专利名称：色散补偿器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及光通信领域，尤其涉及用于色散补偿的装置。
背景技术：
色散补偿(DC)被广泛用于对光通信网中的色散的补偿。可调色散补偿(TDC)被 用于提供一种补偿量可调节(即，可调)的色散补偿。已提出的TDC例如包括环形谐振 器、虚象相控阵列(VIPA)、级联Mach-Zehnder干涉仪(MZI)、温度调谐型标准具(etalon)、 带热透镜的波导光栅路由器(WGR)以及带可变形反射镜的体光栅。级联MZI被认为是一种很有前途的方式，因为它表现出低损耗并且可以与标准二 氧化硅波导一起被制造在小型平面光波线路(PLC)中。然而，现有技术中的基于MZ I的 TDC 一般需要多级和多个控制电压，难以制造，并且具有高功耗，使得它们复杂又昂贵。在图Ia中示出了一种现有技术的TDC设计。该TDC由两个M臂干涉仪(S卩，波导 光栅路由器WGR#1和WGR#2)组成，每个M臂干涉仪由相邻波导程长差为AL的M个波导 (即，臂)和两个星形耦合器组成。两个WGR在它们的星形耦合器边界中的一个带有可调节 透镜器件的边界上被耦合在一起。两个星形耦合器和透镜的组合可以被视为一个可调节的 耦合器。可调节透镜器件是一个可以提供二次相位分布-kx7(2f)的动态2D元件，其中k 是自由空间传播常数，χ是沿透镜轴的距离，f是焦距。f是可控的，以便允许调谐TDC。透 镜器件的屈光度s被定义为s = 1/f.当透镜焦距f等于星形耦合器的半径时，耦合为零， 即与星形耦合器中的一个相连的每个波导(以对角方式)耦合到另一个星形耦合器的仅一 个波导。图Ia中的TDC的操作可以如下解释对于一个给定的输入信号(从左侧输入)， 信号借助于WGR#1在透镜器件处波长展开。信号的每个波谱部分投射到透镜器件的不同部 分上。当透镜器件的焦距等于星形耦合器半径的长度时，信号的所有波谱部分都被引导，使 得波谱部分的场分布被集中在WGR#2的波导阵列中。因此，所有的波谱部分在TDC中都具 有相同的有效程长。因而TDC的色散为零。如果透镜的焦距被调节为比星形耦合器的半径长，那么信号的较长波长(与更加 靠近信号的中心波长的那些波长相比)被主要引向WGR#2的较短波导，而较短的波长被主 要引向WGR#2的较长波导。这导致较长的波长与较短的波长相比在通过TDC时要穿过更短的距离，使TDC产生负色散。如果透镜焦距被调节为比星形耦合器半径短，那么情况正好相 反，TDC产生正色散。图Ia的现有技术的TDC的一个问题是较短和较长的波长随色散幅度的增加而损 耗增大(即，TDC呈现圆形通带)，这是因为较短和较长的波长的波谱部分的场分布未被集 中在WGR#2的波导阵列中。因此，这些波谱部分没有高效地耦合到输出波导中，产生圆形通
市ο示出在图Ib中的另一个现有技术的TDC解决了图Ia的TDC的通带变圆的问题。 图Ib的TDC具有三个MZI以及耦合MZI的两个可调节透镜，其中每个MZI由两个波导组成。 两个“靠外”的MZI具有相邻波导程长差Δ L，中央MZI的波导程长差为2 Δ L。这个TDC的 通带不随色散幅度的增大而变圆(到第一级)。然而，在这样的基于MZI的TDC下，最大可 实现的色散实际上是有限的。
发明内容
本发明提供了一种用于色散补偿的装置，它可被有利地实施在平面光波线路 (PLC)中，使它小型、可靠、可大批量生产并且是全固态的。在一个优选的实施例中，DC包括 第一 IXM耦合器、被耦合到第一 IXM耦合器的第一 MXN耦合器、被耦合到第一 MXN耦合 器的第二 MXN耦合器以及被耦合到第二 MXN耦合器的第二 1 XM耦合器。M和N是大于2 的整数，以便增大最大可实现的DC色散。第一和第二 MXN耦合器的耦合比被选择为使得 DC提供期望的色散补偿量。在另一个优选实施例中，提供的DC包括第一 IXM耦合器、被耦合到第一 IXM耦 合器的第一 MXN耦合器、被串行耦合到第一 MXN耦合器的至少一个NXN耦合器、被耦合 到所述至少一个NXN耦合器的第二 MXN耦合器以及被耦合到第二 MXN耦合器的第二 IXM耦合器。使用相邻波导程长差约为AL的M个波导的阵列将IXM耦合器分别耦合到 MXN耦合器。使用相邻波导程长差约为2 AL的N个波导的阵列分别耦合M XN耦合器和 N XN耦合器。第一 M XN耦合器、所述至少一个NXN耦合器和第二 MXN耦合器的耦合比 被选择为使得色散补偿器提供期望的色散补偿量。
结合附图将更好地理解以上发明内容部分以及下面的具体实施方式
部分。为了图 示说明本发明，在附图中示出了当前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不严格限于示 出的布局和装备。在附图中图la-b是现有技术的TDC ；图2是根据本发明的DC的一个实施例的示意图；图3是根据本发明的另一个实施例的示意图；以及图4a_b是可被使用在根据本发明的DC中的透镜装置的实施方案。
具体实施例方式图2是根据本发明一个实施例的DC 200的示意图。DC 200与现有技术的DC相
4比呈现更宽、更平的通带，还提供了增大的最大可实现的色散补偿。DC 200优选地包括第 一 1 XM耦合器210、被耦合到第一 1 XM耦合器210的第一 MXN耦合器220、被耦合到第一 MXN耦合器220的第二 M XN耦合器230以及被耦合到第二 MXN耦合器230的第二 IXM 耦合器240。使用相邻波导程长差约为Δ L的M个波导的阵列215来耦合第一 1 XM耦合器210 和第一MXN耦合器220。使用相邻波导程长差同样约为AL的M个波导的阵列235来耦合 第二 M XN耦合器230和第二 IXM耦合器240。使用相邻波导程长差约为2 Δ L的N个波 导的阵列225来耦合第一 M X N耦合器220和第二 M X N耦合器230。M和N不一定相等， 但都大于2。优选地N大于或等于Μ，以在色散不为零时减少DC 200的损耗。可以理解，通 过增加波导阵列215、225、235中的波导的数量(即，增大Μ、N超过2)，就可以增大DC 200 的最大可实现的色散(在固定的带宽下)。增加波导的数量还为DC 200提供了更宽、更平 的通带。MXN耦合器220、230优选地包括两个星形耦合器，它们与用于控制穿过星形耦合 器的光的耦合的装置有效地耦合。用于控制耦合的装置例如可以是设在星形耦合器边界上 的透镜装置，下面将参考图4a_b来描述。第一 MXN耦合器220和第二 MXN耦合器230的耦合比被优选地选择为使得色散 补偿器200提供期望的色散补偿量(下面将讨论)。在本发明的优选实施例中，第一 MX N耦合器220和第二 MX N耦合器230的耦合比 是可调节的，从而允许控制由色散补偿器200提供的色散量(即，调谐或改变色散补偿量)， 使得色散补偿器200成为一个TDC。在一个优选实施例中，第一 MX N耦合器220和第二 MX N耦合器230分别包括用于 控制它们的耦合比的可调节透镜装置(在图2中未示出)。可调节透镜装置可以包括例如 图4a所示的热光透镜或类似的其它装置。图4a的热光透镜包括多个条带状的加热器410， 它们被设计为当电流通过加热器410时，产生折射率变化的二次分布，象透镜一样。透镜 的屈光度正比于驱动透镜的电功率。可替换地，MXN耦合器220、230和可调节透镜装置可以使用耦合在MXK耦合器 455、456之间的K个移相器450来实现，如图4b的MXN耦合器所示。(图4b的MXN華禹 合器也可以被实施为与下面参考图3描述的实施例一起使用的NXN耦合器。)K个移相器 450优选地利用二次分布来驱动，象透镜一样。优选地Κ>Μ。透镜的屈光度受二次相位分 布的幅度的控制。在MXN耦合器220、230可调节的实施例中，可以使用控制器250 (示出在图2中) 来调节或控制MXN耦合器220、230。控制器250优选地向MXN耦合器220、230提供单个 驱动信号，以控制M X N耦合器220、230的耦合比(例如控制可调节透镜装置)，从而调节由 色散补偿器200提供的色散量。对于正色散补偿，第一和第二 MXN耦合器220、230的耦合比被优选地选择(或 控制)为使得穿过耦合器传播(例如，从M个波导的阵列(215或235)到N个波导的阵列 225)的光的较长波长被基本上耦合到N个波导的阵列225中的较长波导。因此，波长越长， 它要穿过器件传播所用的时间越长，导致正色散。对于负色散补偿，第一和第二 MXN耦合器220、230的耦合比被优选地选择(或控制)为使得穿过耦合器传播(例如，从M个波导的阵列(215或235)到N个波导的阵列 225)的光的较短波长被基本上耦合到N个波导的阵列225中的较长波导。因此，波长越短， 它要穿过器件传播所用的时间越长，导致负色散。在另一个优选实施例中，色散补偿器200还包括有效耦合在第一和第二MXN耦合 器220、230之间的半波板260，使得色散补偿器提供基本上与极化(偏振)无关的色散补 偿。这是因为波板使得两个本征极化在穿过器件的半路上互换。本领域的技术人员将认识到在耦合IXM和MXN耦合器的波导阵列中采用增多 数量的波导的DC可能由于愈加长的程长而呈现不期望发生的相位误差。具体地说，增加波 导阵列中的波导数量增大了 DC的分辨率。程长误差(例如由于制造问题产生的)可能导 致随分辨率升高呈指数上升的损耗。因此，在增加DC中的波导数量(S卩，为了获得更宽、更 平的带宽和更小的信号失真)的好处和随DC分辨率升高而对制造瑕疵更加敏感的害处之 间存在一个折衷。在本发明的另一个优选实施例中，如图3所示，提供DC 300，它解决了上面讨论的 相位误差问题。在不增加波导阵列中的臂数的情况下，通过向DC中加入更多的耦合器和波 导阵列，可以增大最大可实现的色散，同时显著降低上述对相位误差问题的敏感度。DC 300优选地包括第一 1 XM耦合器310、被耦合到第一 1 XM耦合器310的第一 MXN耦合器320、被串行耦合到第一 MXN耦合器320的至少一个NXN耦合器330、340、被 耦合到所述至少一个NXN耦合器(330、340)的第二 MXN耦合器350以及被耦合到第二 MXN耦合器350的第二 IXM耦合器360。使用相邻波导程长差约为AL的M个波导的阵列315耦合第一 IXM耦合器310 和第一 M XN耦合器320。使用相邻波导程长差同样约为AL的M个波导的阵列355耦合 第二 MXN耦合器350和第二 IXM耦合器360。第一和第二 MXN耦合器320、350被分别使用相邻波导程长差约为2 Δ L的N个波 导的阵列(例如325)耦合到所述至少一个NXN耦合器(330，340)。在具有超过一个NXN 耦合器的实施例中，使用相邻波导程长差约为2AL的N个波导的阵列(例如335)来耦合 NXN耦合器(例如330、340)。第一 MXN耦合器320、所述至少一个NXN耦合器(330，340)和第二 MXN耦合器 350的耦合比被优选地选择为使得色散补偿器300提供期望的色散补偿量(下面将讨论)。在本发明的优选实施例中，第一 MXN耦合器320、所述至少一个NXN耦合器 (330,340)和第二 MXN耦合器350是可调节的。具体地说，这些耦合器的耦合比是可调节 的，从而允许控制由色散补偿器300提供的色散量(即，调谐或改变色散补偿量)，使得色散 补偿器300成为一个TDC。优选地，上述控制是通过单个控制信号完成的，简化了 TDC的特 性描述和操作。在优选实施例中，例如可以使用上面参考图2描述的可调节透镜装置等来调节耦
合器(320、330、340、......350)。耦合器(320、330、340、......350)可以使用控制器 370 来
调节或控制。优选地，第一 MXN耦合器320和第二 MXN耦合器由总信号强度为s+s。的驱 动信号来驱动，所述至少一个NXN耦合器(330，340)使用总信号强度为s+s。的驱动信号来 驱动，其中s是驱动信号强度，s。是控制耦合器的耦合比，使得DC 300提供零色散补偿的驱 动信号的强度。优选地，> 1，更优选地，约为2。本领域的技术人员将认识到由于MXN耦合器320、350将具有中心场分布的波导阵列(315、355)耦合到具有偏心场分布的波导阵列 (例如325)，而NXN耦合器(330，340)耦合两个都具有偏心场分布的波导阵列(例如325、 335)，因此NXN耦合器(330,340)需要比MXN耦合器(320,350)更强的“透镜屈光度”，以 准确地实现期望的耦合。为了提供正色散补偿，第一和第二MXN耦合器320、350的耦合比被选择为使得穿 过MXN耦合器(例如MXN耦合器320)传播到至少一个NXN耦合器(例如NXN耦合器 330)的光的较长波长基本上被耦合到与该M XN耦合器(例如MXN耦合器320)耦合的N 个波导的阵列(例如N个波导的阵列325)的较长波导。另外，所述至少一个NXN耦合器 (330,340)的耦合比被选择为使得穿过所述至少一个NXN耦合器(330，340)传播的光的较 长波长基本上被耦合到分别与所述至少一个NXN耦合器(330，340)耦合的N个波导的阵 列的较长波导。为了提供负色散补偿，第一和第二MXN耦合器320、350的耦合比被选择为使得穿 过MXN耦合器(例如MXN耦合器320)传播到至少一个NXN耦合器(例如NXN耦合器 330)的光的较短波长基本上被耦合到与该MXN耦合器(例如MXN耦合器320)耦合的N 个波导的阵列(例如N个波导的阵列325)的较长波导。另外，所述至少一个NXN耦合器 (330,340)的耦合比被选择为使得穿过所述至少一个NXN耦合器(330，340)传播的光的较 短波长基本上被耦合到分别与所述至少一个NXN耦合器(330，340)耦合的N个波导的阵 列的较长波导。如上面参考图2所述，图3的DC 300还可以包括有效耦合在所述至少一个NXN 耦合器(330，340)之间的半波板380，使得色散补偿器300提供基本上与极化无关的色散补 偿。本领域的技术人员将会认识到为了实现基本上与极化无关的色散补偿，半波板必须被 放置在DC 300的对称轴上。本领域的技术人员将会认识到图3的DC 300可以被实施为一种简化结构，其中 只有两个波导被用于耦合每一个耦合器(310、320、330、340、……350、360)(即，M和N都 是2)。本领域的技术人员还将认识到上述实施例可以被等效地实施在采用反射镜(平 面镜)和环形器的反射(双向)结构中，在平面光波线路器件中通常这样做。本领域的技术人员将认识到可以对上述实施例作出改变，而不偏离其广泛的发 明构思。因此可以理解，本发明不限于所公开的具体实施方式
，而是旨在覆盖在由所附权利 要求限定的本发明的精神和范围内的全部修改方案。
权利要求
一种色散补偿器，包括第一1×M耦合器；被耦合到第一1×M耦合器的第一M×N耦合器；被耦合到第一M×N耦合器的第二M×N耦合器；和被耦合到第二M×N耦合器的第二1×M耦合器；其中，M和N都大于2，并且其中，选择第一M×N耦合器和第二M×N耦合器的耦合比，使得所述色散补偿器提供期望的色散补偿量，以及其中，分别使用相邻波导程长差约为ΔL的M个波导的阵列来耦合第一1×M耦合器和第一M×N耦合器以及耦合第二M×N耦合器和第二1×M耦合器，并且其中，使用相邻波导程长差约为2ΔL的N个波导的阵列来耦合第一M×N耦合器和第二M×N耦合器，以及第一M×N耦合器和第二M×N耦合器的耦合比是可调节的，从而控制由所述色散补偿器提供的色散量。
2.如权利要求1所述的色散补偿器，其中，选择第一和第二MXN耦合器的耦合比，使得 穿过第一和第二 MXN耦合器传播的光的较长波长基本上被耦合到所述N个波导的阵列的 较长波导，以提供正色散补偿。
3.如权利要求1所述的色散补偿器，其中，选择第一和第二MXN耦合器的耦合比，使得 穿过第一和第二 MXN耦合器传播的光的较短波长基本上被耦合到所述N个波导的阵列的 较长波导，以提供负色散补偿。
4.如权利要求1所述的色散补偿器，其中，第一MXN耦合器和第二MXN耦合器每一个 都包括可调节透镜装置，用于控制该MXN耦合器的耦合比。
5.如权利要求4所述的色散补偿器，其中，所述可调节透镜装置每一个都包括热光透镜。
6.如权利要求4所述的色散补偿器，其中，所述可调节透镜装置每一个都包括多个移 相器。
7.如权利要求1所述的色散补偿器，还包括有效耦合在第一和第二MXN耦合器之间的 半波板，使得所述色散补偿器提供基本上与极化无关的色散补偿。
全文摘要
本发明涉及一种色散补偿器装置(200)，包括第一1×M耦合器(210)、被耦合到第一1×M耦合器的第一M×N耦合器(220)、被耦合到第一M×N耦合器的第二M×N耦合器(230)以及被耦合到第二M×N耦合器的第二1×M耦合器(240)。M和N都大于2，以便增大DC的最大可实现的色散。第一和第二M×N耦合器的耦合比被选择为使得该DC提供期望的色散补偿量。
文档编号G02B6/34GK101907745SQ20101023657
公开日2010年12月8日 申请日期2006年3月21日 优先权日2005年3月31日
发明者克里斯托弗·多尔 申请人:朗迅科技公司