一种基于电光衍射的定向分波器及波分复用系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信技术领域，尤其涉及一种基于电光衍射的定向分波器及波分复 用系统。
【背景技术】
[0002] 光通信是指以光波为载波的一种通信方式。在光通信技术中，为满足带宽业务对 带宽资源的需求，一般采用波分复用技术，即在一条通信信道上同时传输多个波长信号的 技术。
[0003] 如图1示出了现有技术提供的单向的波分复用系统的原理。在发送端，合波器将η 个信道的光波合并在一条光纤中传输；在接收端，分波器将经光纤传输的复合光中各波长 的光波分开，以进入各自的信道，从而实现波分复用功能。
[0004] 但现有技术提供的分波器功能单一，只具有将不同波长的光波引导到特定信道上 的功能，即只具有分波功能，若需要对分离后的光波的强度进行调制，则还需单独的调制器 件实现。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种基于电光衍射的定向分波器，旨在解决现有技 术提供的分波器只具有分波功能，不具有对分离后的光波的强度进行调制的功能，即功能 单一的问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种基于电光衍射的定向分波器，所述基于电光衍 射的定向分波器包括：
[0007] 附有横向电极的光学超晶格，用于在外电场作用下，将输入的复色光中、满足电光 布拉格衍射的准相位匹配条件的光波散射输出到特定方向上；
[0008] 偏振片，用于阻挡所述光学超晶格输出的光波中未经散射的残余分量。
[0009] 本发明实施例的另一目的在于提供一种波分复用系统，包括设置在发送端的合波 器，以及设置在接收端的分波器，所述分波器是一基于电光衍射的定向分波器，所述基于电 光衍射的定向分波器包括：
[0010] 附有横向电极的光学超晶格，用于在外电场作用下，将输入的复色光中、满足电光 布拉格衍射的准相位匹配条件的光波散射输出到特定方向上；
[0011] 偏振片，用于阻挡所述光学超晶格输出的光波中未经散射的残余分量。
[0012] 本发明提供的基于电光衍射的定向分波器及波分复用系统是利用附有横向电极 的光学超晶格对经传输介质传输的复色光进行波长选择和定向分配，不仅能将不同波长的 光波引导到特定信道上，还可通过对外电场的大小的调节，实现对分离后的光波的强度的 调制，即将分波和调制功能集成在一片晶片上完成，结构简单，节约成本，且响应速度可以 达到亚纳秒，能够满足光纤通信的快速响应要求。
【附图说明】
[0013] 图1是现有技术提供的单向的波分复用系统的原理图；
[0014] 图2是本发明提供的基于电光衍射的定向分波器的结构图；
[0015] 图3是电光布拉格衍射的准相位匹配条件的矢量合成示意图；
[0016] 图4本发明中，当光学超晶格为六角极化二维光学超晶格、入射光是波长为λ 1和 λ 2的Z方向偏振的线偏振光时，入射光在光学超晶格中发生电光布拉格衍射的准相位匹 配过程的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0018] 针对现有技术存在的问题，本发明提出的基于电光衍射的定向分波器是利用附有 横向电极的光学超晶格实现分波及光调制功能。
[0019] 图2示出了本发明提供的基于电光衍射的定向分波器的结构，为了便于说明，仅 不出了与本发明相关的部分。
[0020] 本发明提供的基于电光衍射的定向分波器包括：附有横向电极的光学超晶格1， 用于在外电场V作用下，将输入的复色光中、满足电光布拉格衍射的准相位匹配条件的光 波散射输出到特定方向上；偏振片2,用于阻挡光学超晶格1输出的光波中未经散射的残余 分量。
[0021] 本发明中，复色光是指经由传输介质（如：光纤等）传输的、含有多种波长的光波。
[0022] 本发明中，加载在光学超晶格1的横向电极上的外电场的方向与复色光的传输方 向垂直。例如，若外电场的方向为光学超晶格1的y轴方向，则复色光的传输方向为光学超 晶格1的X轴方向。
[0023] 本发明中，光学超晶格1优选是二维光学超晶格，且优选为六角极化二维光学超 晶格。
[0024] 以下说明本发明提供的基于电光衍射的定向分波器中，光学超晶格1实现分波的 理论基础：
[0025] 在外电场作用下，复色光在光学超晶格1中发生布拉格电光衍射，从而在光学超 晶格1输出侧的一些特定方向上可以接收到不同波长的衍射光。布拉格电光衍射是光波在 介质中传播时由于电光效应诱导极化，在某些满足布拉格定律的方向上会出现与入射光同 频率但偏振不同的光衍射。
[0026] 如图3示出了电光布拉格衍射的准相位匹配条件，其中，是经光学超晶格1输 出的衍射光波矢，?是光学超晶格1的相应入射光波矢，A是光学超晶格1的材料的倒格 矢，且有。可见，该准相位匹配条件是严格的矢量匹配，入射光波矢 <、衍射光 波矢^和材料的倒格矢J也、须完全闭合。而严格的相位匹配决定了只有在特定的方向上 O >1 才可观测到有效的衍射光，而不同的波长的入射光对倒格矢的要求是不一样的，因此衍射 光的传播方向也不同。若某一波长的光在光学超晶格1中能够找到合适的倒格矢使之满足 准相位匹配条件，则可以在某一特定方向上观察到可观的衍射光，而且其强度可以由外电 场控制。
[0027] 例如，当光学超晶格1为六角极化二维光学超晶格时，若入射光是波长为λ JP λ 2 的ζ方向偏振的线偏振光，它们在光学超晶格1中的波矢分别是>和>，倒格矢 参与波长为λ 1的入射光的相位匹配，倒格矢(^il参与波长为λ2的入射光的相位匹配，波 长为λ 入射光经光学超晶格1输出的衍射光波矢为K丨），波长为λ 2的入射光经光学 超晶格1输出的衍射光波矢为?;μ2；)，则如图4示出了此时入射光在光学超晶格1中发生 电光布拉格衍射的准相位匹配过程。
[0028] 在确定光学超晶格1极化方案时，由于该准相位匹配条件是严格的矢量匹配，因 此，在已知入射光波矢(和衍射光波矢 < 的前提下，可通过准相位匹配条件得到材料的倒 格矢(I,从而确定倒格矢的分布情况。之后，通过傅里叶变换可求得真实空间的格子分布， 从而确定光学超晶格1极化方案。
[0029] 本发明中，光学超晶格1不仅可实现波长定向分配，还可通过改变外电场的大小 来调节衍射光的光强。假设经光学超晶格1散射输出的某一方向上的衍射光的光强为 -^-diffraction^ 则有：
[0030] Idiffraction=Sin2(KqL) (1)
[0031] 其中，L为光学超晶格1的有效晶体长度，κ q为电光耦合系数且满足：
【主权项】
1. 一种基于电光衍射的定向分波器，其特征在于，所述基于电光衍射的定向分波器包 括： 附有横向电极的光学超晶格，用于在外电场作用下，将输入的复色光中、满足电光布拉 格衍射的准相位匹配条件的光波散射输出到特定方向上； 偏振片，用于阻挡所述光学超晶格输出的光波中未经散射的残余分量。
2. 如权利要求1所述的基于电光衍射的定向分波器，其特征在于，若经所述光学超晶 格散射输出的某一方向上的衍射光的光强为Idiffrarfim，贝 1J : Idiffraction Sin ( ^ qL) 其中，L为所述光学超晶格的有效晶体长度，κ q为电光耦合系数且满足：
其中，h为光波在真空中的波矢量，n i为入射光的折射率，η 2为衍射光的折射率，E ^为 所述外电场的电场强度，Gmn为傅里叶变换系数，r rffl为有效电光系数且满足：
其中，ε μ和ε kk为材料的介电常数，为所述光学超晶格的电光系数，^为入射光 偏振方向矢量的第j个分量，bk为衍射光偏振方向矢量的第k个分量，c 所述外电场方 向矢量的第1个分量。
3. 如权利要求2所述的基于电光衍射的定向分波器，其特征在于，所述电光耦合系数 与所述有效晶体长度的乘积为k π +〇. 5 π。
4. 如权利要求1至3任一项所述的基于电光衍射的定向分波器，其特征在于，所述光学 超晶格是二维光学超晶格。
5. 如权利要求1至3任一项所述的基于电光衍射的定向分波器，其特征在于，所述光学 超晶格是六角极化二维光学超晶格。
6. -种波分复用系统，包括设置在发送端的合波器，以及设置在接收端的分波器，其特 征在于，所述分波器是一基于电光衍射的定向分波器，所述基于电光衍射的定向分波器包 括： 附有横向电极的光学超晶格，用于在外电场作用下，将输入的复色光中、满足电光布拉 格衍射的准相位匹配条件的光波散射输出到特定方向上； 偏振片，用于阻挡所述光学超晶格输出的光波中未经散射的残余分量。
7. 如权利要求6所述的波分复用系统，其特征在于，若经所述光学超晶格散射输出的 某一方向上的衍射光的光强为Idiffrartim，贝 1J : Idiffraction Sin ( ^ qL) 其中，L为所述光学超晶格的有效晶体长度，κ q为电光耦合系数且满足：
其中，h为光波在真空中的波矢量，n i为入射光的折射率，η 2为衍射光的折射率，E ^为 所述外电场的电场强度，Gmn为傅里叶变换系数，r rffl为有效电光系数且满足：
其中，ε μ和ε kk为材料的介电常数，为所述光学超晶格的电光系数，^为入射光 偏振方向矢量的第j个分量，bk为衍射光偏振方向矢量的第k个分量，c 所述外电场方 向矢量的第1个分量。
8. 如权利要求7所述的波分复用系统，其特征在于，所述电光耦合系数与所述有效晶 体长度的乘积为k π +〇. 5 π。
9. 如权利要求6至8任一项所述的波分复用系统，其特征在于，所述光学超晶格是二维 光学超晶格。
10. 如权利要求6至8任一项所述的波分复用系统，其特征在于，所述光学超晶格是六 角极化二维光学超晶格。
【专利摘要】本发明属于光通信技术领域，提供了一种基于电光衍射的定向分波器及波分复用系统。该定向分波器及波分复用系统是利用附有横向电极的光学超晶格对经传输介质传输的复色光进行波长选择和定向分配，不仅能将不同波长的光波引导到特定信道上，还可通过对外电场的大小的调节，实现对分离后的光波的强度的调制，即将分波和调制功能集成在一片晶片上完成，结构简单，节约成本，且响应速度可以达到亚纳秒，能够满足光纤通信的快速响应要求。
【IPC分类】G02F1-01, G02F1-29
【公开号】CN104730798
【申请号】CN201510094318
【发明人】郑国梁, 邓想全, 徐世祥, 吴庆阳, 欧阳征标
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月3日