专利名称：偏振模色散补偿器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤通信领域，具体涉及到一种集成声光波导偏振模色散补偿器。
背景技术：
随着光衰减和光纤群速度色散问题逐渐在得到解决，偏振模色散(PMD)就成为下一个大容量，长距离光纤通信的主要障碍。PMD会引起光脉冲展宽，限制光通信的容量。与其它光纤中存在的大部分问题不同，PMD是随光脉冲在光纤中的传播而随机变化，时变的一阶和高阶效应随传输距离和比特率增加而劣化。而且偏振模色散还有一个特点就是不同波长或者说不同频率的光经过相同的光纤传输时，引入的偏振模色散也是不相同的，因此对于现在常用的WDM系统，一般都是光信号先经过解复用，然后再对各个波长的信号分别进行PMD的补偿。这样，对于n个波长复用的系统就需要n个PMD补偿器，但是实际上并不是所有波长的信号都同时需要补偿，因此就有人提出根据系统对残余PMD的允许值而设计控制算法，来用尽可能少的PMD补偿器对n个波长的信号进行选择性的补偿，同样满足系统的要求，并减少整个系统PMD补偿器的造价。
目前典型的几种偏振模色散补偿器有自动偏振控制器(APT)加双折射光纤(PMF)的偏振模色散补偿，基于保偏光纤的分布式PMD补偿，基于多级电光偏振模转换器的分布式PMD补偿等。由于保偏光纤和电光偏振模转换器具有极强的波长选择性，因此这几种偏振模色散补偿器一旦做好了，其工作波长就基本确定了，即他们是工作在单一波长的器件，所以不能很好的应用到如上所述的WDM系统中。
发明内容
本发明克服上述PMD补偿器的缺点，提供一种工作波长调谐范围很宽的高阶集成波导偏振模色散补偿器。
本发明的技术内容一种偏振模色散补偿器，是由静态补偿单元和反馈控制单元组成，其特征在于静态补偿单元包括一个声光材料基片，基片上扩散离子形成光波导和声波导，在基片上集成了若干个间距相等的叉指换能器和声吸收带，叉指换能器的电极与反馈控制单元的控制接口相连接。
叉指换能器按照顺序可同方向放置。
也可将相邻两个叉指换能器相反方向放置。
本发明的技术效果通过声光作用做成的偏振模色散补偿器是分布式的PMD补偿，能够补偿高阶PMD。根据声光模式耦合原理，特定波长的声波与光波作用时，可实现TE与TM模的完全转换，即通过反馈控制单元控制加在叉指换能器上电信号的有或无，实现可控的TE模与TM模的相互转换，从而调整TE模与TM模的传输延迟，尽可能实现对光纤中引入的偏振模色散的镜像反演，完成PMD的补偿。且通过调节叉指换能器上所加电信号的频率即可调节该偏振模色散补偿器的工作波长，换能器上所加电信号的频率不同时，换能器将产生不同波长的声波，通过调节所加电信号的频率可调节该偏振模色散补偿器的工作波长的调谐范围约在几十nm。
每两个叉指换能器之间都要集成一个声波吸收带，防止不同换能器产生的声波对光波的作用会相互干扰。
另外，该PMD补偿器是集成波导器件，体积小，稳定性好，也便于与其他波导器件集成，如WDM系统中常用的可调滤波器。
下面结合附图，对本发明做出详细描述。
图1为本发明偏振模转换器的结构图；图2为本发明叉指换能器同向放置的示意图；图3为本发明相邻叉指换能器相反放置的示意图。
具体实施例方式
PMD补偿器可以分解成通过反馈控制单元控制的多个声光耦合长度不同的偏振模转换器，参考图1，每一个偏振模转换器包括一个声光材料基片1，基片1上扩散离子形成光波导3和声波导2，在基片1上集成了叉指换能器4和声吸收带5，叉指换能器4的两端都有一个吸收声波的吸收带5，声吸收带5是粘在器件两端的胶带，沿波导方向的宽度为1mm，起到抗干扰的作用。偏振模转换器的声波导2和光波导3可以选择在X切、Y传的LiNbO3基底上利用Ti扩散制成在选定的LiNbO3基底表面溅射两条宽度为150um，厚度为100nm的钛条，钛条之间的间隔为120um，放在扩散炉中在1050摄氏度下扩散24小时，则钛条之间即形成了声波导2；光波导的设计要保证单模，且为了减小插损，条形波导的尺寸要与单模光纤相匹配，因此选择钛条宽度6.0um，扩散深度为4.5um，根据扩散深度的要求可以在扩散温度为1050摄氏度时扩散6.5小时得到所需的光波导3。叉指换能器4可以在器件表面蒸镀Al膜形成。偏振模转换器实际上就相当于一个TE/TM模转换器，其理论依据是同向耦合模理论。由于压电效应和弹光效应，集成在基片上的叉指换能器加电后会产生声表面波，从而导致基片的折射率的改变，使其呈现周期性分布。光波经过这样周期性的媒质，其能量会在几个传输模式之间来回转换，当满足布喇格条件时，只有一对模式之间能发生强烈耦合，光能量能够由一个模式完全转换成另一个模式。利用这一原理，入射光经过这个模转换器时，可以使其TE模转换成TM模射出；反之TM模则转换成TE模出射。实现TE模和TM模之间完全转换的布喇格条件及相位匹配条件为|nTE-nTM|=λλα,]]>其中nTE、nTM分别为TE、TM模的折射率，λ是真空中的光波长，λα为声表面波波长。由耦合模理论导出的两种模式之间的转换效率表达式为，η=sin2[|k|L1+(Δβ/2k)2]1+(Δβ/2k)2,]]>其中Δβ=2πλ|nTE-nTM|-2πλα,]]>k是耦合系数(可以改变声波强度进行调节)，L是耦合长度，当满足相位匹配条件时，η＝sin2(|k|L)，然后在器件设计的过程中，调整|k|和L的值，使|k|L＝π/2，从而使转换效率达到最大值。而这样整个器件按一定要求做好以后(在此考虑较简单的情况，即每个单元的结构参数相同)，即λα，k，L确定以后，根据布喇格条件，该器件对应的工作波长就是特定的。
当光信号从转换器通过时，其偏振态将会按设计要求不断改变，而不同偏振态的光在光波导中的传播速度不同，合理设计各个声光波导模式转换器的长度再加上反馈控制单元控制加在模式转换器上的电信号就可以实现偏振模色散的动态补偿。即根据偏振模色散补偿器的中心工作波长λo结合位相匹配条件可以得到所需要的声波中心波长λa即所需叉指换能器的周期Λ值，这样如果把叉指的指宽a和指间隔b做成相等，那么就可以设计a＝b＝λa/4。叉指重叠长度W应略大于声波导的宽度，可以取150um。在基片上集成n个间距为L的叉指换能器形成偏振模色散的静态补偿单元，n和L由系统可能出现的最大偏振模色散值和允许的残余偏振模色散值决定。
当偏振模色散的静态补偿单元做好以后，根据基片上光波导的双折射特性和器件的结构参数，对应其中每一个模转换单元在加电和不加电时所引入的TE和TM模之间的差分群时延就确定了。
每个叉指换能器都有一个射频信号控制接口与控制单元相连，输入光波经耦合器耦合出来的一小部分能量经过偏振模色散探测单元，计算机对探测到的PMD进行分析，并按照一定的算法给出一个控制信号序列(如001010111)，这个序列就是输入到换能器控制接口上的控制序列，控制其电信号的有无，从而实时的调整静态补偿部分引入的偏振模色散，使其在一定程度上实现对光纤系统的镜像反演；另外，叉指换能器也会有一定的工作带宽，在其工作带宽内改变所加电信号的频率，可以对其产生的声表面波的波长在一定范围内进行调节。这样根据布喇格条件，满足位相匹配条件的光波长也随之改变，从而调节整个器件的工作波长，即实现PMD补偿器工作波长在一定范围内的调节，可以用在WDM系统中实现一个偏振模色散补偿器可以对多个不同波长的光路进行补偿。在叉指换能器的射频信号控制接口中可以设置一个调节射频信号频率的单元，偏振模色散探测单元同时探测到所要补偿的光波的波长，将控制信号输入到叉指换能器的控制接口，调整所需射频信号的频率，从而调整声表面波的波长，使满足相位匹配条件的光波长与所要补偿的光波的波长相吻合。比如可以设计射频信号中心频率在175.7MHz，对应的有效转换波长为1.55um，在170～181MHz范围内调节射频信号频率时，对应的工作波长可在1.505～1.595μm的大范围可调，调节范围达到90nm。
参考图2，每个叉指换能器的电极与反馈控制单元的控制接口相连接，换能器可以按照顺序同方向放置，在设计器件时，每个模转换单元的声光耦合长度L取不同值，而叉指换能器上所加射频信号的电压还取相同值，或者声光耦合长度取相同值，射频信号的电压取不同值(即产生声表面波的强度不同，耦合系数k不同)，这样根据转换效率的表达式，每个模转换单元的实现的TE/TM的转换效率就可能是小于1的某个值，这样如果反馈控制单元考虑到这一点，设计相应的算法，理论上应该可以实现更贴近实际光纤通信系统的镜像反演。
参考图3，由于光波导的折射率是随声表面波的传播呈周期性变化的，而输出光波又是在传播过程中多个传播模式相互耦合的结果，所以多普勒效应使得光波经过一个TE/TM模转换单元后会产生一个多普勒频移，即输出光频率ω′＝ω±Ω，其中ω是输入光频率，Ω为声表面波的频率。当声波与光波传播方向相同时，ω′＝ω+Ω，当两者传播方向相反时，ω′＝ω-Ω。因此为了减小或者抵消声移频的效果，可以将相邻两个声波换能器反向放置。
权利要求
1.一种偏振模色散补偿器，是由静态补偿单元和反馈控制单元组成，其特征在于静态补偿单元包括一个声光材料基片，基片上扩散离子形成光波导和声波导，在基片上集成了若干个间距相等的叉指换能器和声吸收带，叉指换能器的电极与反馈控制单元的控制接口相连接。
2.如权利要求1所述的偏振模色散补偿器，其特征在于叉指换能器按照顺序可同方向放置。
3.如权利要求1所述的偏振模色散补偿器，其特征在于相邻两个叉指换能器按照相反方向放置。
全文摘要
本发明提供了一种集成声光波导偏振模色散补偿器，属于光纤通信领域。该补偿器是由静态补偿单元和反馈控制单元组成，静态补偿单元包括一个声光材料基片，基片上扩散离子形成光波导和声波导，在基片上集成了若干个间距相等的叉指换能器和声吸收带，叉指换能器的电极与反馈控制单元的控制接口相连接。根据声光模式耦合原理，通过反馈控制单元控制加在叉指换能器上电信号的有或无，实现可控的TE模与TM模的相互转换，从而实现对实际光纤系统中引入的偏振模色散的镜像反演，完成PMD的补偿，且通过调节叉指换能器上所加电信号的频率还可调节该偏振模色散补偿器的工作波长，实现一个偏振模色散补偿器可以对多个不同波长的光路进行补偿。
文档编号H04B10/12GK1725673SQ20041000935
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月21日 优先权日2004年7月21日
发明者戴恩光, 姜飞 申请人:北京大学