光控多波长选择光开关制造技术

一种光控多波长选择光开关，其特征在于由底座平台（７）、固定在底座平台（７）上的光路准直结构及核心半导体光学元件（６）构成，光路准直结构部分包括两个信号光输入光纤准直器（１、２）、两个信号光输出光纤准直器（３、４）以及控制光输入光纤准直器（５），每一对信号光输入和输出光纤准直器的光轴严格同光路，且两对信号光光纤准直器以底座平台（７）的中心为基点互相垂直，控制光输入光纤准直器（５）以底座平台中心为基点，与水平的信号光输入光纤准直器（１）的夹角范围在３０～４５度之间，核心半导体光学元件（６）位于底座平台（７）的中心，其法线与水平的信号光输入光纤准直器（１）的光轴夹角固定，范围在１０～４５度之间，核心半导体光学元件（６）的中间是具有光折变效应的核心半导体材料层（１０），半导体材料层（１０）的两个平面严格平行，厚度为１０↑［－１］ｍｍ量级，两侧的高反射介质膜层（８、９）构成光学谐振腔。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光控多波长选择光开关，属于光通信技术中的光子系统领域。
技术介绍
近年来，电信网上的业务流量不断增长，要求网络能提供越来越宽的带宽。为了满足通信业务对带宽的需求，世界上许多国家采用密集波分复用(DWDM)技术对已铺设的光纤线路进行扩容，使一根光纤上可利用的带宽达到10Tbit/s左右，可以满足长期对传送网带宽的需求。然而，光通信网在各节点上的交换，当前还是采用光-电-光(OEO)技术。由于光/电转换器件响应时间及电子交叉互连(DXC)、上/下路(ADM)设备本身带宽的限制，形成了网络节点的电子速率“瓶颈”，克服电子“瓶颈”的办法是直接进行光信号处理，即建设全光通信网。全光网的实现和光交换技术的发展都依赖于光器件的技术进步，光交换器件是下一代光纤通信网络的核心。光开关是光交换的核心器件，它在光网络中有许多应用场合。光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。光开关可使光路之间进行直接交换，避免了光-电-光的转换过程，不仅节省了费用，而且提高了系统的信噪比。由于光开关能使网络的交换功能直接在光层中完成，所以近年来国内外对光交换的核心器件——光开关的研究也十分活跃。根据控制信号，光开关总体上可分为非光控光开关和光控光开关两大类。由于非光控光开关须先将光信号转换成电信号才能对开关进行操作，对未来的全光网必然是一个瓶颈。为了克服电子“瓶颈”的限制，实现快速的光交换，对光控光开关的研究已成为开辟从光传输、电交换过渡到光传输、光交换新时代的重要研究领域。目前光控光开关的技术主要有Mach-Zehnder型、平面反射型、克尔型、非线性光学环路镜(NOLM)等几种类型。上述几种结构的光开关虽然都实现了高速的光控光开关功能，但是有各自的缺陷，而且都是对所有波长的信号光实行开关作用，不具有波长选择性。具有波长选择性的光开关的相关报道和国内外专利不多。文献有1996年Journal of lightwave technology，Vol.14，No.6，pp.1005。由美国Case Western Reserve University的David A.Smith提出的基于声光效应的波长路由开关，其声波频率为175MHz，开关建立时间为6ms，调谐速度为10ms，边带抑止比为9.3dB，调谐范围为150～300nm，3dB带宽为1nm。开关速度慢和边带抑止比低是其实用化的局限性。相关专利3个，2001年，美国Optical Coating Laboratory的Michael A Scobey等人申请的美国专利US6,320,996，专利技术了“Wavelength Selective Optical Switch”(波长选择开关)，采用一种机械移动窄带滤光膜片方式，实现某一固定波长的选择，其他波长被反射。它的局限性是开关响应速度太低，另外，选择的波长是某一固定的波长。2001年，美国Tellium，Inc和Telcordia Technologies，Inc的Jayantilal Paterl，W.John Tomlinson，Janet Lehr Jackel专利技术的美国专利US6,327,019 “Dualliquid-crystal wavelength selective optical switch”(双液晶波长选择开关)，采用波长色散单元-光栅，极化色散单元Wollaston Prism(渥拉斯顿棱镜)及液晶极化调制器组成。由于采用液晶，其稳定性和响应速度较低。还有，国内专利CN1402032A“可调谐波长选择2×2光开关”采用的是电光效应与光学多次反射相干原理，实现波长选择，其控制信号仍然是电信号，正如前面提到的，这类非光控光开关须先将光信号转换成电信号才能对开关进行操作，对未来的全光网必然是一个瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种易于实施的、具有波长选择性的、多信道同时作用的、插入损耗小的光控光开关，可用于高速的光分组交换或者光突发交换，提高交换矩阵的效率。本专利技术提出的一种新型结构的光控多波长选择光开关，可实现k个波长同时被选择，k可以为1到N之间的任意值，N为一根光纤中同时传输的密集波分复用通道数，使得开关的效率得到提高，适合高速的光分组交换或者光突发交换。本专利技术的光控多波长选择光开关的总体结构分为三个部分一个底座平台，固定在底座平台上的光路准直结构及核心半导体光学元件。光路准直结构部分包括两个信号光输入光纤准直器和两个信号光输出光纤准直器，以及一个控制光输入光纤准直器共五个光路准直器件。核心半导体光学元件由三个部分组成，中间是具有光折变效应的核心半导体材料，半导体材料两个平面严格平行，两侧分别由高反射介质膜层构成光学谐振腔。底座平台是整个光开关的基本平台，信号光的光纤准直器、控制光的光纤准直器以及核心半导体光学元件都固定在同一个底座平台上，核心半导体光学元件位于底座平台的中心。光路准直结构部分的两个信号光输入光纤准直器分别对准相对应的两个信号光输出光纤准直器，每一对信号光输入和输出光纤准直器的光轴严格同光路，两对信号光光纤准直器以底座平台的中心为基点互相垂直。控制光输入光纤准直器的光轴以底座平台中心为基点，与水平的信号光输入光纤准直器光轴的夹角范围在30～45度之间。核心半导体光学元件固定在底座平台的中心，其法线与水平的信号光输入光纤准直器光轴的夹角范围在10～45度之间。本专利技术光控多波长选择光开关的核心光学元件采用一种具有光折变效应的半导体材料。电光晶体都具有光折变效应，例如铁电晶体LiNbO3、BaTiO3、LiTaO3、KnbO3、等铁电氧化物，顺电相晶体Bi12SiO20(BSO)、Bi12GeO20(BGO)、Bi12TiO20(BTO)等立方硅族氧化物以及GaAs、InP、CdTe等半导体材料。由于半导体光折变材料的电光系数相当小、而且半导体光折变材料的工作波长有很宽的选择余地，GaAs、InP和CdTe是近红外光波段工作的最合适材料，这对光通信来说十分重要，另外就光折变灵敏度而言，半导体材料也较高，InP和GaAs的光折变灵敏度要比BSO材料高两倍。因此本专利技术的核心光学元件选用的是具有光折变效应的半导体材料。在光学薄膜工艺方面，分别在核心半导体光学材料的两面镀有高反射介质膜，高反介质膜层是二氧化硅和二氧化钛分别按照四分之一工作波长光学厚度依次交替叠加形成，用于提高开关对波长的选择性能。通过对核心光学元件注入不同功率(毫瓦量级，几十～几百毫瓦)的控制光以改变其折射率大小以及通过改变半导体材料的厚度，从而实现具有多波长选择特性的光控光开关，提高开关的响应速度以及工作效率。底座平台是整个开关的基本平台，由四个部分组成，包括石英基片，上表面的金属层和下表面的介质薄膜层以及金属三角侧板。石英基片采用国家标准JGS3石英材料，上表面的金属层用于光路结构中的两个信号光输入光纤准直器和两个信号光输出光纤准直器以及一个控制光输入光纤准直器与底座平台的激光焊接金属化固定，并有金属三角侧板加固。下表面的介质薄膜层是1060nm增透的介质薄膜，为了使用YAG激光器进行激光焊接金属化固定封装时降低入射激光的菲涅尔反射损失的能量。本专利技术可用于光分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游善红，李新碗，叶爱伦，殷宗敏，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：