基于温度控制光波导的光学性能监控器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于温度控制光波导的光学性能监控器，包含外壳、温控系统、光纤阵列、阵列波导光栅芯片、光探测器阵列和电路板，光纤阵列、阵列波导光栅芯片和光探测器阵列耦合对准后固定，温控系统包含加热器和温度探测器，阵列波导光栅芯片安装在加热器上，光探测器阵列、加热器和温度探测器与电路板电连接。本发明专利技术通过温度控制实现通道波长变化，通过连续扫描特定频率通带获得光谱数据点，采用反卷积算法将信号波形还原，获得准确的信号谱线。产品可以实现50GHz和100GHz的扫描宽度，并且可以对产品生命周期中的波长漂移进行自校准。本发明专利技术的光学性能监控器结构相对紧凑，片上集成使得光损耗明显减小，可靠性也有明显改善。

【技术实现步骤摘要】
基于温度控制光波导的光学性能监控器
本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种基于温度控制光波导的光学性能监控器。
技术介绍
为了提高长距离光纤通信的容量，密集波分复用系统得到了大力发展，密集波分复用技术通过尽可能小的信道间隔实现大容量信息传输。在密集波分复用系统中，光源波长的温度漂移以及密集波分复用器的温度敏感性均会引起信道中心波长的变化，并进而导致各信道的信噪比的变化。另外，光放大器的增益不平坦性会引起各信道的功率变化。因此，很有必要对系统中各信道的中心波长、光功率和信噪比等参数进行实时监控。尤其是在信道间距缩小时，监控信道的中心波长对频谱性能漂移的识别、系统故障的隔离等系统功能的检测具有更为重要的意义。例如，波长漂移很容易导致信号从一个信道串到另外一个信道，需对波长漂移进行检测。另外，为了确保通信系统中的光放大器正常工作，也需要将波长参数实时反馈到通信网络元件中。光通信系统需要工业级的光学性能监视器(OpticalPerformanceMonitor，OPM)，并且要求价格便宜、结构紧凑，需要与传统的光谱分析仪具有相同的功率与波长精度，能够以较高的波长分辨率和较大的动态范围来监控密集间隔的光通信信道里的信号光。现有光学性能监视器有多种设计结构，基本上可以分为基于波导光学的光学性能监视器和基于空间光学的光学性能监视器两大类。前者除了平面光波导和光探测器外，通常还需要另外的光学控制器件。后者的集成度较低，且通常需要运动元件，可靠性也比较低。目前精度较高的光学性能监视器件均使用薄膜滤光片或光栅的形式。对于薄膜滤光片结构，需要移动的机械结构配合使用，及通过转动薄膜滤光片来选择要监控的波长。这种结构的缺点是在短波长部分，由于入射角变大，薄膜投射谱线形状变差，导致光学性能监视器的性能变差。对于光栅形式，需要配合传感器阵列一起工作，系统复杂，成本高，对老化敏感且不易维护，因此商用产品器件都比较昂贵。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上的不足，提出了一种基于温度控制光波导的光功率监控器。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种基于温度控制光波导的光学性能监控器，包含外壳、温控系统、光纤阵列、阵列波导光栅芯片、光探测器阵列和电路板，所述光纤阵列与阵列波导光栅芯片的输入端耦合对准后固定，所述光探测器阵列与阵列波导光栅芯片的输出端耦合对准后固定，所述温控系统包含温度控制器和温度探测器，所述阵列波导光栅芯片安装在所述温度控制器上，所述光探测器阵列的输出电极、温度控制器的电极和温度探测器与电路板电连接，所述电路板读取温度探测器的温度信息和光探测器阵列的光电流，并输出温度控制信号给温度控制器。图1为本专利技术的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图。在本专利技术的一个实施例中，所述温控系统控制所述阵列波导光栅芯片的温度变化范围为0.4nm/k，其中k为所述阵列波导光栅芯片输出波长的温度相关系数。0.4nm相应于ITU光谱栅隔（ITUGrid）50G通道间隔。典型的，普通硅基阵列波导光栅芯片输出波长的温度相关系数为0.011nm/℃，则阵列波导光栅芯片的温度变化范围∆T=(0.4nm)/(0.011nm/℃)=36.4℃。在本专利技术的一个实施例中，所述温度控制器为热电制冷器。在本专利技术的一个实施例中，所述温度控制器为电阻丝和片状陶瓷。在本专利技术的一个实施例中，所述片状陶瓷和阵列波导光栅芯片之间通过导热油填充，周边用软胶粘接固定。在本专利技术的一个实施例中，所述光纤阵列与阵列波导光栅芯片的输入端耦合对准后通过胶水粘接固定，所述光探测器阵列与阵列波导光栅芯片的输出端耦合对准后通过胶水粘接固定。在本专利技术的一个实施例中，所述温度探测器为热敏电阻。在本专利技术的一个实施例中，所述温度探测器为电阻温度探测器。在本专利技术的一个实施例中，还包含薄膜滤波器和光探测器，所述薄膜滤波器和光探测器与阵列波导光栅芯片的工作通道之外的一个通道耦合对准并固定。图2为本实施例的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图。在本专利技术的一个实施例中，还包含固定波长探测器，所述固定波长探测器与阵列波导光栅芯片的工作通道之外的一个通道通过光纤连接，所述固定波长探测器包含自聚焦透镜和光探测器，所述自聚焦透镜与光探测器耦合的端面镀有滤光薄膜。图3为本实施例的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图。图4为固定波长探测器的示意图。本专利技术通过对温度的控制实现通道波长变化，通过连续扫描特定频率范围内的通带测得光谱，依此获得光谱数据点，进而采用反卷积算法进行后继的信号处理，将信号波形还原，获得准确的信号谱线。本专利技术采用成熟工艺，尤其适用于小的通道间隔，例如25GHz或者50GHz通道间隔的扫描。按照普通硅基波导0.011nm/℃的变化，则36.4℃的温度变化可引起0.4nm的波长变化，这样的变化范围也即50GHz的通道宽度。也就是说，产品可以实现50GHz的扫描宽度。对于一个标准的ITU光谱栅隔（ITUGrid）50G通道间隔的传输信号，本专利技术可以实现每个通道更为精确的光功率的检测，如图5所示，50G的扫描宽度将整个通道谱线。对于一个标准的ITU光谱栅隔（ITUGrid）100GHz通道间隔的传输信号，本专利技术可以实现每个通道光功率的检测，如图6所示，50G的扫描宽度将覆盖通道谱线的一半。作为合理的近似，认为通道谱线是对称的，这样就可以得到整个通道的谱线形状。据此，在电路和固件的帮助下，可以实现每个通道的峰值和光学信噪比（OSNR）的计算。本专利技术是基于成熟的、大批量生产的阵列波导光栅（PLCAWG），结构相对紧凑，由于光路上的其它元件可以片上集成，使得光损耗明显减小。对于在产品的生命周期中发生的波长漂移，采用稳定的薄膜滤波器在固定波长上校准。本专利技术的基于温度控制光波导的光学性能监控器结构简单，且内部没有运动元件，产品的可靠性也有明显改善。成本相对目前市场上的光学性能监控器得到了较大地降低。附图说明图1是本专利技术的实施例一的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图；图2是本专利技术的实施例二的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图；图3是本专利技术的实施例三的基于温度控制光波导的光学性能监控器的示意图；图4是本专利技术的实施例三中使用的固定波长探测器的示意图；图5是50GHz扫描宽度示意图；图6是100GHz扫描宽度示意图。具体实施方式下面通过具体的实施方式并结合附图对本专利技术做进一步详细说明。实施例一：如图1所示，一种基于温度控制光波导的光学性能监控器，包含外壳、温控系统、光纤阵列103、阵列波导光栅芯片101、光探测器阵列102和电路板105，光纤阵列103与阵列波导光栅芯片101的输入端耦合对准后固定，光探测器阵列102与阵列波导光栅芯片101的输出端耦合对准后固定，温控系统包含加热器104和温度探测器106，阵列波导光栅芯片101安装在加热器104上，光探测器阵列102的输出电极、加热器104的电极和温度探测器106与电路板105电连接，电路板105读取温度探测器106的温度信息和光探测器阵列102的光电流，并输出温度控制信号给加热器104。本实施例的温控系统控制阵列波导光栅芯片的温度变化范围∆T=(0.4nm)/(0.011nm/℃)=36.4℃，其中0.011nm/℃为普通硅基阵列波导光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于温度控制光波导的光学性能监控器，其特征在于，包含外壳、温控系统、光纤阵列、阵列波导光栅芯片、光探测器阵列和电路板，所述光纤阵列与阵列波导光栅芯片的输入端耦合对准后固定，所述光探测器阵列与阵列波导光栅芯片的输出端耦合对准后固定，所述温控系统包含温度控制器和温度探测器，所述阵列波导光栅芯片安装在所述温度控制器上，所述光探测器阵列的输出电极、温度控制器的电极和温度探测器与电路板电连接，所述电路板读取温度探测器的温度信息和光探测器阵列的光电流，并输出温度控制信号给温度控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度控制光波导的光学性能监控器，其特征在于，包含外壳、温控系统、光纤阵列、阵列波导光栅芯片、光探测器阵列和电路板，所述光纤阵列与阵列波导光栅芯片的输入端耦合对准后固定，所述光探测器阵列与阵列波导光栅芯片的输出端耦合对准后固定，所述温控系统包含温度控制器和温度探测器，所述阵列波导光栅芯片安装在所述温度控制器上，所述光探测器阵列的输出电极、温度控制器的电极和温度探测器与电路板电连接，所述电路板读取温度探测器的温度信息和光探测器阵列的光电流，并输出温度控制信号给温度控制器；所述温控系统调节阵列波导光栅芯片的温度，以调节每个输出通道的工作波长，温控系统控制所述阵列波导光栅芯片的温度变化范围为0.4nm/k，其中k为所述阵列波导光栅芯片输出波长的温度相关系数。2.根据权利要求1所述的基于温度控制光波导的光学性能监控器，其特征在于，所述温度控制器为热电制冷器。3.根据权利要求1所述的基于温度控制光波导的光学性能监控器，其特征在于，所述温度控制器为电阻丝和片状陶瓷。4.根据权利要求3所述的基于温度控制光波导的光学性能监控器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汛，李兆明，
申请(专利权)人：深圳新飞通光电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44