光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法技术方案

一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法，该光耦合连接器用于连接光纤阵列和光电子芯片，包括上层连接器和下层连接器，其中：上层连接器包括N条上层波导，N为大于或等于2的正整数；下层连接器包括N条下层波导，N条下层波导与N条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分。本发明专利技术实施例提供一种能够对信号光进行放大的光耦合连接器，结构简单，尺寸小，制作工艺简单，可广泛用于光纤阵列与光电子芯片之间的耦合连接。

Optically coupled connector, optical coupling system and waveguide coupling method

An optical coupling connector, optical coupling system and coupling method, the optical connector is used for connecting optical fiber array and optoelectronic chip, including the upper and lower connector connector, wherein the connector includes: the upper N of the upper waveguide, positive integer N is greater than or equal to 2; the lower connector includes a N layer waveguide, N layer N upper waveguide waveguide and the corresponding coupling, each lower waveguide includes coupling waveguide, waveguide spacing, and amplification of signal light waveguide. The embodiment of the invention provides a kind of signal light amplification in optical coupling connector has the advantages of simple structure, small size, simple fabrication process, can be widely used to connect the coupling between fiber array and optoelectronic chip.

【技术实现步骤摘要】
光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法。
技术介绍
在光通信领域中，光纤用于传输信号光，光电子芯片用于对接收的信号光进行调制、路由、复用等。为了获得更大的光通信容量，一般使用光纤阵列(包含多条光纤)传输信号光，由于制造工艺等原因，光纤阵列中的相邻光纤之间的间距较大，而光电子芯片(包含多条光波导)中的相邻光波导之间的间距较小，光纤阵列中的光纤无法与光电子芯片中的光波导进行连接，为了将光纤阵列中的信号光耦合至光电子芯片中，往往需要用到光耦合连接器。光耦合连接器用于连接光纤阵列和光电子芯片，将光纤阵列传输的信号光输入光电子芯片。然而，信号光在光纤和光耦合连接器中传输时，由于吸收、散射等原因，导致信号光产生损耗。为了补偿信号光的损耗，目前常用的方案有两种，第一种方案为：采用掺铒光纤放大器(英文：Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier，EDFA)代替光耦合连接器，在光纤阵列和光电子芯片之间连接EDFA，对信号光进行放大耦合，第一种方案的缺点是，由于EDFA的体积较大，并且每条光纤需要单独使用一个EDFA，当光纤阵列中的光纤数量较多时，采用EDFA的耦合难度较大；第二种方案为：在光电子芯片上集成半导体光放大器(英文：SemiconductorOpticalAmplifier，SOA)，通过SOA将光电子芯片接收的信号光进行放大，第二种方案的缺点是，由于SOA的热效应显著，需要在光电子芯片中安装温度控制器，并且由于SOA的制作工艺与光电子芯片中的互补金属氧化物半导体(英文：ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工艺不兼容，在光电子芯片上集成SOA的工艺难度较大。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法，可以解决光耦合连接器制作工艺复杂的问题。本专利技术实施例第一方面公开一种光耦合连接器，用于连接光纤阵列和光电子芯片，包括上层连接器和下层连接器，其中：所述上层连接器包括N条上层波导，所述N为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括N条下层波导，所述N条下层波导与所述N条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分；泵浦光源与所述N条上层波导连接，所述泵浦光源为所述N条上层波导提供N路泵浦光，所述光纤阵列包括N条光纤，所述N条光纤为所述N条下层波导提供N路信号光，所述光电子芯片包括N条光波导，所述N条下层波导的第一端与所述N条光纤一一对应连接，所述N条下层波导的第二端与所述N条光波导一一对应连接；所述N条上层波导将所述N路泵浦光一一耦合至对应的所述N条下层波导中；所述每条下层波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一包覆层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将所述泵浦光的能量传递给所述信号光，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率。其中，第一包覆层的材料采用增益材料，可以将信号光进行放大，同时，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率，可以将信号光束缚在芯层中，减少信号光的传输损耗。结合本专利技术实施例第一方面，在本专利技术实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，上层波导i接收一路泵浦光，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光；所述上层波导i将所述一路泵浦光耦合至对应的所述下层波导j的耦合波导部分，所述下层波导j的耦合波导部分将所述一路泵浦光与所述一路信号光组成的耦合光传输至所述下层波导j的间距匹配波导部分，所述下层波导j的间距匹配波导部分将所述耦合光传输至所述下层波导j的信号光放大波导部分，所述下层波导j的信号光放大波导部分放大所述耦合光中的所述一路信号光并衰减所述耦合光中的所述一路泵浦光，将放大后的所述一路信号光输出至所述光电子芯片；所述上层波导i为所述N条上层波导中的任一条，所述下层波导j为所述N条下层波导中的任一条。结合本专利技术实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第二种可能的实现方式中，所述N条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一端之间的间距与所述光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；所述N条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二端之间的间距与所述光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第二种可能的实现方式，可以减少信号光从光纤阵列传输至下层连接器时的耦合损耗，减少信号光从下层连接器传输至光电子芯片时的耦合损耗。结合本专利技术实施例第一方面的第二种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，所述N条上层波导和所述N条下层波导均为矩形波导。结合本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第四种可能的实现方式，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，可以减少信号光在下层波导中的传输的损耗。结合本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第五种可能的实现方式中，所述一路泵浦光的入射方向与所述上层波导i的横截面之间的夹角为90°；所述一路信号光的入射方向与所述下层波导j的横截面之间的夹角为90°；所述放大后的所述一路信号光的出射方向与所述光电子芯片中的光波导的横截面之间的夹角为90°。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第五种可能的实现方式，可以提高泵浦光从泵浦光源耦合至上层波导的耦合效率，提高信号光从光纤阵列耦合至下层波导的耦合效率，提高信号光从下层波导耦合至光电子芯片的耦合效率。结合本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第六种可能的实现方式中，所述上层连接器还包括至少一个光分束器，每个光分束器用于连接泵浦光源与M条上层波导，所述每个光分束器将所述泵浦光源发射的原始泵浦光分成M份输入到所述M条上层波导，所述M为小于或等于所述N的正整数。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第六种可能的实现方式，可以通过光分束器对泵浦光源发射的原始泵浦光进行分光，从而调整上层波导中泵浦光的强度，进而调整下层波导中信号光的放大倍数。结合本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第七种可能的实现方式中，每条上层波导包括第二芯层和包覆所述第二芯层的第二包覆层，所述第二芯层用于传输所述泵浦光，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率，所述第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，所述第二芯层的高度保持不变。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第七种可能的实现方式，可以减少泵浦光在上层波导中的传输损耗，同时，第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，第二芯层的高度保持不变，可以提高泵浦光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率。结合本专利技术实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本专利技术实施例第一方面的第八种可能的实现方式中，所述信号光放大波导部分的芯层宽度小于或等于所述耦合波导部分的芯层宽度。其中，实施本专利技术实施例第一方面的第八种可能的实现方式，光耦合连接器可以与光纤阵列和光电子芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光耦合连接器，用于连接光纤阵列和光电子芯片，其特征在于，包括上层连接器和下层连接器，其中：所述上层连接器包括N条上层波导，所述N为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括N条下层波导，所述N条下层波导与所述N条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分；泵浦光源与所述N条上层波导连接，所述泵浦光源为所述N条上层波导提供N路泵浦光，所述光纤阵列包括N条光纤，所述N条光纤为所述N条下层波导提供N路信号光，所述光电子芯片包括N条光波导，所述N条下层波导的第一端与所述N条光纤一一对应连接，所述N条下层波导的第二端与所述N条光波导一一对应连接；所述N条上层波导将所述N路泵浦光一一耦合至对应的所述N条下层波导中；所述每条下层波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一包覆层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将所述泵浦光的能量传递给所述信号光，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率。

【技术特征摘要】
1.一种光耦合连接器，用于连接光纤阵列和光电子芯片，其特征在于，包括上层连接器和下层连接器，其中：所述上层连接器包括N条上层波导，所述N为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括N条下层波导，所述N条下层波导与所述N条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分；泵浦光源与所述N条上层波导连接，所述泵浦光源为所述N条上层波导提供N路泵浦光，所述光纤阵列包括N条光纤，所述N条光纤为所述N条下层波导提供N路信号光，所述光电子芯片包括N条光波导，所述N条下层波导的第一端与所述N条光纤一一对应连接，所述N条下层波导的第二端与所述N条光波导一一对应连接；所述N条上层波导将所述N路泵浦光一一耦合至对应的所述N条下层波导中；所述每条下层波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一包覆层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将所述泵浦光的能量传递给所述信号光，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率。2.根据权利要求1所述的光耦合连接器，其特征在于，上层波导i接收一路泵浦光，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光；所述上层波导i将所述一路泵浦光耦合至对应的所述下层波导j的耦合波导部分，所述下层波导j的耦合波导部分将所述一路泵浦光与所述一路信号光组成的耦合光传输至所述下层波导j的间距匹配波导部分，所述下层波导j的间距匹配波导部分将所述耦合光传输至所述下层波导j的信号光放大波导部分，所述下层波导j的信号光放大波导部分放大所述耦合光中的所述一路信号光并衰减所述耦合光中的所述一路泵浦光，将放大后的所述一路信号光输出至所述光电子芯片；所述上层波导i为所述N条上层波导中的任一条，所述下层波导j为所述N条下层波导中的任一条。3.根据权利要求2所述的光耦合连接器，其特征在于，所述N条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一端之间的间距与所述光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；所述N条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二端之间的间距与所述光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。4.根据权利要求3所述的光耦合连接器，其特征在于，所述N条上层波导和所述N条下层波导均为矩形波导。5.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，所述第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。6.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，所述一路泵浦光的入射方向与所述上层波导i的横截面之间的夹角为90°；所述一路信号光的入射方向与所述下层波导j的横截面之间的夹角为90°；所述放大后的所述一路信号光的出射方向与所述光电子芯片中的光波导的横截面之间的夹角为90°。7.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，所述上层连接器还包括至少一个光分束器，每个光分束器用于连接泵浦光源与M条上层波导，所述每个光分束器将所述泵浦光源发射的原始泵浦光分成M份输入到所述M条上层波导，所述M为小于或等于所述N的正整数。8.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，每条上层波导包括第二芯层和包覆所述第二芯层的第二包覆层，所述第二芯层用于传输所述泵浦光，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率，所述第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，所述第二芯层的高度保持不变。9.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，所述信号光放大波导部分的芯层宽度小于或等于所述耦合波导部分的芯层宽度。10.根据权利要求4所述的光耦合连接器，其特征在于，所述信号光放大波导部分的芯层长度大于所述耦合波导部分的芯层长度。11.根据权利要求4～10任一项所述的光耦合连接器，其特征在于，所述增益材料包括镱材料、铒材料或镱材料与铒材料的组合。12.一种光耦合连接器，用于连接光纤阵列和光电子芯片，其特征在于，包括上层连接器和下层连接器，其中：所述上层连接器包括N条上层放大波导，所述N为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括N条下层波导，所述N条下层波导与所述N条上层放大波导一一对应耦合，每条下层波导均包括第一耦合波导部分、第二耦合波导部分和间距匹配波导部分；所述光纤阵列包括N条光纤，所述N条光纤为所述N条下层波导提供N路信号光，所述光电子芯片包括N条光波导；所述N条下层波导的第一端与所述N条光纤一一对应连接，所述N条下层波导的第二端与所述N条光波导一一对应连接；每条上层放大波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一芯层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将下层波导耦合至对应的上层放大波导的信号光进行放大，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率；所述每条下层波导包括第二芯层和包覆所述第二芯层的第二包覆层，所述第二芯层用于传输所述信号光，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率。13.根据权利要求12所述的光耦合连接器，其特征在于，所述每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层断开。14.根据权利要求13所述的光耦合连接器，其特征在于，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光，所述下层波导j的第一耦合波导部分将所述一路信号光耦合至对应的上层放大波导i，所述上层放大波导i将所述一路信号光进行放大后耦合至所述下层波导j的第二耦合波导部分，所述下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的所述一路信号光传输至所述下层波导j的间距匹配波导部分，所述下层波导j的间距匹配波导部分将放大后的所述一路信号光传输至所述光电子芯片；所述上层放大波导i为所述N条上层放大波导中的任一条，所述下层波导j为所述N条下层波导中的任一条。15.根据权利要求13所述的光耦合连接器，其特征在于，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光，所述下层波导j的间距匹配波导部分将所述一路信号光传输至所述下层波导j的第一耦合波导部分，所述下层波导j的第一耦合波导部分将所述一路信号光耦合至对应的上层放大波导i，所述上层放大波导i将所述一路信号光进行放大后耦合至所述下层波导j的第二耦合波导部分，所述下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的所述一路信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玉明，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44