專利名稱：平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域與集成光電子領(lǐng)域，涉及一種基于聲光效應(yīng)的平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)。
背景技術(shù)：
從高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)到光纖測量系統(tǒng)，光開關(guān)都是其關(guān)鍵部件，用以實現(xiàn)光在網(wǎng)絡(luò)光路中的信道切換與路由選擇。在信息爆炸的今天，由于波分復(fù)用技術(shù)的迅速發(fā)展，用于路由選擇，特別是波長路由選擇的光開關(guān)，在超高速、超大容量光通信系統(tǒng)的智能化方面需求日益迫切。
當(dāng)前，光開關(guān)可分為非集成空間光開關(guān)和集成光波導(dǎo)光開關(guān)(IOWS)兩大類。IOWS克服了非集成型光開關(guān)體積大、開關(guān)速度慢、回跳抖動等缺陷，符合系統(tǒng)集成化與小型化趨勢，最有發(fā)展?jié)摿?。IOWS主要有電光型和聲光型兩種基本結(jié)構(gòu)。電光型采用電光效應(yīng)理論，開關(guān)速度快，但其基本單元大都是1*2或2*2型方向耦合器(條波導(dǎo)結(jié)構(gòu))，多路開關(guān)都由這一結(jié)構(gòu)單元重復(fù)累加、級聯(lián)而形成，成品率低、成本高、難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。集成聲光型光開關(guān)采用聲光效應(yīng)原理，但目前大都是聲光可調(diào)濾波器(AOTFs)結(jié)構(gòu)，選通通道數(shù)極少，只有通過級聯(lián)或與波分復(fù)用器等配合使用才能實現(xiàn)多路波長路由功能，同時由于建立在條形光波導(dǎo)基礎(chǔ)上，存在結(jié)構(gòu)與工藝復(fù)雜、成本極高且難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)等問題，因而只適合進(jìn)行光信號上/下路，但不適合作多路波長路由光開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于聲光效應(yīng)的結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、高速、工藝重復(fù)性好、性價比高的多通道平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)。
為了實現(xiàn)上述目的，申請人在聲光效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，聲光效應(yīng)具有可實現(xiàn)1*N基本結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，已實現(xiàn)的聲光頻譜分析儀中正是利用了這一特性。申請人的技術(shù)方案的解決思路是，將聲光效應(yīng)特性用于波長路由光開關(guān)的設(shè)計，并與波導(dǎo)透鏡結(jié)合，可以得到一類多通道平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，包括一平面光波導(dǎo)芯片，其特征在于，芯片的兩端設(shè)置有M端口的輸入光纖陣列和N端口的輸出光纖陣列，芯片的平面光波導(dǎo)芯片的襯底上的平板光波導(dǎo)上設(shè)置有第一光波導(dǎo)透鏡和第二光波導(dǎo)透鏡，兩波導(dǎo)透鏡之間設(shè)置有叉指換能器形成的叉指換能器組，第一光波導(dǎo)透鏡、叉指換能器和第二光波導(dǎo)透鏡之間依次通過平板光波導(dǎo)光路連接；從M端口輸入光纖陣列的任一入射端入射的不同波長的光，首先經(jīng)過波導(dǎo)透鏡擴(kuò)束，又經(jīng)過被由計算機(jī)芯片編程選通的超聲電源加電的叉指換能器激勵出的聲光柵后得到偏轉(zhuǎn)，最后偏轉(zhuǎn)光束經(jīng)過波導(dǎo)透鏡按照波長路由原則定向到N端口輸出光纖陣列的對應(yīng)輸出端。
本發(fā)明的其它一些特點是，所述輸入光纖陣列和輸出光纖陣列與平板光波導(dǎo)之間通過對接耦合方式連接。輸入光纖陣列的端口數(shù)M可取從1到N之間的各個值，且每一端口輸入的都是包含λ1、λ2、……λN的N波長波分復(fù)用光信號。
所述叉指換能器的加電由計算機(jī)芯片編程選通的超聲電源的輸出端口提供；加電叉指換能器不同，出射光端口即不同。
所述叉指換能器組包含若干個叉指換能器，各叉指換能器的叉指結(jié)構(gòu)參數(shù)、指對數(shù)、所加激發(fā)聲場頻率可以相同或者不同，且各叉指換能器的結(jié)構(gòu)及空間相對位置由光路設(shè)計確定。
所述的第一光波導(dǎo)透鏡和第二光波導(dǎo)透鏡均采用口徑大、像差小的波導(dǎo)透鏡。
本發(fā)明的平面集成聲光波導(dǎo)多通道波長路由光開關(guān)，采用聲光效應(yīng)特性，可以降低開關(guān)的工藝難度、降低成本、提高成品率，有利于批量生產(chǎn)的實現(xiàn)；同時與現(xiàn)有機(jī)械開關(guān)相比，開關(guān)速度大大提高。


圖1是本發(fā)明的整體簡圖；圖2是本發(fā)明的芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是叉指換能器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見附圖1～2，多通道平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，包括一平面光波導(dǎo)芯片2，其兩端設(shè)置有M端口的輸入光纖陣列1和N端口的輸出光纖陣列3，平面光波導(dǎo)芯片2的平面光波導(dǎo)4上設(shè)置有第一光波導(dǎo)透鏡5和第二光波導(dǎo)透鏡7，兩光波導(dǎo)透鏡之間設(shè)置有若干個叉指換能器6組成的叉指換能器組，第一光波導(dǎo)透鏡5、叉指換能器6和第二光波導(dǎo)透鏡7依次通過平板光波導(dǎo)4光路連接；從M端口輸入光纖陣列1的任一入射端ini入射的不同波長的光先經(jīng)過波導(dǎo)透鏡5，再經(jīng)過由計算機(jī)芯片9選通超聲電源8輸出端口而加電的叉指換能器6所激勵出的聲光柵，繼而進(jìn)入波導(dǎo)透鏡7，按照波長路由原則被定向到N端口輸出光纖陣列3的不同輸出端。
M端口輸入光纖陣列1的每一端口輸入的都是N波長波分復(fù)用光信號。
由入纖1來的光線的行程為入射光纖端口→平板波導(dǎo)4→第一波導(dǎo)透鏡5→平板波導(dǎo)4→加電叉指換能器6形成的聲光柵→平板波導(dǎo)4→第二波導(dǎo)透鏡7→平板波導(dǎo)4→輸出光纖端口3；經(jīng)波導(dǎo)透鏡擴(kuò)束后的光線在經(jīng)過聲光柵時，不同通道的光被衍射到不同方向，它們被第二個波導(dǎo)透鏡聚焦后進(jìn)入不同輸出光纖端口。
叉指換能器組由若干個叉指換能器6組成，改變加電叉指換能器6的組合，可改變出射光到達(dá)N端口的輸出光纖陣列3的不同端口。
波分復(fù)用光線從N端口輸入光纖陣列1中的某一通道入射后經(jīng)過平板光波導(dǎo)4，進(jìn)入波導(dǎo)透鏡5，其中波導(dǎo)透鏡5的焦距位于輸入光纖陣列上，因而入射光被擴(kuò)束，成為展開的平行光束；若干個叉指換能器6中被外電路選通的某幾個激發(fā)叉指所激發(fā)的聲表面波與擴(kuò)束后的平行光束相互作用，使得不同入射端、不同波長的光被衍射而形成沿不同方向傳輸?shù)钠叫泄馐?；通過計算機(jī)芯片9選通超聲電源8為叉指換能器6加電，不同的加電叉指換能器組合對應(yīng)不同偏轉(zhuǎn)方向。
偏轉(zhuǎn)后的平行光束經(jīng)平板波導(dǎo)傳輸?shù)降诙€波導(dǎo)透鏡7后，被其聚焦，形成不同的出射光點，進(jìn)入到輸出光纖陣列3的不同端口。
器件綜合應(yīng)用了寬口徑的波導(dǎo)透鏡和大偏轉(zhuǎn)能力的聲光光柵，形成一種單片集成的非條形波導(dǎo)主結(jié)構(gòu)。
參見圖3，所述叉指換能器組6由若干個叉指換能器組成，各叉指結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括指寬a、指間距b)、指對數(shù)n、叉指換能器個數(shù)K、各叉指上所加激發(fā)聲場頻率f可以相同或者不同。叉指換能器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)及各叉指換能器的空間相對位置由光路設(shè)計確定。經(jīng)光路設(shè)計確定叉指換能器組內(nèi)各叉指的結(jié)構(gòu)參數(shù)及相對位置后，通過外部控制電路選通所需的叉指換能器組合，外部電路采用計算機(jī)芯片，通過編程就可控制從任一入射端口入射的N個波長的波分復(fù)用光按照波長路由原則定向到N個不同的輸出端；如圖是一種指寬a和指間距b相等，且均等于聲波長的1/4的叉指換能器，abab構(gòu)成一個指對。
圖4是一個2端口2波長輸入、2端口輸出的波長路由光開關(guān)。圖中，波導(dǎo)透鏡采用光波導(dǎo)短程透鏡，叉指換能器采用指間距與指寬相等的叉指換能器組。波長λ1＝1550nm、λ2＝1310nm的波分復(fù)用光沿間距250μm的入射光纖端口in1、in2射入開關(guān)芯片的平板光波導(dǎo)中，之后進(jìn)入口徑直徑為5mm，焦距為4mm的光波導(dǎo)短程透鏡，被展開為平行光束，之后被A、B兩個叉指換能器激勵的聲光柵偏轉(zhuǎn)，A組換能器指寬a＝b＝2.9μm，指長L＝2mm，指對數(shù)n＝50，驅(qū)動電源頻率f1＝300MHz；B換能器叉指寬度a＝b＝2.4μm，長L＝2mm，指對數(shù)n＝50，所加頻率f2＝350MHz。若計算機(jī)芯片選通叉指換能器A與B，則in1端口的λ1光進(jìn)入out1，λ2光進(jìn)入out2；同時in2端口的λ1光進(jìn)入out2，λ2光進(jìn)入out1，實現(xiàn)了波分路由功能。
權(quán)利要求
1.一種平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，包括一平面光波導(dǎo)芯片2，其特征在于，平面光波導(dǎo)芯片2的兩端設(shè)置有M端口的輸入光纖陣列1和N端口的輸出光纖陣列3，平面光波導(dǎo)芯片2的襯底10上的平板光波導(dǎo)4上設(shè)置有第一光波導(dǎo)透鏡5和第二光波導(dǎo)透鏡7，第一光波導(dǎo)透鏡5和第二光波導(dǎo)透鏡7之間設(shè)置有叉指換能器6形成的叉指換能器組，第一光波導(dǎo)透鏡5、叉指換能器6和第二光波導(dǎo)透鏡7之間依次通過平板光波導(dǎo)4光路連接；從M端口輸入光纖陣列1的任一入射端入射的不同波長的光，首先經(jīng)過波導(dǎo)透鏡5擴(kuò)束，又經(jīng)過被由計算機(jī)芯片9編程選通的超聲電源8加電的叉指換能器6激勵出的聲光柵后得到偏轉(zhuǎn)，最后偏轉(zhuǎn)光束經(jīng)過波導(dǎo)透鏡7按照波長路由原則定向到N端口輸出光纖陣列3的對應(yīng)輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，其特征在于，所述輸入光纖陣列1和輸出光纖陣列3與平板光波導(dǎo)4之間通過對接耦合方式連接。輸入光纖陣列的端口數(shù)M可取從1到N之間的各個值，且每一端口輸入的都是包含λ1、λ2、……λN的N波長波分復(fù)用光信號。
3.如權(quán)利要求1所述的平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，其特征在于，所述叉指換能器的加電由計算機(jī)芯片9編程選通的超聲電源8的輸出端口提供；加電叉指換能器不同，出射光端口即不同。
4.如權(quán)利要求1所述的平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，其特征在于，所述叉指換能器組包含若干個叉指換能器6，各叉指換能器的叉指結(jié)構(gòu)參數(shù)、指對數(shù)、所加激發(fā)聲場頻率可以相同或者不同，且各叉指換能器的結(jié)構(gòu)及空間相對位置由光路設(shè)計確定。
5.如權(quán)利要求1所述的平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，其特征在于，所述的第一光波導(dǎo)透鏡5和第二光波導(dǎo)透鏡7均采用口徑大、像差小的波導(dǎo)透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面單片集成聲光波長路由光開關(guān)，包括一平面光波導(dǎo)芯片以及位于芯片兩端的輸入/輸出光纖陣列，芯片上設(shè)置有兩個波導(dǎo)透鏡和一個指換能器組，它們通過光路連接；計算機(jī)芯片選通超聲電源為相應(yīng)叉指換能器加電并在波導(dǎo)中激勵出聲光柵，于是通過聲光互作用就可使得從M個入射端口中任一端口入射的λ
文檔編號G02B26/00GK1544965SQ20031010598
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者朱京平, 唐天同 申請人:西安交通大學(xué)