光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器及其制備工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器及其制備工藝，所述均衡器包括通過(guò)光學(xué)封裝的MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片和雙光纖準(zhǔn)直器；MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片包括第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡、微位移調(diào)節(jié)單元；微位移調(diào)節(jié)單元用以控制第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡的水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比和干涉臂相位調(diào)諧，動(dòng)態(tài)控制輸入WDM光信號(hào)的光譜斜率。本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器采用MEMS工藝制作，具有插入損耗低、均衡范圍寬、體積小、調(diào)諧速度快、驅(qū)動(dòng)功率微小等優(yōu)點(diǎn)，可直接集成到EDFA中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增益斜率均衡，還能應(yīng)用于解決傳輸光纖、光纖色散補(bǔ)償模塊、光纖SRS效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于MEMS及光纖通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，尤其涉及一種光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器；同時(shí)，本發(fā)明還涉及上述光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]“寬帶中國(guó)戰(zhàn)略”與“寬帶上網(wǎng)提速工程”的實(shí)施將大大加速我國(guó)寬帶光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，“光進(jìn)銅退”成為寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)寬帶光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資將超過(guò)千億元規(guī)模。傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光傳輸網(wǎng)已無(wú)法適應(yīng)光接入端口數(shù)和接入帶寬的跨越式增長(zhǎng)，基于自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)技術(shù)的智能光網(wǎng)絡(luò)是必然發(fā)展趨勢(shì)。智能光網(wǎng)絡(luò)不僅要解決大容量傳輸、寬帶接入問(wèn)題，更為關(guān)鍵的是光網(wǎng)絡(luò)智能化的提升與跨越，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)自動(dòng)配置和帶寬動(dòng)態(tài)分配，建立動(dòng)態(tài)可重構(gòu)、擴(kuò)展靈活、運(yùn)行高效、經(jīng)濟(jì)可靠的寬帶光網(wǎng)絡(luò)。
[0003]智能光網(wǎng)絡(luò)是在密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)基礎(chǔ)上利用可重構(gòu)光分插復(fù)用(ROADM)和光交叉連接(OXC)等節(jié)點(diǎn)設(shè)備構(gòu)建的新型光網(wǎng)絡(luò)，其單通道速率將提升到40-400Gb/s、單光纖波長(zhǎng)通道數(shù)提升到40甚至160波、傳輸距離擴(kuò)展至數(shù)千甚至I萬(wàn)公里，對(duì)DWDM多信道光信號(hào)的功率控制和光信噪比(OSNR)提出了更高的要求。摻鉺光纖放大器(EDFA)是DWDM系統(tǒng)無(wú)電光中繼傳輸關(guān)鍵技術(shù)，DffDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要求EDFA高增益、低噪聲，同時(shí)要求在多信道環(huán)境下提供平坦且與輸入光功率無(wú)關(guān)的增益，來(lái)保證各個(gè)波長(zhǎng)通道具有相同的0SNR。但是，EDFA的增益譜具有靜態(tài)不平坦特性和隨輸入光功率參數(shù)的變化而發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)特性，因此實(shí)用化的EDFA需要進(jìn)行靜態(tài)增益平坦化和動(dòng)態(tài)增益均衡。在智能光網(wǎng)絡(luò)中，由于DWDM波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)配置、波長(zhǎng)路由引起EDFA輸入光功率變化、波長(zhǎng)通道數(shù)變化成為常態(tài)，且變化的速度達(dá)到毫秒級(jí)，因此對(duì)EDFA的增益譜動(dòng)態(tài)不平坦的補(bǔ)償提出了更高的技術(shù)要求，成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
[0004]EDFA增益譜不平坦具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種特性，需要靜態(tài)增益平坦化技術(shù)和動(dòng)態(tài)增益均衡技術(shù)來(lái)進(jìn)行均衡。DWDM系統(tǒng)中的EDFA都配置了增益平坦濾波器(GFF)，其波長(zhǎng)-損耗曲線與待補(bǔ)償?shù)腅DFA的靜態(tài)增益譜剛好相反，可以實(shí)現(xiàn)EDFA靜態(tài)不平坦特性的良好補(bǔ)償。靜態(tài)增益平坦化技術(shù)包括薄膜干涉濾光片、長(zhǎng)周期光纖光柵、啁啾光柵、閃耀光纖光柵、級(jí)聯(lián)光纖M-Z干涉儀、光子晶體等多種技術(shù)，其殘余的增益不平坦度在±0.5dB以?xún)?nèi)、附加損耗〈ldB，而且成本低、體積小。正是由于GFF性能好、價(jià)格低，因此每個(gè)EDFA都集成了 GFF器件，解決了 EDFA增益靜態(tài)不平坦的補(bǔ)償問(wèn)題。但GFF的靈活性不足，無(wú)法補(bǔ)償EDFA增益譜的動(dòng)態(tài)變化。
[0005]在智能光網(wǎng)絡(luò)中，波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)配置導(dǎo)致EDFA波長(zhǎng)通道增益差異、波長(zhǎng)通道數(shù)動(dòng)態(tài)變化，造成EDFA增益譜的動(dòng)態(tài)不平坦，將嚴(yán)重惡化DWDM系統(tǒng)的0SNR，特別是多EDFA級(jí)聯(lián)的多跨段長(zhǎng)距離、超長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)。與此同時(shí)，傳輸光纖和其它光器件(如色散補(bǔ)償模塊)的光信號(hào)衰減隨信號(hào)波長(zhǎng)變化、光纖受激拉曼散射(SRS)效應(yīng)引起信號(hào)功率由短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)通道轉(zhuǎn)移和EDFA老化等因素也會(huì)使DWDM系統(tǒng)各通道間信號(hào)功率不均衡。這些因素引起的光信號(hào)功率譜、增益譜變化，通常表現(xiàn)出光信號(hào)功率譜、增益譜隨波長(zhǎng)的線性變化，稱(chēng)為增益傾斜，如圖1所示。當(dāng)無(wú)電中繼距離超過(guò)1000km、跨段在10段以上時(shí)，傳輸線路形成的光譜傾斜在12dB以上，信道的誤碼顯著惡化。迫切需要一種能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)光纖鏈路和增益變化的動(dòng)態(tài)增益均衡(DGE)技術(shù)來(lái)補(bǔ)償增益譜動(dòng)態(tài)不平坦，這對(duì)超長(zhǎng)距離、超大容量光傳輸以及光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置至關(guān)重要。
[0006]目前國(guó)內(nèi)外各大光器件廠家已實(shí)現(xiàn)DGE的商用，但存在諸多的不足，如成本高、體積大、插入損耗高，嚴(yán)重限制了 DGE的廣泛應(yīng)用。在各種DGE器件技術(shù)中，性能價(jià)格比、應(yīng)用的難易等成為決定其成敗的關(guān)鍵因素。由于DGE價(jià)格居高不下，比EDFA價(jià)格高得多，一般僅在DWMD系統(tǒng)的中間點(diǎn)(mid-point)、ROADM節(jié)點(diǎn)才使用。因此，急需采用新技術(shù)降低DGE的成本、減小體積，使其能夠同GFF —樣集成到每一個(gè)EDFA中，更好地滿足智能光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求。
[0007]為了降低動(dòng)態(tài)增益均衡的成本，目前EDFA的生產(chǎn)廠商(如JDS Uniphase、飛通、昂納等)集成一個(gè)快速響應(yīng)可變光衰減器(VOA)到EDFA內(nèi)部以衰減輸入光信號(hào)功率，該方案犧牲了 3dB以上光功率，且噪聲系數(shù)增加。另一種方案是調(diào)節(jié)泵浦功率來(lái)調(diào)節(jié)EDFA增益譜的傾斜，但該方案會(huì)導(dǎo)致增加泵浦光功率和噪聲系數(shù)。由于EDFA的動(dòng)態(tài)增益不平坦主要表現(xiàn)為增益傾斜，采用動(dòng)態(tài)增益斜率均衡(Dynamic gain slope equalization,DGSE)是最為有效、最經(jīng)濟(jì)的補(bǔ)償方式，因此低成本、高性能DGSE的研究及商業(yè)化對(duì)解決EDFA的動(dòng)態(tài)增益均衡問(wèn)題具有重要意義，也具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0008]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微細(xì)加工技術(shù)，可以批量制造高速、精密、微型可動(dòng)部件或敏感部件。MEMS技術(shù)與光學(xué)技術(shù)結(jié)合形成的微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)技術(shù)，已成為智能、可調(diào)諧光通信器件的主流技術(shù)。本專(zhuān)利基于MEMS技術(shù)發(fā)明了一種動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的DGSE器件，具有重要實(shí)用價(jià)值和廣闊市場(chǎng)前景。
[0009]DGE器件其本質(zhì)上是一個(gè)具有波長(zhǎng)選擇特性的光可變衰減器(VOA)陣列，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要分為串行工作和并行工作兩類(lèi)。串行工作的DGE采用多級(jí)濾波器的串行方式，可以實(shí)現(xiàn)中等光譜分辨率(幾納米)的增益均衡，包括串行諧波濾波器和串行特定波長(zhǎng)段濾波器兩種。串行諧波濾波器的采用6-8級(jí)光濾波器的串行方式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括液晶諧波合成器、磁光諧波合成器、波導(dǎo)MZI諧波合成器和波導(dǎo)橫向?yàn)V波器，其共同特點(diǎn)是將待補(bǔ)償光譜曲線進(jìn)行諧波分解，然后利用光諧波濾波器進(jìn)行合成。器件插入損耗為3.4-4.5dB，均衡誤差±0.5dB以?xún)?nèi)，其光譜均衡算法非常復(fù)雜，導(dǎo)致調(diào)整速度非常慢(約I秒)，器件成本高。國(guó)內(nèi)武漢郵科院開(kāi)展了液晶諧波DGE的研發(fā)，浙江大學(xué)開(kāi)展了補(bǔ)償算法的研究工作。串行特定波長(zhǎng)段濾波器的單級(jí)濾波器的衰減僅局限在特定波長(zhǎng)段，通過(guò)多級(jí)串聯(lián)的濾波器獲得期望的濾波特性，其主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)是全光纖聲光可調(diào)諧濾波器(A0TF)、機(jī)械和熱調(diào)諧光纖長(zhǎng)周期光柵(LPG)，其優(yōu)勢(shì)是全光纖器件、插入損耗較低，但其補(bǔ)償算法復(fù)雜，且采用手工裝配、工藝復(fù)雜、成本高，同時(shí)驅(qū)動(dòng)功率較高，器件尺寸大，難以實(shí)用化。
[0010]并行工作的DGE采用光柵分光與光動(dòng)態(tài)調(diào)制器相結(jié)合，直接在光譜域?qū)庑盘?hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，補(bǔ)償算法簡(jiǎn)單，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括自由空間光學(xué)和平面波導(dǎo)光學(xué)兩種技術(shù)方案。自由空間光學(xué)DGE采用體光柵和陣列VOA實(shí)現(xiàn)，陣列VOA采用液晶或MEMS驅(qū)動(dòng)器件(DMD、光柵調(diào)制器，F(xiàn)-P調(diào)制器)，補(bǔ)償誤差在±0.25dB以?xún)?nèi)，但插入損耗高達(dá)6-7dB。平面波導(dǎo)光學(xué)DGE采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和波導(dǎo)熱光衰減器陣列或波導(dǎo)熱光相移器陣列實(shí)現(xiàn)，其體積小，但驅(qū)動(dòng)功耗較高，同樣其插入損耗大、成本高。最高譜分辨率的DGE可以獨(dú)立調(diào)控每個(gè)通道的光功率，又稱(chēng)為通道光功率均衡器(DCE)或波長(zhǎng)阻塞器(WB)。并行工作的DGE可實(shí)現(xiàn)高速、高光譜分辨率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但成本昂貴、插入損耗高，價(jià)格遠(yuǎn)高于EDFA，應(yīng)用范圍有限。
[0011]動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器(DGSE)提供光譜斜率可調(diào)的動(dòng)態(tài)增益均衡，對(duì)EDFA輸入光功率、泵浦功率變化導(dǎo)致的增益譜的傾斜可以實(shí)現(xiàn)直接、效果更佳的補(bǔ)償，而且成本低、體積小，專(zhuān)用于光譜斜率補(bǔ)償?shù)腄GE器件，是DGE器件的重要發(fā)展趨勢(shì)。DGSE的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括磁光濾波器、波導(dǎo)M-Z濾波器(如圖2)和MEMS減反射開(kāi)關(guān)光調(diào)制器(MARS)。T.Naito提出的磁光DGSE采用雙折射棱鏡、雙折射晶體板與Faraday旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，如圖2 (a)，插入損耗約為1.7dB,驅(qū)動(dòng)功率200mW。N.Mitamura提出的磁光DGSE與T.Naito相似，不同的是采用偏振介質(zhì)膜和雙Faraday旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成,如圖2(b),插入損耗為1.8dB,驅(qū)動(dòng)功率為數(shù)十mW。K.1noue等人提出的波導(dǎo)M-Z DGSE采用由可調(diào)波導(dǎo)耦合器構(gòu)成的非對(duì)稱(chēng)M-Z干涉儀，采用熱光相移器實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，如圖2(c),最好情況的插入損耗為1.4dBo H.Hatayama等人提出了采用兩級(jí)串接的非對(duì)稱(chēng)M-Z干涉儀實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)M-Z DGSE的技術(shù)方案，也采用熱光相移器實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，如圖2 (d)，器件插入損耗5.4dB,功耗225mW。N.Azami采用熱光調(diào)諧的光纖M-Z干涉儀實(shí)現(xiàn)了 DGSE，如圖2 (e)，器件插入損耗僅0.2dB、功耗250mW、響應(yīng)時(shí)間210ms，但需要手工制作特殊波長(zhǎng)特性的光纖耦合器，工藝控制很困難。K.W.Goossen等人采用MEMS MARS器件實(shí)現(xiàn)了 DGSE，器件插入損耗>2.5dB、調(diào)節(jié)時(shí)間10微秒、驅(qū)動(dòng)電壓40V。國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)開(kāi)展DGSE的相關(guān)研究工作。雖然DGSE是實(shí)現(xiàn)EDFA動(dòng)態(tài)增益傾斜補(bǔ)償?shù)淖罴堰x擇，但目前未獲得廣泛的應(yīng)用，其原因是器件成本較高、插入損耗較大、驅(qū)動(dòng)功耗偏高，熱驅(qū)動(dòng)器件的響應(yīng)速度慢。其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展出與GFF均衡性能、成本相當(dāng)?shù)母咝阅?、低成本DGSE。
[0012]綜上所述，目前DGE和DGSE器件技術(shù)存在成本高、插入損耗大、驅(qū)動(dòng)電功耗高、體積大等不足，針對(duì)目前DGE和DGSE器件技術(shù)的不足和實(shí)用化的問(wèn)題，本發(fā)明提出了新穎的基于MEMS技術(shù)的DGSE技術(shù)方案，采用MEMS兩自由度微位移驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)光分束比、光相位可獨(dú)立調(diào)諧的自由空間光學(xué)M-Z干涉儀，可以實(shí)現(xiàn)低插入損耗(≤0.8dB)、斜率調(diào)諧范圍±0.2dB/nm (@40nm)、調(diào)諧時(shí)間≤5ms、低驅(qū)動(dòng)功耗、成本與GFF相當(dāng)?shù)牡统杀?、高性能DGSE器件，能夠與GFF —起直接集 成到EDFA中，從而解決EDFA動(dòng)態(tài)增益均衡問(wèn)題，同時(shí)還可以應(yīng)用于解決補(bǔ)償色散補(bǔ)償模塊 、SRS效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡。本發(fā)明將對(duì)光通信與光網(wǎng)絡(luò)、EDFA動(dòng)態(tài)增益均衡技術(shù)和MEMS技術(shù)發(fā)展都具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，可解決EDFA動(dòng)態(tài)增益均衡問(wèn)題，還可以應(yīng)用于解決補(bǔ)償色散補(bǔ)償模塊、SRS效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡。
[0014]此外，本發(fā)明還提供光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的制備工藝，可解決EDFA動(dòng)態(tài)增益均衡問(wèn)題。
[0015]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0016]—種光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器,所述均衡器包括MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片和雙光纖準(zhǔn)直器；
[0017]所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片和雙光纖準(zhǔn)直器通過(guò)光學(xué)封裝，構(gòu)成微型Mach-Zehnder 干涉儀(MZI)；
[0018]所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片包括第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡、微位移調(diào)節(jié)單元；
[0019]所述微位移調(diào)節(jié)單元用以控制第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡的水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比和干涉臂相位調(diào)諧，動(dòng)態(tài)控制輸入WDM光信號(hào)的光譜斜率；
[0020]所述微位移調(diào)節(jié)單元控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向及垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)第二光學(xué)微反射鏡靜止；或者，所述微位移調(diào)節(jié)單元控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制第二光學(xué)微反射鏡水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二光學(xué)微反射鏡固定在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上；
[0022]所述第一光學(xué)微反射鏡為可動(dòng)MEMS微鏡，通過(guò)彈性梁支撐機(jī)構(gòu)懸掛在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上；所述彈性梁支撐機(jī)構(gòu)包括第一方向支撐梁、第二方向支撐梁，第一方向支撐梁沿第一方向設(shè)置，第二方向支撐梁沿第二方向設(shè)置；
[0023]所述微位移調(diào)節(jié)單元包括靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器、靜電平板驅(qū)動(dòng)器；
[0024]所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器位于硅框架的兩側(cè)，并通過(guò)一組硅彈性梁懸掛于所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底之上，并與所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底連接；所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧；
[0025]所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器包括第一電極板、第二電極板；第一電極板上設(shè)置第一光學(xué)微反射鏡，第一電極板通過(guò)另一組娃彈性梁與娃框架相連，第二電極板為所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底，兩電極板之間有一空氣隙；所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡垂直方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI干涉臂相位調(diào)諧。
[0026]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一電極板上鍍制光學(xué)反射膜，形成所述第一光學(xué)微反射鏡；所述第二電極板上鍍制光學(xué)反射膜，形成所述第二光學(xué)微反射鏡。
[0027]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述彈性梁支撐機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)分布，抑制第一光學(xué)微反射鏡的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)。
[0028]作為本發(fā)明的一種可選方案，所述第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡可以均為可動(dòng)MEMS微鏡，每塊光學(xué)微反射鏡沿水平方向或垂直方向單自由度平移運(yùn)動(dòng)，兩塊光學(xué)微反射鏡的運(yùn)動(dòng)方向彼此垂直；
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述微型Mach-Zehnder干涉儀的光信號(hào)的輸入、輸出均為光纖，可以是單?；蚨嗄９饫w。
[0030]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述微型Mach-Zehnder干涉儀MZI的兩干涉臂不等長(zhǎng)，構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)Mach-Zehnder干涉儀，兩干涉臂的初始光程差根據(jù)EDFA增益斜率均衡器的光譜特性進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)控制MEMS可動(dòng)光學(xué)微鏡的垂直微位移運(yùn)動(dòng)對(duì)兩干涉臂的光程差在0-2 進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
[0031]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述微型Mach-Zehnder干涉儀MZI的兩干涉臂的光分束比是動(dòng)態(tài)調(diào)諧的，通過(guò)第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡的水平微位移運(yùn)動(dòng)，控制第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡對(duì)雙光纖準(zhǔn)直器光斑反射比例實(shí)現(xiàn)光分束比動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
[0032]一種上述光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0033]步驟a:進(jìn)行絕緣體襯底硅SOI器件硅層的雙掩膜光刻，利用第一層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度約數(shù)微米至十幾微米，去除第一層掩膜材料；
[0034]步驟b:利用第二層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度約數(shù)微米至十幾微米，再清除第二層掩膜材料；
[0035]步驟c =Pyrex玻璃采用光刻膠剝離工藝或刻蝕工藝制作圖形化的光學(xué)反射薄膜，制備出第二光學(xué)微反射鏡；
[0036]步驟d:將已加工的SOI與Pyrex玻璃進(jìn)行硅-玻璃鍵合；
[0037]步驟e:去除SOI的襯底硅和中間氧化層，光刻、ICP刻蝕制作平面梳齒并釋放結(jié)構(gòu)，制備出微位移調(diào)節(jié)單元；
[0038]步驟f:在驅(qū)動(dòng)器的硅膜上采用硬掩膜技術(shù)在反射鏡區(qū)域蒸鍍光學(xué)反射膜，制備出第一光學(xué)微反射鏡；
[0039]步驟g:進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的單個(gè)MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片;
[0040]步驟h:將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片與雙光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行光學(xué)封裝。
[0041]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟h中，雙光纖準(zhǔn)直器采用適當(dāng)光斑的雙光纖準(zhǔn)直器，其準(zhǔn)直透鏡采用玻璃材料，采用光學(xué)微透鏡加工工藝加工；
[0042]光纖采用單模光纖或多模光纖，雙光纖準(zhǔn)直器的雙光纖頭的光纖間距為0.125mm或其它特殊間距；
[0043]將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片通過(guò)膠粘結(jié)在TO管座上，并采用金屬引線工藝將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的電極與TO管座電極電連接；
[0044]合適尺寸的金屬封裝套管通過(guò)焊接技術(shù)與TO管座進(jìn)行氣密焊接，固定在TO管座上；
[0045]在光學(xué)微調(diào)架上調(diào)節(jié)雙光纖準(zhǔn)直器與MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的距離、繞光軸旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器，并微調(diào)其光軸至稱(chēng)合輸出插入損耗最??；
[0046]將光纖準(zhǔn)直器和封裝金屬套管之間進(jìn)行焊接，推薦采用氣密性焊接；利用密封膠將準(zhǔn)直器與封裝套管進(jìn)一步密封，確保MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片工作在氣密環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
[0047]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器采用MEMS工藝制作，工藝成熟、成品率高、低成本、可批量生產(chǎn)，具有插入損耗低、體積小、調(diào)諧速度快、光譜斜率均衡范圍寬、驅(qū)動(dòng)功率微小等優(yōu)點(diǎn)，可以直接集成到EDFA中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增益斜率均衡，同時(shí)還可以應(yīng)用于解決傳輸光纖、光纖色散補(bǔ)償模塊、光纖SRS效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡問(wèn)題，對(duì)智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展具有重要實(shí)用價(jià)值，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】[0048]圖1為EDFA增益隨波長(zhǎng)的線性變化形成的增益傾斜示意圖。
[0049]圖2 Ca)至圖2 Ce)為動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的已有技術(shù)方案示意圖。
[0050]圖3為本發(fā)明MEMS動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器原理示意圖。
[0051]圖4 (a)為本發(fā)明非對(duì)稱(chēng)MZI的光學(xué)原理圖。
[0052]圖4 (b)為雙光纖準(zhǔn)直器出射高斯光斑與兩微反射鏡的空間位置關(guān)系圖。
[0053]圖4(c)為等效的變分束比、相位調(diào)諧的波導(dǎo)非對(duì)稱(chēng)MZI的示意圖。
[0054]圖5 (a)至圖5 (c)為變分束比、相位調(diào)諧的非對(duì)稱(chēng)MZI的光譜濾波特性圖。
[0055]圖6(a)為本發(fā)明微位移MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0056]圖6 (b)為圖6 Ca)的AA向剖視圖。
[0057]圖6 (C)為圖6 Ca)的BB向剖視圖。
[0058]圖7 Ca)至圖7 Cf)為MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片主要工藝流程圖。
[0059]圖8為本發(fā)明動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的光學(xué)封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0061]實(shí)施例一
[0062]針對(duì)目前DGE和DGSE器件技術(shù)存在成本高、插入損耗大、驅(qū)動(dòng)功耗高、體積大等不足，本發(fā)明提出了基于MEMS技術(shù)的動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器技術(shù)方案，采用MEMS兩自由度微位移驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)光分束比、光相位可獨(dú)立調(diào)諧的自由空間光學(xué)MZI，具有低插入損耗、大光譜斜率均衡范圍、快速調(diào)諧、低驅(qū)動(dòng)功耗、低成本、小體積的效果，能夠與GFF —起直接集成到EDFA中，從而解決EDFA動(dòng)態(tài)增益均衡問(wèn)題。同時(shí)還可以應(yīng)用于解決傳輸光纖、光纖色散補(bǔ)償模塊、光纖受激拉曼散射(SRS)效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡問(wèn)題。
[0063]請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明揭示的光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器包括MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片10和雙光纖準(zhǔn)直器20。所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片10和雙光纖準(zhǔn)直器20通過(guò)光學(xué)封裝，構(gòu)成微型MZI。所述微型MZI的輸入光信號(hào)、輸出光信號(hào)均為光纖，可以為單?；蚨嗄９饫w。
[0064]所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片10包括第一光學(xué)微反射鏡12、第二光學(xué)微反射鏡
11、微位移調(diào)節(jié)單元；所述微位移調(diào)節(jié)單元用以控制第一光學(xué)微反射鏡12或/和第二光學(xué)微反射鏡11的水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比和干涉臂相位調(diào)諧，動(dòng)態(tài)控制輸入WDM光信號(hào)的光譜斜率。
[0065]具體地，所述微位移調(diào)節(jié)單元控制第一光學(xué)微反射鏡12水平方向及垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)第二光學(xué)微反射鏡11靜止；或者，所述微位移調(diào)節(jié)單元控制第一光學(xué)微反射鏡12水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制第二光學(xué)微反射鏡11水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)。
[0066]本實(shí)施例中，如圖3所不，MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片包括一塊動(dòng)光學(xué)微鏡(即第一光學(xué)微反射鏡12)、一塊靜光學(xué)微鏡(即第二光學(xué)微反射鏡11)，動(dòng)、靜光學(xué)微鏡分別位于驅(qū)動(dòng)器芯片的娃膜表面和襯底表面，形成自由空間光學(xué)結(jié)構(gòu)、光路折疊的反射式微型MZI ；MEMS可動(dòng)微鏡在電壓驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向兩自由度微位移運(yùn)動(dòng)，與MEMS靜止微鏡相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧和干涉臂相位調(diào)諧。[0067]所述第二光學(xué)微反射鏡11固定在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上；所述第一光學(xué)微反射鏡12為可動(dòng)MEMS微鏡,通過(guò)對(duì)稱(chēng)分布的彈性梁支撐機(jī)構(gòu)懸掛在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上；所述彈性梁支撐機(jī)構(gòu)包括第一方向支撐梁、第二方向支撐梁，第一方向支撐梁沿第一方向設(shè)置，第二方向支撐梁沿第二方向設(shè)置。
[0068]所述微位移調(diào)節(jié)單元包括靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器、靜電平板驅(qū)動(dòng)器。所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器位于娃框架的兩側(cè)，并通過(guò)一組娃彈性梁懸掛于所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底之上，并與所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底連接；所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡12水平方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧。所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器包括第一電極板、第二電極板；第一電極板為低阻娃薄膜，其上鍍制第一光學(xué)微反射鏡12,第一電極板通過(guò)另一組硅彈性梁與硅框架相連，第二電極板為所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上的金薄膜(同時(shí)作為第二光學(xué)微反射鏡11的光反射膜)，兩電極板之間有一空氣隙；所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡垂直方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI干涉臂相位調(diào)諧。本實(shí)施例中，所述第一電極板上鍍制光學(xué)反射膜，形成所述第一光學(xué)微反射鏡12。
[0069]所述微型Mach-Zehnder干涉儀MZI的兩干涉臂的光分束比是動(dòng)態(tài)調(diào)諧的,通過(guò)第一光學(xué)微反射鏡12或/和第二光學(xué)微反射鏡11的水平微位移運(yùn)動(dòng)，控制第一光學(xué)微反射鏡12或/和第二光學(xué)微反射鏡11對(duì)雙光纖準(zhǔn)直器光斑反射比例實(shí)現(xiàn)光分束比動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
[0070]所述微型MZI的兩干涉臂不等長(zhǎng)，構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)MZI，兩干涉臂的初始光程差根據(jù)EDFA增益斜率均衡器的光譜特性(如工作增益光譜寬度)進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)控制MEMS可動(dòng)光學(xué)微鏡的垂直微位移運(yùn)動(dòng)對(duì)MZI兩干涉臂的光程差在0-2 π進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
[0071]變分束比、相位調(diào)諧非對(duì)稱(chēng)MZI實(shí)現(xiàn)光學(xué)原理如圖4 (a)至圖4 (C)所示，圖4 (a)是光學(xué)系統(tǒng)原理圖，圖4 (b)表不雙光纖準(zhǔn)直器出射高斯光斑與MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片的第一光學(xué)微反射鏡12、第二光學(xué)微反射鏡11的空間位置關(guān)系；圖4 (c)是等效的變分束比、相位調(diào)諧的波導(dǎo)非對(duì)稱(chēng)MZI。其光譜濾波斜率調(diào)諧的光學(xué)原理是:輸入的DWDM光信號(hào)經(jīng)雙光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直擴(kuò)束，其高斯光斑直徑約150 μ m，高斯光斑照射到MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片的第一光學(xué)微反射鏡12、第二光學(xué)微反射鏡11上，第一光學(xué)微反射鏡12為位于襯底上的固定微鏡，第二光學(xué)微反射鏡11是位于驅(qū)動(dòng)器娃膜上的可移動(dòng)微鏡，第一光學(xué)微反射鏡12、第二光學(xué)微反射鏡11的高度位置相差h,約為幾至幾十μ m。高斯光斑一部分(C1)被第一光學(xué)微反射鏡12反射，其余部分(C2=1-C1)被第二光學(xué)微反射鏡11反射，兩束反射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡匯聚耦合到輸出單模光纖產(chǎn)生光干涉，構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)MZI，其光程差約為2h。當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)微反射鏡11在梳齒驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下水平運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于MEMS芯片平面)，改變非對(duì)稱(chēng)MZI的分束比C1: C2,第二光學(xué)微反射鏡11在平板驅(qū)動(dòng)器的垂直驅(qū)動(dòng)(相對(duì)于MEMS芯片平面)下改變非對(duì)稱(chēng)MZI的光程差(即光相位)。因此，圖4 (a)的自由空間MZI光學(xué)上等效于圖4 (c)的波導(dǎo)MZI，通過(guò)分束比和相位的調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)MZI光譜濾波斜率的調(diào)諧。
[0072]變分束比、非對(duì)稱(chēng)MZI的光譜濾波特性如圖5所示，圖5 Ca)表示初始光程差2h確定時(shí)在1530-1630nm范圍的濾波曲線，其中1530_1570nm是EDFA的工作波長(zhǎng)范圍，改變分束比C1 = C2時(shí)，濾波曲線的斜率發(fā)生相應(yīng)的變化，圖中1530-1570nm范圍內(nèi)光譜斜率為負(fù)值。圖5 (b)表示調(diào)節(jié)MZI兩臂的相位差時(shí)，中心波長(zhǎng)位置和濾波曲線發(fā)生移動(dòng)，濾波曲線形狀不變。圖5 (c)表示通過(guò)改變中心波長(zhǎng)位置，將濾波曲線的上升沿移動(dòng)到1530-1570nm范圍，可以實(shí)現(xiàn)正光譜濾波斜率。從圖中可以看出，當(dāng)分束比接近0.5:0.5時(shí)，光譜濾波曲線彎曲較為嚴(yán)重，DGSE器件設(shè)計(jì)時(shí)需要優(yōu)化光譜斜率可調(diào)范圍、光譜濾波曲線的自由譜域(FSR)大小和中心波長(zhǎng)位置等參數(shù)。
[0073]MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片包含兩塊MEMS光學(xué)微反射鏡，其中一塊MEMS微鏡固定在芯片襯底上，另一塊微鏡為可動(dòng)MEMS微鏡，通過(guò)對(duì)稱(chēng)分布彈性梁支撐結(jié)構(gòu)，將可動(dòng)MEMS微鏡懸掛在芯片襯底上，一種實(shí)現(xiàn)雙自由度MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片結(jié)構(gòu)如圖6所不,米用其它的結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)該MEMS芯片的功能。在圖6中，MEMS微鏡的水平微位移運(yùn)動(dòng)采用靜電梳齒驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧，梳齒驅(qū)動(dòng)器位于硅框架的兩側(cè)，并通過(guò)一組對(duì)稱(chēng)分布的硅彈性梁懸掛于芯片襯底之上，并與芯片襯底連結(jié)。MEMS微鏡的垂直微位移運(yùn)動(dòng)采用靜電平板驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)MZI干涉臂相位調(diào)諧，MEMS平行平板驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)電極板(其上鍍制光學(xué)反射膜)通過(guò)另一組對(duì)稱(chēng)分布的彈性梁與硅框架相連，另一個(gè)電極板為芯片襯底，兩電極板之間有一空氣隙。
[0074]本發(fā)明還包括MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片制造和動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的光學(xué)封裝兩個(gè)部分，這里給出的實(shí)施例僅是一個(gè)可能的具體實(shí)施方案，不影響本發(fā)明的權(quán)力范圍。
[0075]本發(fā)明還揭示實(shí)施例一及實(shí)施例二所述光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的制備工藝，包括MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片制造步驟，以及動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的光學(xué)封裝步驟。具體步驟如下:
[0076]I) MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片制造步驟
[0077]以單一 MEMS微鏡可動(dòng)的MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器，即MEMS兩自由度微位移驅(qū)動(dòng)器芯片的實(shí)施過(guò)程來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其MEMS結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要工藝流程如圖7 (a)至圖7 (f)所示。
[0078]MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的主要工藝為硅-玻璃鍵合和平動(dòng)梳齒工藝，是MEMS體硅工藝中成熟的工藝技術(shù)。主要工藝流程如下:
[0079](a) SOI器件硅層的雙掩膜光刻，利用第一層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度約6 μ m ；
[0080](b)去除第一層掩膜材料，利用第二層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度約2.5 μ m，再清除第二層掩膜材料；
[0081](c) Pyrex 7740玻璃采用光刻膠剝離工藝制作圖形化的金反射薄膜；
[0082](d)將已加工的SOI與7740玻璃進(jìn)行硅-玻璃鍵合；
[0083](e)去除SOI的襯底硅和中間氧化層，光刻、ICP刻蝕制作平面梳齒并釋放結(jié)構(gòu)；
[0084](f)在驅(qū)動(dòng)器的硅膜上采用硬掩膜技術(shù)在反射鏡區(qū)域蒸鍍Au反射膜。
[0085](g)最后進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的單個(gè)MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片。
[0086]2)動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的光學(xué)封裝步驟
[0087]動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的光學(xué)封裝的具體實(shí)施例采用標(biāo)準(zhǔn)TO封裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)合適尺寸的金屬封裝套管801固定，如圖8所示。
[0088]雙光纖準(zhǔn)直器采用定制的Φ 150 μ m小光斑雙光纖準(zhǔn)直器，其準(zhǔn)直透鏡806采用折射率為1.7447的玻璃材料，焦距約為0.75mm，對(duì)應(yīng)的C-Lens球面半徑約為0.55mm，采用光學(xué)微透鏡加工工藝加工。光纖采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，雙光纖頭的間距為0.125mm。將MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片(即MEMS芯片)10通過(guò)粘結(jié)膠802在TO管座805上，并采用金屬引線工藝將MEMS芯片10的電極804與TO管座805電極電連接。合適尺寸的金屬封裝套管801通過(guò)平行縫焊技術(shù)與TO管座進(jìn)行氣密焊接，固定在TO管座805上。在光學(xué)微調(diào)架上調(diào)節(jié)雙光纖準(zhǔn)直器與MEMS芯片10的距離、繞光軸旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器,并微調(diào)其光軸至稱(chēng)合輸出插入損耗最小。金屬封裝套管801的四周設(shè)計(jì)有焊接孔803，用于光纖準(zhǔn)直器和封裝套管之間金屬焊接(如錫焊、激光焊接等)，推薦采用氣密性焊接。利用密封膠808將準(zhǔn)直器807與封裝套管進(jìn)行密封，同時(shí)在焊接處也涂敷密封膠，確保MEMS芯片工作在氣密環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
[0089]實(shí)施例二
[0090]本實(shí)施例中，所述第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡均為可動(dòng)MEMS微鏡。
[0091]所述微位移調(diào)節(jié)單元包括靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器、靜電平板驅(qū)動(dòng)器。
[0092]所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器位于硅框架的兩側(cè)，并通過(guò)一組硅彈性梁懸掛于所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底之上，并與所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底連接；所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧。
[0093]本實(shí)施例中，所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器包括第一電極板、第二電極板；第一電極板位于第一光學(xué)微反射鏡之下，其上鍍制第二光學(xué)微反射鏡，第一電極板通過(guò)另一組硅彈性梁與娃框架相連，第二電極板為所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底,兩電極板之間有一空氣隙；所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器用以控制第二光學(xué)微反射鏡垂直方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI干涉臂相位調(diào)諧。
[0094]本實(shí)施例的技術(shù)特點(diǎn)是:第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡均為單自由度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩光學(xué)微反射鏡完全獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制，在MEMS芯片設(shè)計(jì)上工藝參數(shù)取值范圍較寬，當(dāng)然其芯片的結(jié)構(gòu)、制造工藝流程也稍復(fù)雜些。
[0095]綜上所述，本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器采用MEMS工藝制作，工藝成熟、成品率高、低成本、可批量生產(chǎn)，具有插入損耗低、光譜斜率均衡范圍寬、體積小、調(diào)諧速度快、驅(qū)動(dòng)功率微小等優(yōu)點(diǎn)，可以直接集成到EDFA中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增益斜率均衡，同時(shí)還可以應(yīng)用于解決傳輸光纖、光纖色散補(bǔ)償模塊、光纖SRS效應(yīng)等造成的DWDM通道間信號(hào)功率不均衡問(wèn)題，對(duì)智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展具有重要實(shí)用價(jià)值，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0096]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器包括MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片和雙光纖準(zhǔn)直器； 所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片和雙光纖準(zhǔn)直器通過(guò)光學(xué)封裝，構(gòu)成微型Mach-Zehnder 干涉儀 MZI ； 所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片包括第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡、微位移調(diào)節(jié)單元; 所述微位移調(diào)節(jié)單元用以控制第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡的水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比和干涉臂相位調(diào)諧，動(dòng)態(tài)控制輸入WDM光信號(hào)的光譜斜率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于: 所述微位移調(diào)節(jié)單?？刂频谝还鈱W(xué)微反射鏡水平方向及垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)第二光學(xué)微反射鏡靜止；或者，所述微位移調(diào)節(jié)單元控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制第二光學(xué)微反射鏡水平方向或/和垂直方向的微位移運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于: 所述第二光學(xué)微反射鏡固定在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上； 所述第一光學(xué)微反射鏡為可動(dòng)MEMS微鏡，通過(guò)彈性梁支撐機(jī)構(gòu)懸掛在所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底上；所述彈性梁支撐機(jī)構(gòu)包括第一方向支撐梁、第二方向支撐梁，第一方向支撐梁沿第一方向設(shè)置，第二方向支撐梁沿第二方向設(shè)置； 所述微位移調(diào)節(jié)單元包括靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器、靜電平板驅(qū)動(dòng)器； 所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器位于硅框架的兩側(cè)，并通過(guò)一組硅彈性梁懸掛于所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底之上，并與所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片襯底連接；所述靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡水平方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI分束比調(diào)諧； 所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器包括第一電極板、第二電極板；第一電極板上設(shè)置第一光學(xué)微反射鏡，第一電極板通過(guò)另一組娃彈性梁與娃框架相連，第二電極板為所述MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的襯底，兩電極板之間有一空氣隙；所述靜電平板驅(qū)動(dòng)器用以控制第一光學(xué)微反射鏡垂直方向上的微位移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MZI干涉臂相位調(diào)諧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片，其特征在于: 所述第一電極板上鍍制光學(xué)反射膜，形成所述第一光學(xué)微反射鏡； 所述第二電極板上鍍制光學(xué)反射膜，形成所述第二光學(xué)微反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片，其特征在于: 所述彈性梁支撐機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)分布，抑制第一光學(xué)微反射鏡的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片，其特征在于: 所述第一光學(xué)微反射鏡、第二光學(xué)微反射鏡可以均為可動(dòng)MEMS微鏡，每塊光學(xué)微反射鏡沿水平方向或垂直方向單自由度平移運(yùn)動(dòng)，兩塊光學(xué)微反射鏡的運(yùn)動(dòng)方向彼此垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于: 所述微型Mach-Zehnder干涉儀的光信號(hào)的輸入、輸出均為光纖，可以是單模或多模光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光 纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于:所述微型Mach-Zehnder干涉儀的兩干涉臂不等長(zhǎng),構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)Mach-Zehnder干涉儀，兩干涉臂的初始光程差根據(jù)EDFA增益斜率均衡器的光譜特性進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)控制MEMS可動(dòng)光學(xué)微鏡的垂直微位移運(yùn)動(dòng)對(duì)兩干涉臂的光程差在0-2 π進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器，其特征在于: 所述微型Mach-Zehnder干涉儀MZI的兩干涉臂的光分束比是動(dòng)態(tài)調(diào)諧的，通過(guò)第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡的水平微位移運(yùn)動(dòng)，控制第一光學(xué)微反射鏡或/和第二光學(xué)微反射鏡對(duì)雙光纖準(zhǔn)直器光斑反射比例實(shí)現(xiàn)光分束比動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
10.一種權(quán)利要求1至9之一所述光纖放大器動(dòng)態(tài)增益斜率均衡器的制備工藝，其特征在于，所述制備工藝包括如下步驟: 步驟a:進(jìn)行絕緣體襯底硅SOI器件硅層的雙掩膜光刻，利用第一層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度數(shù)微米至十幾微米，去除第一層掩膜材料； 步驟b:利用第二層掩膜進(jìn)行ICP刻蝕，刻蝕深度數(shù)微米至十幾微米，再清除第二層掩膜材料； 步驟c =Pyrex玻璃采用光刻膠剝離工藝或刻蝕工藝制作圖形化的光學(xué)反射薄膜，制備出第二光學(xué)微反射鏡； 步驟d:將已加工的SOI與Pyrex玻璃進(jìn)行硅-玻璃鍵合； 步驟e:去除SOI的襯底硅和中間氧化層，光刻、ICP刻蝕制作平面梳齒并釋放結(jié)構(gòu)，制備出微位移調(diào)節(jié)單元； 步驟f:在硅膜上采用硬掩膜技術(shù)在反射鏡區(qū)域蒸鍍光學(xué)反射膜，制備出第一光學(xué)微反射鏡； 步驟g:進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的單個(gè)MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片； 步驟h:將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片與雙光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行光學(xué)封裝。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備工藝，其特征在于: 所述步驟h中，雙光纖準(zhǔn)直器采用適當(dāng)光斑的雙光纖準(zhǔn)直器，其準(zhǔn)直透鏡采用玻璃材料，采用光學(xué)微透鏡加工工藝加工； 光纖采用單模光纖或多模光纖，雙光纖準(zhǔn)直器的雙光纖頭的光纖間距為0.125mm或大于0.125mm的設(shè)定間距； 將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片通過(guò)膠粘結(jié)在晶體管外形TO同軸管座上，并采用金屬引線工藝將MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的電極與TO管座電極電連接； 合適尺寸的金屬封裝套管通過(guò)焊接技術(shù)與TO管座進(jìn)行氣密焊接，固定在TO管座上；在光學(xué)微調(diào)架上調(diào)節(jié)雙光纖準(zhǔn)直器與MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片的距離、繞光軸旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器，并微調(diào)其光軸至稱(chēng)合輸出插入損耗最小； 將光纖準(zhǔn)直器和封裝金屬套管之間進(jìn)行焊接，推薦采用氣密性焊接； 利用密封膠將準(zhǔn)直器與封裝套管進(jìn)一步密封，確保MEMS光學(xué)微鏡驅(qū)動(dòng)器芯片工作在氣密環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
【文檔編號(hào)】G02B26/08GK103885177SQ201210563947
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:微機(jī)電科技香港有限公司