(huán)的溫度，以調(diào)節(jié)所述微環(huán)的諧振頻率與該多縱模光信號中的任一個所選縱模相匹配； iv.使用諧振頻率與該所選縱模相匹配的微環(huán)，將該所選縱模的光信號從所述多縱模光信號中選出； V.輸出該被選出的該所選縱模的光信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述微環(huán)的諧振頻率的各諧振峰所間隔的自由頻譜范圍(FSR)比所述多縱模光信號的各縱模的頻譜間隔小，且兩者的頻譜差(Af1)為AF/(N+1)，其中，AF是所述多縱模光信號的頻譜間隔，N是所述多縱模光信號中的縱模數(shù)量， 在所述步驟iii中: 在第一溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有第一諧振峰與所述多縱模光信號的一個第一縱模匹配， 在第二溫度時，所述微環(huán)的諧振頻率移動一個或多個該頻譜差(△ fT)，所述微環(huán)的諧振頻率的多個諧振峰中僅有與該第一諧振峰間隔一個或多個自由頻譜范圍的第二諧振峰與所述多縱模光信號的與所述第一縱模相鄰一個或多個頻譜間隔的一個第二縱模相匹配。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟: -與所述步驟iv同時地，響應(yīng)于被調(diào)制的信息向所述微環(huán)施加調(diào)制電壓，所述調(diào)制電壓控制所述微環(huán)的諧振頻率與該所選縱模相匹配或不相匹配，以將該被調(diào)制的信息調(diào)制在該所選縱模的光信號上；以及 -在該方法中的任何時候，向所述微環(huán)提供偏置電壓，所述偏置電壓用于補償所述微環(huán)的諧振頻率的漂移以 與該所選縱模相匹配。
【文檔編號】H01S5/065GK103904555SQ201210587313
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】桂林 申請人:上海貝爾股份有限公司