光纤放大器动态增益斜率均衡器及其制备工艺制造技术

本发明专利技术揭示了一种光纤放大器动态增益斜率均衡器及其制备工艺，所述均衡器包括通过光学封装的MEMS光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器；MEMS光学微镜驱动器芯片包括第一光学微反射镜、第二光学微反射镜、微位移调节单元；微位移调节单元用以控制第一光学微反射镜或/和第二光学微反射镜的水平方向或/和垂直方向的微位移运动，实现MZI分束比和干涉臂相位调谐，动态控制输入WDM光信号的光谱斜率。本发明专利技术提出的动态增益斜率均衡器采用MEMS工艺制作，具有插入损耗低、均衡范围宽、体积小、调谐速度快、驱动功率微小等优点，可直接集成到EDFA中实现动态增益斜率均衡，还能应用于解决传输光纤、光纤色散补偿模块、光纤SRS效应等造成的DWDM通道间信号功率不均衡问题。

【技术实现步骤摘要】
光纤放大器动态增益斜率均衡器及其制备工艺
本专利技术属于MEMS及光纤通信
，涉及一种动态增益斜率均衡器，尤其涉及一种光纤放大器动态增益斜率均衡器；同时，本专利技术还涉及上述光纤放大器动态增益斜率均衡器的制备工艺。
技术介绍
“宽带中国战略”与“宽带上网提速工程”的实施将大大加速我国宽带光网络建设，“光进铜退”成为宽带网络技术发展趋势，我国宽带光网络建设投资将超过千亿元规模。传统的点对点光传输网已无法适应光接入端口数和接入带宽的跨越式增长，基于自动交换光网络(ASON)技术的智能光网络是必然发展趋势。智能光网络不仅要解决大容量传输、宽带接入问题,更为关键的是光网络智能化的提升与跨越,实现波长自动配置和带宽动态分配,建立动态可重构、扩展灵活、运行高效、经济可靠的宽带光网络。智能光网络是在密集波分复用(DWDM)技术基础上利用可重构光分插复用(ROADM)和光交叉连接(OXC)等节点设备构建的新型光网络，其单通道速率将提升到40-400Gb/s、单光纤波长通道数提升到40甚至160波、传输距离扩展至数千甚至1万公里，对DWDM多信道光信号的功率控制和光信噪比（OSNR）提出了更高的要求。掺铒光纤放大器（EDFA）是DWDM系统无电光中继传输关键技术，DWDM系统设计不仅要求EDFA高增益、低噪声，同时要求在多信道环境下提供平坦且与输入光功率无关的增益，来保证各个波长通道具有相同的OSNR。但是，EDFA的增益谱具有静态不平坦特性和随输入光功率参数的变化而发生变化的动态特性，因此实用化的EDFA需要进行静态增益平坦化和动态增益均衡。在智能光网络中，由于DWDM波长动态配置、波长路由引起EDFA输入光功率变化、波长通道数变化成为常态，且变化的速度达到毫秒级，因此对EDFA的增益谱动态不平坦的补偿提出了更高的技术要求，成为亟待解决的关键技术问题。EDFA增益谱不平坦具有静态和动态两种特性，需要静态增益平坦化技术和动态增益均衡技术来进行均衡。DWDM系统中的EDFA都配置了增益平坦滤波器(GFF)，其波长-损耗曲线与待补偿的EDFA的静态增益谱刚好相反，可以实现EDFA静态不平坦特性的良好补偿。静态增益平坦化技术包括薄膜干涉滤光片、长周期光纤光栅、啁啾光栅、闪耀光纤光栅、级联光纤M-Z干涉仪、光子晶体等多种技术，其残余的增益不平坦度在±0.5dB以内、附加损耗<1dB，而且成本低、体积小。正是由于GFF性能好、价格低，因此每个EDFA都集成了GFF器件，解决了EDFA增益静态不平坦的补偿问题。但GFF的灵活性不足，无法补偿EDFA增益谱的动态变化。在智能光网络中，波长动态配置导致EDFA波长通道增益差异、波长通道数动态变化，造成EDFA增益谱的动态不平坦，将严重恶化DWDM系统的OSNR，特别是多EDFA级联的多跨段长距离、超长距离光通信系统。与此同时，传输光纤和其它光器件（如色散补偿模块）的光信号衰减随信号波长变化、光纤受激拉曼散射（SRS）效应引起信号功率由短波长向长波长通道转移和EDFA老化等因素也会使DWDM系统各通道间信号功率不均衡。这些因素引起的光信号功率谱、增益谱变化，通常表现出光信号功率谱、增益谱随波长的线性变化，称为增益倾斜，如图1所示。当无电中继距离超过1000km、跨段在10段以上时,传输线路形成的光谱倾斜在12dB以上,信道的误码显著恶化。迫切需要一种能够动态适应光纤链路和增益变化的动态增益均衡(DGE)技术来补偿增益谱动态不平坦，这对超长距离、超大容量光传输以及光网络的动态配置至关重要。目前国内外各大光器件厂家已实现DGE的商用，但存在诸多的不足，如成本高、体积大、插入损耗高，严重限制了DGE的广泛应用。在各种DGE器件技术中,性能价格比、应用的难易等成为决定其成败的关键因素。由于DGE价格居高不下，比EDFA价格高得多，一般仅在DWMD系统的中间点（mid-point）、ROADM节点才使用。因此，急需采用新技术降低DGE的成本、减小体积,使其能够同GFF一样集成到每一个EDFA中，更好地满足智能光网络建设的要求。为了降低动态增益均衡的成本，目前EDFA的生产厂商（如JDSUniphase、飞通、昂纳等）集成一个快速响应可变光衰减器（VOA）到EDFA内部以衰减输入光信号功率，该方案牺牲了3dB以上光功率，且噪声系数增加。另一种方案是调节泵浦功率来调节EDFA增益谱的倾斜，但该方案会导致增加泵浦光功率和噪声系数。由于EDFA的动态增益不平坦主要表现为增益倾斜，采用动态增益斜率均衡（Dynamicgainslopeequalization，DGSE）是最为有效、最经济的补偿方式，因此低成本、高性能DGSE的研究及商业化对解决EDFA的动态增益均衡问题具有重要意义，也具有广阔的应用前景。微机电系统（MEMS）微细加工技术，可以批量制造高速、精密、微型可动部件或敏感部件。MEMS技术与光学技术结合形成的微光机电系统（MOEMS）技术，已成为智能、可调谐光通信器件的主流技术。本专利基于MEMS技术专利技术了一种动态增益斜率均衡器，实现低成本、高性能的DGSE器件，具有重要实用价值和广阔市场前景。DGE器件其本质上是一个具有波长选择特性的光可变衰减器（VOA）阵列，其实现技术主要分为串行工作和并行工作两类。串行工作的DGE采用多级滤波器的串行方式，可以实现中等光谱分辨率（几纳米）的增益均衡，包括串行谐波滤波器和串行特定波长段滤波器两种。串行谐波滤波器的采用6-8级光滤波器的串行方式，实现技术包括液晶谐波合成器、磁光谐波合成器、波导MZI谐波合成器和波导横向滤波器，其共同特点是将待补偿光谱曲线进行谐波分解，然后利用光谐波滤波器进行合成。器件插入损耗为3.4-4.5dB,均衡误差±0.5dB以内，其光谱均衡算法非常复杂，导致调整速度非常慢（约1秒），器件成本高。国内武汉邮科院开展了液晶谐波DGE的研发，浙江大学开展了补偿算法的研究工作。串行特定波长段滤波器的单级滤波器的衰减仅局限在特定波长段，通过多级串联的滤波器获得期望的滤波特性，其主要实现技术是全光纤声光可调谐滤波器（AOTF）、机械和热调谐光纤长周期光栅（LPG），其优势是全光纤器件、插入损耗较低，但其补偿算法复杂，且采用手工装配、工艺复杂、成本高，同时驱动功率较高，器件尺寸大，难以实用化。并行工作的DGE采用光栅分光与光动态调制器相结合，直接在光谱域对光信号进行动态控制，补偿算法简单，其实现技术包括自由空间光学和平面波导光学两种技术方案。自由空间光学DGE采用体光栅和阵列VOA实现，阵列VOA采用液晶或MEMS驱动器件（DMD、光栅调制器，F-P调制器），补偿误差在±0.25dB以内，但插入损耗高达6-7dB。平面波导光学DGE采用阵列波导光栅（AWG）和波导热光衰减器阵列或波导热光相移器阵列实现，其体积小，但驱动功耗较高，同样其插入损耗大、成本高。最高谱分辨率的DGE可以独立调控每个通道的光功率，又称为通道光功率均衡器（DCE）或波长阻塞器（WB）。并行工作的DGE可实现高速、高光谱分辨率的动态补偿，但成本昂贵、插入损耗高，价格远高于EDFA，应用范围有限。动态增益斜率均衡器（DGSE）提供光谱斜率可调的动态增益均衡，对E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器包括MEMS光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器；所述MEMS光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器通过光学封装，构成微型Mach‑Zehnder干涉仪MZI；所述MEMS光学微镜驱动器芯片包括第一光学微反射镜、第二光学微反射镜、微位移调节单元；所述微位移调节单元用以控制第一光学微反射镜或/和第二光学微反射镜的水平方向或/和垂直方向的微位移运动，实现MZI分束比和干涉臂相位调谐，动态控制输入WDM光信号的光谱斜率。

【技术特征摘要】
1.一种光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器包括MEMS光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器；所述MEMS光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器通过光学封装，构成微型Mach-Zehnder干涉仪MZI；所述MEMS光学微镜驱动器芯片包括第一光学微反射镜、第二光学微反射镜、微位移调节单元；所述微位移调节单元用以控制第一光学微反射镜或/和第二光学微反射镜的水平方向或/和垂直方向的微位移运动，实现MZI分束比和干涉臂相位调谐，动态控制输入WDM光信号的光谱斜率；所述微位移调节单元包括静电梳齿驱动器、静电平板驱动器；所述静电梳齿驱动器位于硅框架的两侧，并通过一组硅弹性梁悬挂于所述MEMS光学微镜驱动器芯片衬底之上，并与所述MEMS光学微镜驱动器芯片衬底连接；所述静电梳齿驱动器用以控制第一光学微反射镜水平方向上的微位移运动，实现MZI分束比调谐；所述静电平板驱动器包括第一电极板、第二电极板；第一电极板上设置第一光学微反射镜，第一电极板通过另一组硅弹性梁与硅框架相连，第二电极板为所述MEMS光学微镜驱动器芯片的衬底，两电极板之间有一空气隙；所述静电平板驱动器用以控制第一光学微反射镜垂直方向上的微位移运动，实现MZI干涉臂相位调谐。2.根据权利要求1所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于：所述微位移调节单元控制第一光学微反射镜水平方向及垂直方向的微位移运动，同时第二光学微反射镜静止；或者，所述微位移调节单元控制第一光学微反射镜水平方向或/和垂直方向的微位移运动，同时控制第二光学微反射镜水平方向或/和垂直方向的微位移运动。3.根据权利要求1所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于：所述第二光学微反射镜固定在所述MEMS光学微镜驱动器芯片的衬底上；所述第一光学微反射镜为可动MEMS微镜，通过弹性梁支撑机构悬挂在所述MEMS光学微镜驱动器芯片的衬底上；所述弹性梁支撑机构包括第一方向支撑梁、第二方向支撑梁，第一方向支撑梁沿第一方向设置，第二方向支撑梁沿第二方向设置。4.根据权利要求3所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于：所述第一电极板上镀制光学反射膜，形成所述第一光学微反射镜；所述第二电极板上镀制光学反射膜，形成所述第二光学微反射镜。5.根据权利要求3所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于：所述弹性梁支撑机构对称分布，抑制第一光学微反射镜的扭转运动模态。6.根据权利要求3所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征在于：所述第一光学微反射镜、第二光学微反射镜可以均为可动MEMS微镜，每块光学微反射镜沿水平方向或垂直方向单自由度平移运动，两块光学微反射镜的运动方向彼此垂直。7.根据权利要求1所述的光纤放大器动态增益斜率均衡器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：微机电科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81