光纤耦合的系统和方法与流程

本发明涉及光通信领域，并且更具体地，涉及光纤耦合的系统和方法。

背景技术：

硅光技术是目前光通信产业界和学术界的热点。几乎所有光无源器件如调制器、滤波器、光耦合器、波分复用器和波分解复用器等器件，都可以通过硅光技术来实现。基于硅光的光无源器件一般包含一个输入光波导耦合器和一个输出光波导耦合器，分别用于将光纤中的光导入和导出光无源器件。只有将光纤中的光成功耦合到光无源器件中，再将光无源器件中的光成功耦合出来，才能对器件进行测试，验证其性能。因此，光无源器件与光纤的耦合，成为其测试和产品化的最关键技术之一和最基本前提条件。光纤耦合的好坏，直接影响到产品的测试效率、测试准确性、产品性能和成品率。

常见的光纤耦合流程为：光源产生的光信号首先从输入光纤被耦合进入片上光器件(光无源器件)的输入光波导耦合器，经过片上光器件后，从片上光器件的输出光波导耦合器被耦合进入输出光纤，进而被光功率探测器(power detector，PD)接收。输入光纤和输出光纤的位置依据光功率探测器探测的从片上光器件透射出来的光的功率进行调节。

光纤与片上光器件的耦合是输入端和输出端的两次耦合级联，且彼此相互依赖。如果输入端没有光被耦合进入器件(即使偏差只有几um)，那么输出端就永远无法对准；反之亦然。无论是输入端还是输出端的光纤耦合都是两次对准耦合的同时级联调节。这种级联调节难度大，耗时长，影响光纤耦合的效率。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种光纤耦合的系统和方法，能够提高光纤耦合的效率。

第一方面，提供了一种光纤耦合的系统，包括：

光耦合器110、第一光功率探测器120、输入光纤130和第一调节台140；

光耦合器110包括第一输入端口111、第二输入端口112和输出端口113，光耦合器110用于将从第一输入端口111输入的入射光从输出端口113传输到输入光纤130；

输入光纤130用于与片上光器件的输入光波导耦合器耦合，将入射光传输到输入光波导耦合器，并将从输入光波导耦合器反射回来的反射光传输到输出端口113；

光耦合器110还用于将从输出端口113输入的反射光从第一输入端口111和第二输入端口112输出；

第一光功率探测器120用于探测从第二输入端口112输出的反射光的光功率；

第一调节台140用于根据第一光功率探测器120探测的反射光的光功率，调节输入光纤130的位置。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，第一调节台140具体用于调节输入光纤130的位置，使第一光功率探测器120探测的反射光的光功率达到极大值并且对输入光纤130的位置变化敏感。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该系统还包括：

输出光纤150、第二调节台160和第二光功率探测器170；

输出光纤150用于与片上光器件的输出光波导耦合器耦合，将从输出光波导耦合器输出的透射光传输到第二光功率探测器170；

第二光功率探测器170用于探测从输出光纤150输出的透射光的光功率；

第二调节台160用于根据第二光功率探测器170探测的透射光的光功率，调节输出光纤150的位置。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第二调节台160具体用于调节输出光纤150的位置，使第二光功率探测器170探测的透射光的光功率达到极大值并且对输出光纤150的位置变化敏感。

结合第一方面的第二或三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该系统还包括：

控制器180，用于根据第一光功率探测器120探测的反射光的光功率，控制第一调节台140调节输入光纤130的位置；根据第二光功率探测器170探测的透射光的光功率，控制第二调节台160调节输出光纤150的位置。

结合第一方面或第一方面的第一至四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该系统还包括：

光源选择装置190，用于选择将可见光源或通信波段光源的入射光输入到第一输入端口111。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，光路选择装置190为光开关或者光耦合器。

第二方面，提供了一种光纤耦合的方法，该方法用于光纤耦合的系统，该系统包括光耦合器、第一光功率探测器、输入光纤和第一调节台，光耦合器包括第一输入端口、第二输入端口和输出端口；

该方法包括：

通过光耦合器将从光耦合器的第一输入端口输入的第一入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤；

通过输入光纤将第一入射光传输到片上光器件的输入光波导耦合器，并将从输入光波导耦合器反射回来的反射光传输到光耦合器的输出端口；

通过光耦合器将从光耦合器的输出端口输入的反射光从光耦合器的第一输入端口和第二输入端口输出；

通过第一光功率探测器探测从光耦合器的第二输入端口输出的反射光的光功率；

根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

通过第一调节台调节输入光纤的位置，使第一光功率探测器探测的反射光的光功率达到极大值并且对输入光纤的位置变化敏感。

结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该系统还包括输出光纤、第二调节台和第二光功率探测器；

该方法还包括：

通过输出光纤将从片上光器件的输出光波导耦合器输出的透射光传输到第二光功率探测器；

通过第二光功率探测器探测从输出光纤输出的透射光的光功率；

根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

通过第二调节台调节输出光纤的位置，使第二光功率探测器探测的透射光的光功率达到极大值并且对输出光纤的位置变化敏感。

结合第二方面的第二或三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该系统还包括控制器；

根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

控制器根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，控制第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置；

根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

控制器根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，控制第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

结合第二方面或第二方面的第一至四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该系统还包括光源选择装置；

在通过光耦合器将从光耦合器的第一输入端口输入的第一入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤之前，该方法还包括：

通过光源选择装置选择将可见光源的第二入射光输入到光耦合器的第一输入端口；

通过光耦合器将第二入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤；

通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤将第二入射光传输到输入光波导耦合器；

通过光源选择装置选择将通信波段光源的第一入射光输入到光耦合器的第一输入端口。

结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，光路选择装置为光开关或者光耦合器。

基于上述技术方案，本发明实施例的光纤耦合的系统和方法，通过光耦合器将从输入光波导耦合器反射回来的反射光输出用于光功率探测，第一调节台根据光功率探测器探测的反射光的光功率调节输入光纤的位置，可以不依赖输出端的耦合而达到输入端的耦合，降低了耦合难度，缩短了耦合时间，从而能够提高光纤耦合的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的光纤耦合的系统的示意图。

图2是本发明另一实施例的光纤耦合的系统的示意图。

图3是本发明实施例的光波导耦合器的耦合截面的示意图。

图4是本发明实施例的光纤位置与光功率的关系曲线。

图5是本发明又一实施例的光纤耦合的系统的示意图。

图6是本发明又一实施例的光纤耦合的系统的示意图。

图7是本发明一个实施例的光纤耦合的方法的示意性流程图。

图8是本发明另一实施例的光纤耦合的方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例的光纤耦合的系统100的示意图。

如图1所示，系统100包括：光耦合器110、第一光功率探测器120、输入光纤130和第一调节台140。

光耦合器110包括第一输入端口111、第二输入端口112和输出端口113。也就是说，光耦合器110具有两个输入端口和一个输出端口。第一输入端口111可以与光源连接，用于输入光源的入射光。第二输入端口112与第一光功率探测器120连接。输出端口113与输入光纤130连接。

光耦合器110用于将从第一输入端口111输入的入射光从输出端口113传输到输入光纤130。也就是说，光源的入射光从光耦合器110的第一输入端口111输入，从光耦合器110的输出端口113输出到输入光纤130。

输入光纤130用于与片上光器件的输入光波导耦合器耦合，将入射光传输到输入光波导耦合器，并将从输入光波导耦合器反射回来的反射光传输到输出端口113。

入射光打到输入光波导耦合器上时，会产生反射光，反射光功率的大小跟输入光纤130与输入光波导耦合器的耦合位置相关。反射光通过输入光纤130传输到光耦合器110的输出端口113。

光耦合器110还用于将从输出端口113输入的反射光从第一输入端口111和第二输入端口112输出。光耦合器110可以将从第一输入端口111和第二输入端口112输入的两路光耦合后从输出端口113输出。按照光路可逆性原理，光耦合器110可以将从输出端口113输入的反射光从第一输入端口111和第二输入端口112输出。从第一输入端口111输出的反射光会被隔离，从第二输入端口112输出的反射光可以用来探测光功率。

第一光功率探测器120用于探测从第二输入端口112输出的反射光的光功率。第一光功率探测器120与光耦合器110的第二输入端口112连接，例如，可以通过光纤连接。第一光功率探测器可以探测从第二输入端口112输出的反射光的光功率。第一光功率探测器120探测的反射光的光功率可以作为调节输入光纤130的位置的依据。

第一调节台140用于根据第一光功率探测器120探测的反射光的光功率，调节输入光纤130的位置，以使输入光纤130处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置。

第一调节台140可以调节输入光纤130的位置。例如，输入光纤130可以固定在第一调节台140上，第一调节台140可以是多维调节台，第一调节台140的维数可以是2、3、4、5或6等。

在本发明实施例中，根据第一光功率探测器120探测的反射光的光功率，调节输入光纤130的位置。第一光功率探测器120探测的反射光的光功率大表示耦合位置佳。

可选地，第一调节台140具体用于调节输入光纤130的位置，使第一光功率探测器120探测的反射光的光功率达到极大值并且对输入光纤130的位置变化敏感。也就是说，输入光纤130与输入光波导耦合器耦合的最佳位置满足以下条件：

1、反射光的光功率达到极大值；

2、反射光的光功率对输入光纤130的位置变化敏感。例如，位置偏离几um，反射光的光功率下降3dB以上。

根据反射光的光功率调节输入光纤的位置，可以不依赖输出端的耦合而达到输入端的耦合，降低了耦合难度，缩短了耦合时间。

因此，本发明实施例的光纤耦合的系统，通过光耦合器将从输入光波导耦合器反射回来的反射光输出用于光功率探测，第一调节台根据光功率探测器探测的反射光的光功率调节输入光纤的位置，可以不依赖输出端的耦合而达到输入端的耦合，降低了耦合难度，缩短了耦合时间，从而能够提高光纤耦合的效率。

可选地，在本发明另一个实施例中，如图2所示.系统100还包括：

输出光纤150、第二调节台160和第二光功率探测器170。

输出光纤150用于与片上光器件的输出光波导耦合器耦合，将从输出光波导耦合器输出的透射光传输到第二光功率探测器170。

第二光功率探测器170用于探测从输出光纤150输出的透射光的光功率。

第二调节台160用于根据第二光功率探测器170探测的透射光的光功率，调节输出光纤150的位置，以使输出光纤150处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

第二调节台160可以调节输出光纤150的位置。例如，输出光纤150可以固定在第二调节台160上，第二调节台160可以是多维调节台，第二调节台160的维数可以是2、3、4、5或6等。

在本发明实施例中，输出光纤150的位置仍然根据第二光功率探测器170探测的透射光的光功率进行调节。第二光功率探测器170探测的透射光的光功率大表示耦合位置佳。

可选地，第二调节台160具体用于调节输出光纤150的位置，使第二光功率探测器170探测的透射光的光功率达到极大值并且对输出光纤150的位置变化敏感。

在本发明实施例中，可选地，在分别根据反射光的光功率和透射光的光功率调节完输入光纤130和输出光纤150的位置后，还可以再对输入光纤130和输出光纤150的位置进行微调。微调以第二光功率探测器170探测的透射光的光功率为依据，以使透射光的光功率达到最大值。

具体地，可以按照以下步骤进行微调：

1、保持输出光纤150的当前位置不动，调节输入光纤130的位置，判断第二光功率探测器170探测的透射光的光功率是否达到更高的最大值，若不能达到更高的最大值，则将输入光纤130恢复到原位置，耦合结束，若达到更高的最大值，则进行步骤2；

2、保持输入光纤130的当前位置不动，调节输出光纤150的位置，判断第二光功率探测器170探测的透射光的光功率是否达到更高的最大值，若不能达到更高的最大值，则将输出光纤150恢复到原位置，耦合结束，若达到更高的最大值，则进行步骤1。

图3示出了光波导耦合器的耦合截面的示意图。图3中，光线沿X轴传播。光纤位置可在X、Y和Z各个方向上调节。

图4示出了光纤位置与光功率的关系曲线。从图4中可以看出，不管是垂直光线传播的方向，还是沿光线传播的方向，反射光和透射光的光功率的变化是一致的。也就是说，利用反射光的光功率作为调节依据，与利用透射光的光功率作为调节依据，得到的最佳耦合位置是一致的。因此，本发明实施例提供的利用反射光的光功率来判断输入光纤是否达到最佳耦合位置的条件是可行的。

应理解，本发明实施例中的光波导耦合器既可以是边耦合器，也可以是光栅耦合器，本发明实施例对此并不限定。

可选地，在本发明另一个实施例中，如图5所示.系统100还包括：

控制器180，用于根据第一光功率探测器120探测的反射光的光功率，控制第一调节台140调节输入光纤130的位置，以使输入光纤130处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置；根据第二光功率探测器170探测的透射光的光功率，控制第二调节台160调节输出光纤150的位置，以使输出光纤150处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

控制器180与第一光功率探测器120、第一调节台140、第二调节台160、第二光功率探测器170相连。通过控制器180控制调节台进行位置调整，能够通过闭环反馈自动寻找最佳位置使光功率达到最大。控制器180在控制第一调节台140时，可以选择第一光功率探测器120的数值(反射光的光功率)作为闭环反馈的标准，也可以选择第二光功率探测器170的数值(透射光的光功率)作为闭环反馈标准；控制器控制第二调节台160时，只能选择第二光功率探测器170的数值(透射光的光功率)作为闭环反馈标准。

可选地，在本发明另一个实施例中，如图6所示.系统100还包括：

光源选择装置190，用于选择将可见光源或通信波段光源的入射光输入到第一输入端口111。

通信波段光源的入射光为不可见光时，不便于光纤位置的粗调。在本实施例中，在第一输入端口111之前，添加一个光源选择装置190。光路选择装置190可以为光开关或者光耦合器。光源选择装置190能够选择将可见光源或通信波段光源的入射光输入到第一输入端口111。

在对输入光纤130的位置进行调节时，光源选择装置190可先选择可见光源的入射光。通过使可见光的光斑定位在输入光波导耦合器处，完成粗调。然后，光源选择装置190再选择通信波段光源的入射光，按照前述实施例中的方式，完成光纤耦合。利用可见光的指示作用，能够缩短整个流程所需的时间。

本发明实施例的光纤耦合的系统，将输入端和输出端解耦，降低了耦合难度，缩短了耦合时间，而且结构简单，附加成本低。

以上详细描述了根据本发明实施例的光纤耦合的系统，下面描述根据本发明实施例的光纤耦合的方法。

图7示出了根据本发明实施例的光纤耦合的方法700的示意性流程图。该方法700用于前述根据本发明实施例的光纤耦合的系统100。该方法700包括：

S710，通过光耦合器将从光耦合器的第一输入端口输入的第一入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤；

S720，通过输入光纤将第一入射光传输到片上光器件的输入光波导耦合器，并将从输入光波导耦合器反射回来的反射光传输到光耦合器的输出端口；

S730，通过光耦合器将从光耦合器的输出端口输入的反射光从光耦合器的第一输入端口和第二输入端口输出；

S740，通过第一光功率探测器探测从光耦合器的第二输入端口输出的反射光的光功率；

S750，根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置。

本发明实施例的光纤耦合的方法，通过光耦合器将从输入光波导耦合器反射回来的反射光输出用于光功率探测，根据光功率探测器探测的反射光的光功率调节输入光纤的位置，可以不依赖输出端的耦合而达到输入端的耦合，降低了耦合难度，缩短了耦合时间，从而能够提高光纤耦合的效率。

在本发明一个实施例中，可选地，根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

通过第一调节台调节输入光纤的位置，使第一光功率探测器探测的反射光的光功率达到极大值并且对输入光纤的位置变化敏感。

在本发明另一个实施例中，可选地，如图8所示，该方法700还包括：

S760，通过输出光纤将从片上光器件的输出光波导耦合器输出的透射光传输到第二光功率探测器；

S770，通过第二光功率探测器探测从输出光纤输出的透射光的光功率；

S780，根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

在本发明另一个实施例中，可选地，根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

通过第二调节台调节输出光纤的位置，使第二光功率探测器探测的透射光的光功率达到极大值并且对输出光纤的位置变化敏感。

在本发明另一个实施例中，可选地，根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

控制器根据第一光功率探测器探测的反射光的光功率，控制第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤处于与输入光波导耦合器耦合的最佳位置；

根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，通过第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置，包括：

控制器根据第二光功率探测器探测的透射光的光功率，控制第二调节台调节输出光纤的位置，以使输出光纤处于与输出光波导耦合器耦合的最佳位置。

在本发明另一个实施例中，可选地，在通过光耦合器将从光耦合器的第一输入端口输入的第一入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤之前，该方法700还包括：

通过光源选择装置选择将可见光源的第二入射光输入到光耦合器的第一输入端口；

通过光耦合器将第二入射光从光耦合器的输出端口传输到输入光纤；

通过第一调节台调节输入光纤的位置，以使输入光纤将第二入射光传输到输入光波导耦合器；

通过光源选择装置选择将通信波段光源的第一入射光输入到光耦合器的第一输入端口。

在本发明另一个实施例中，可选地，光路选择装置为光开关或者光耦合器。

本发明实施例的光纤耦合的方法700的相应流程可分别由前述本发明实施例的光纤耦合的系统100中的各个装置执行，为了简洁，在此不再赘述。

本发明实施例的光纤耦合的方法，将输入端和输出端解耦，降低了耦合难度，缩短了耦合时间，从而能够提高光纤耦合的效率。

应理解，本发明中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非限制本发明实施例的范围。

还应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体流程，可以参考前述系统实施例中的相应描述，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、系统或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。