具有改进了中心波长温度稳定性的光学设备。在一实施例中，ＡＷＧ具有多个沿着光路插入的沟槽。该沟槽包括一种或多种补偿材料，该补偿材料总体上校正ＡＷＧ基底材料的Ｑ阶温度依赖性。Ｑ≥２或者补偿材料的数量至少为２，或者二者兼备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及光栅装置，尤其涉及用于使该装置绝热的技术。
技术介绍
计算机和通信系统在通信线路带宽上的要求不断增加。众所周知，光纤比传统的同轴线路提供高得多的带宽。此外，光纤波导中的单一光信道使用该光纤可用带宽的一小部分。在波分复用(WDM)光通信系统中，多个光波长载波沿着单根光纤传送独立的通信信道。通过向一根光纤中传送几个不同波长的信道，光纤的带宽能力得到有效利用。利用阵列波导光栅(AWG)装置已经实现了纤维光学上的多路复用和去复用。AWG是一平面结构，其包括设置在输入和输出耦合器之间且相互并排排列的波导阵列，并且这些波导如同分光计中的衍射光栅那样共同作用。每个波导与其最近相邻波导在长度上相差预先确定的固定量。输出耦合器的输出构成了多路复用和去复用装置的输出。在操作中，当将多个独立不同的波长施加到该装置的独立不同的输入端口时，它们被组合并传送到一输出端口。相同的装置还可实现多路去复用功能，其中将该设备一个输入端口上的多个输入波长，彼此分离并直接引导到预定的不同的输出端口中的一个。AWGs还能实现路由选择功能，其中信号到达多路输入端口并根据预先定义的映射路由至多路不同的输出端口。这样的AWGs的结构和操作在本领域中是熟知的。例如参见，“PHASAR-based WDM-DevicesPrinciples，Design and Applications”，M KSmit，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol.2，No.2，June1996，以及美国专利.No.5,002,350和WO97/23969，这里参照引用其全部内容。波分复用器和去复用器要求对相邻波导之间的有效光程长度差的精确控制。该有效光程长度差被定义为波导中基模的有效折射率和相邻波导之间的物理路径长度差的乘积。对于目前可用的波分复用器和去复用器，波导中基模有效折射率和相邻波导之间的物理路径长度差都典型地与温度相关。在传统的集成光复用器和去复用器装置中，形成阵列波导的介质具有显著的温度依赖性，这导致中心传输波长的改变，其可能超过传输带宽。结果，在特定装置操作温度范围(例如从0℃左右到70℃左右)内的温度变化导致波长偏移，该波长偏移与标准的精确度要求相比是不可接受的。因此，通常在温度控制的环境下运行所提供的相位阵列型的复用/去复用器光学装置。典型的，提供具有加热元件的控制电路，用于将该装置保持在高于最大额定操作温度的一稳定温度。但是使用加热元件以实现有源绝热是不合需要的，因为它增加了装置的总成本、尺寸和复杂性，减小了装置的寿命，且消耗相当多的能量。它通常还要求有源的灵敏的控制电路，其甚至依赖于装置的实际水平/垂直取向而操作不同。还可使用珀耳帖(Peltier)冷却器，但是它们面临许多相同的不足。在传统的具有包括多个二氧化硅波导和二氧化硅包层的相位阵列光栅的波分复用器中，信道波长的变化作为温度的函数主要依赖于作为温度的函数的波导的有效折射率的正变化。折射率对二氧化硅基材料，在补偿作为温度的函数的折射率的正变化的工作中，已采用了具有作为温度的函数的折射率的负变化的聚合物包层材料折射率。然而，这种配置的问题在于，随着温度的变化，纤芯和包层之间的折射率率差发生变化，并且，在最差的情况中，光不能被引导到波导中。结果，具有包括聚合物包层的相位阵列型光栅的光复用器/去复用器装置会不适合在宽的周围环境温度范围内使用。另一个建议的方案，用于保持在相位阵列中相邻波导之间相对恒定的有效光程长度差，包括在相位阵列中或者在将该相位阵列与输入或输出光纤相耦合的板条形区域中，使聚合物在三角形或新月形沟槽中定位。可以选择聚合物，使得其具有有效折射率作为温度的函数的负变化折射率，用于补偿二氧化硅波导芯段的有效拆射率作为温度的函数的正变化，从而抑制由于在预定操作温度范围内操作温度的变化而产生的信道波长的偏移。可以将该聚合物沟槽分成一个以上依次接收光能的沟槽，以减少穿过每个沟槽的自由空间传播长度。充填有聚合物的沟槽的使用能够充分改进绝热效果。典型的被以这种方式绝热的AWGs能够实现在典型的-5至+70℃的操作温度范围内的小到0.03至0.05nm的中心信道波长的漂移。然而这还不够好。该漂移将该装置的适用范围仅限于规定的温度范围内，仅限于具有大约100GHz或更高信道间隔的系统，该变化是能够容忍的。它们不容易使用，例如，在可能结冰的温度的气候下的室外设备范畴内，或在要求宽的通带并且信道间隔小于约100GHz的系统中。另一个主要的已经被研究用于绝热的技术类别实际上是机械的，例如包括用于使该装置的元件相对于彼此主动定位的的温度控制调节器的技术。这些可能包括，例如，根据周围环境温度相对于输入板条形区域调整该输入波导的横向位置的双金属调节器。这些技术通常复杂而昂贵，因为该制造公差通常是非常严格的。因此，急切需要在较宽温度范围上显示出比以前已经可能的或实用的好得多的绝热的阵列波导光栅装置，而不需要温度受控制的环境，并且不需要复杂和严格的制造公差的机械方法。在存在聚合物填充沟槽的绝热方法中，二氧化硅基的波导材料和聚合物补偿材料的折射率的变化都假定成与温度成线性关系。典型地忽略任何更高阶的影响。大部分表征材料的折射率随温度而改变的参考文献，也仅仅描述当在远离聚合物的玻璃化转变温度的温度下测量时该二者之间为线性关系。申请人已经发现，该关系通常不是精确的线性关系，并且这些变化相对于该线性关系的偏离是造成在这些装置中观察到不理想的绝热的主要部分的原因。因此，在本专利技术的一个方面，概略地说明，材料的选择至少考虑到材料的二阶影响。结果，可以以好得多的精度，或者，例如在-30℃至+70℃的宽的多的温度范围内，或者两者同时，将聚合物补偿材料识别为用于补偿该波导材料内有效光程长度的变化。在本专利技术的另一方面，再次大致描述，将两种不同的补偿材料用于填充多个沟槽或插入到光路中的补偿区域。这两种补偿材料的光程长度对温度曲线被表征到至少二阶特性，与基底波导材料一样。将这两种补偿材料以适当的比例放置在不同数量的沟槽中，以产生要求使整个光程长度的温度依赖性对于一阶和二阶均精确地最小化的有效相互作用长度的比例。该技术可推广至任何数目的不同补偿材料，并抵消光程长度对任意阶特性的温度依赖性。在本专利技术的一方面，大致描述，光学设备具有多个通带和一个中心波长，并且该关于中心波长温度的第一至Q阶导数，在0℃至+70℃、-5℃至+70℃、-30℃至+70℃或-50℃至+90℃的温度范围内实际上等于零，Q＞＝2。该设备可包括多个从输入端口向输出端口穿过多种材料传输光能的光路，每种材料具有与其它材料不同的有效折射率温度依赖性。可替换地或者附加地，该设备可包括与输入和输出端口的单独一个光通信的波导，以及根据温度相对于该阵列波导光栅调整波导物理位置的温度补偿元件。在本专利技术的另一方面，大致描述，光学设备具有包括穿过一材料系统的多个光路，每个光路具有与相邻光路相差一相应有效光程长度差的相应有效光程长度，并且相对于每个光程长度差的温度的第一至的Q阶导数，在0℃至+70℃、-5℃至+70℃、-30℃至+70℃或-50℃至+90℃的温度范围内实际上等于零，Q＞＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
光学设备，包括经由一阵列波导光栅与一输入端口光通信的一输出端口，该设备具有包括主通带的多个通带，该主通带具有一中心波长；其中该第一至第Ｑ阶关于中心波长温度的导数在－５℃至＋７０℃的温度范围内实质上等于零，Ｑ＞＝２。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛德瑞克F布瑟尔斯，托尼C库沃兹克，迈克尔G朱布尔，
申请(专利权)人：格姆法尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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