光传输可调衰减方法及其可调光学衰减器技术

本发明专利技术公开了一种光传输可调衰减方法及其可调光学衰减器，对平面光波导的波导芯采用上下两个包层的结构，其中上包层采用折射率随温度或电压发生变化的材料，并在包层中设置金属电极。通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分部和这一损失的幅度，进而实现电控制的可变光学衰减。本发明专利技术没有任何机械移动部分，不需要传统光学方式的校准，可以利用半导体芯片的大规模制造工艺来生产，最终是一种固化模块式的产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于热光效应的光传输衰减方法，本专利技术还涉及一种实现该方法的可调光学衰减器。
技术介绍
可调光学衰减器(variable òptical attenuator或VOA)是DWDM(密集波分复用)光通信信号传输系统中不可缺少的器件，它的功能和作用是平衡和调节光信号的幅度，进而实现信号的有效传输和接收。制造可调光学衰减器VOA有很多技术，如光机械(optomechanical)，微机电(MEMS)等等，在这些可调光学衰减器包含有一些机械移动部分，还需要传统光学方式的校准，因此制作和使用都比较复杂，不能大规模生产。另外，产品的尺寸大，难于向更高的集成度转话，可靠性和可重复性都面临很多挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以平面光波导为基础的，基于热光效应的光传输可调衰减方法，本专利技术的另一个目的在于提供一种实现该方法的可调光学衰减器。现有的平面光波导对光的传输是基于波导芯和包层之间的光折射率差，通过物理上的光学全反射来实现的，光学全反射发生在波导芯和包层界面上的要求是波导芯的光折射率大于包层的折射率，这样保证了光波通过全内反射限制在波导芯内，而光沿着波导的方向传输的真实的物理情形是，即使在全反射的情形下，并不是所有的光能量都被限制在波导芯所定义的物理空间内，而是有一部分光围绕着波导芯在包层中传播，即瞬逝波；而这部分光能与波导和包层材料的光折射率有关。基于上述原理，本专利技术目的可通过以下的技术措施来实现一种基于热光效应的光传输衰减方法，对平面光波导的波导芯采用上下两个包层的结构，其中上包层采用折射率随温度或电压发生变化的材料，并在包层中设置金属电极；通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分部和这一损失的幅度，进而实现电控制的可变光学衰减。本专利技术所述波导芯位于上下两个包层拼接界面处的中间区域，整个波导芯体置于上包层中。本专利技术所述的金属电极置于下包层中或上下两包层之间的拼接界面处，为了增加加热效率，在上包层的上表面还设置用于加热的金属电极。本专利技术所述的上包层的室温折射率与下包层的折射率接近或相同。本专利技术的另一个目的可通过以下措施来实现一种可调光学衰减器，包括采用折射率随温度或电压发生变化的材料制成的上包层、波导芯、下包层和埋于包层的金属电极，波导芯位于上下两个包层拼接处的中间区域，整个波导芯体置于上包层中。本专利技术所述的金属电极置于下包层中或上下两包层之间的拼接界面处。为了增加加热效率，在上包层的上表面还设置用于加热的金属电极。本专利技术所述的金属电极为一对形状对称的电极，两个电极对称位于波导芯的两侧。本专利技术所述的上包层的室温折射率与下包层的折射率接近或相同。本专利技术由于通过折射率随温度或电压发生变化的聚合物材料作为波导芯的包层，同时在包层中设置金属电极用于加热和吸收光能。只要通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分部和这一损失的幅度，实现可调光学衰减。因此，本专利技术没有任何机械移动部分，不需要传统光学方式的校准，而且由于本专利技术的整个波导上包层采用聚合物，可以通过一个镀膜成膜来实现，进而大大减化了工艺制作；另外由于本专利技术是基于平面硅片的器件，因此可以利用半导体芯片的大规模制造工艺来生产，具有生产成本低，高重复性和可靠性，并且具有可以和其它平面光学芯片进行更高度的集成的可延伸性。附图说明图1为本专利技术在自然条件或无外来干扰情况下整个光学模式的能量分布示意图；图2为本专利技术在温度变化下整个光学模式的能量分布示意图；图3为本专利技术实施例一的横截示意图；图4为本专利技术实施例一的立体示意图； 图5为本专利技术实施例一的横截示意图；图6为本专利技术实施例一的横截示意图；图7为本专利技术实施例一的横截示意图。具体实施例方式本专利技术采用折射率随温度或电压发生变化的聚合物材料制成的上包层、波导芯、下包层和埋于包层的金属电极，波导芯位于上下两个包层拼接处的中间区域，整个波导芯体置于上包层中。通常波导芯和下包层可选用掺杂的SiO2或纯SiO2。金属电板可选用金或铂(Au/Pt)材料，而上包层的折射率可以随温度或电压发生变化的材料，比如说具有这种特性的聚合物或液晶，而且目前的聚合物技术的发展可以保证非常小的光吸收，同时可以提供很大的热致光折射率的调制。另外上包层材料的选择的另一要求是它的室温折射率与下包层的折射率接近或相同。金属电极的尺寸和位置及上包层的厚度可以由具体产品设计要求决定。选用常温下上包层的折射率n＝1.445波导芯的折射率n＝1.46，波导下包层n＝1.445，波导芯的截面为正方型，波导芯的尺寸或大小由光学单模条件来决定。这时整个光学模式的能量，包括波导芯和瞬逝波部分，在自然条件或无外来干扰情况下是对称分布的(如图1所示)。但是，如果上包层材料有一个折射率随温度变化的负温度调制系数，即它的折射率随温度的升高而减小，那么光学模式的分布会随加热发生如下变化，其趋势是更多的光能量会分布到下包层，并且模式的分布会变大并扩展开来(如图2所示)，这时光学模由于扩展就会感受到金属电极的存在，即部分光会“重叠”在电极上而被吸收掉，因此，通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分部和这一损失的幅度，进而实现电控制的可变光学衰减。而衰减或被吸收的多少取决于光模式与电极的重叠幅度和光在进行传播中与电极重叠的路径长度。如图3、图4所示，本专利技术波导截面图包括四个部分，即上包层1，波导芯2下包层3和埋于下包层中的两个“U形”金属电极4，两个相同的电极对称地置放在波导芯的两侧，金属电极的形状由过渡区和加热区两部分构成，在过渡区与加热区的交连部分以缓慢的曲线弯细相联接的目的是避免一个突然的折射率变化或吸收变化界面的形成，这一突变会进而导致光学信号的可能突变。由于衰减或被吸收的多少取决于光模式与电极的重叠幅度和光在进行传播中与电极重叠的路径长度。本专利技术中电极可以放在不同位置来实现光的可控衰减。电极可放在上包层和下包层的拼接界面上(如图5所示)，在图3和图5这两种实施例中，金属电极既作加热器又作为光的吸收器，而它们的位置和尺寸则由具体的材料和设计要求来决定。在图6和图7这两种实施例，除了在下包层中或上包层和下包层的拼接界面上放置两个对称的金属电极，在上包层的上表面还放置一对金属电极5，这里下包层中或上包层和下包层的拼接界面上的金属电极只起吸收作用，而上包层表面的两个电极则作为加热电极，这一选择的好处是大大提高了加热的效率，进而减小器件运行的功率损耗。权利要求1.一种光传输可调衰减方法，其特征在于对平面光波导的波导芯采用上下两个包层的结构，其中上包层采用折射率随温度或电压发生变化的材料，并在包层中设置金属电极；通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分布和损失的幅度，进而实现电控制的可变光学衰减。2.根据权利要求1所述的光传输可调衰减方法，其特征在于所述的上包层的室温折射率与下包层的折射率接近或相同。3.根据权利要求1所述的光传输可调衰减方法，其特征在于所述波导芯位于上下两个包层拼接界面处的中间区域，整个波导芯体置于上包层中。4.根据权利要求1所述的光传输可调衰减方法，其特征在于所述的金属电极置于下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光传输可调衰减方法，其特征在于：对平面光波导的波导芯采用上下两个包层的结构，其中上包层采用折射率随温度或电压发生变化的材料，并在包层中设置金属电极；通过改变电极的电流加热而改变温度，进而改变上包层的光学折射率，就可以改变光的模式分布和损失的幅度，进而实现电控制的可变光学衰减。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李若林，
申请(专利权)人：四川飞阳科技有限公司，李若林，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]