光隔离器、光分插复用器和光合束器制造技术

本发明专利技术公开了一种光隔离器、光分插复用器和光合束器，其中，光隔离器包括依次串接的输入波导、含磁光材料的波导光栅和输出波导；光分插复用器包括上述光隔离器、主输入端、第一环路器、第二环路器、主输出端、下载端和上传端，其中，主输入端、第一环路器、光隔离器、第二环路器和主输出端依次串接，上述下载端与第一环路器相连，上述上传端与第二环路器相连。光合束器包括上述光隔离器、第一输入端、第二输入端、含磁光材料的光环路器和输出端，其中第一输入端、光隔离器和输出端串行连接，第二输入端与含磁光材料的光环路器相连。上述光隔离器、光分插复用器和光合束器体积小，机械稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种光隔离器、光分插复用器和 光合束器。
技术介绍
随着光通信技术的快速发展和全光通信网的产业需求，小型化、功能化、 组件化和集成化是光器件发展的必然趋势，而且随着光通信系统规模的扩大， 基于集成光学的光隔离器和环形器为反向隔离、双向传输、多路信道灵活交 换提供了各种可能，如基于波分复用技术的系统容量升级对传统单波长器件 提出了新的要求，要求光学元件不仅能够实现隔离功能，而且能够对多个波 长，尤其是等频率间隔的光波可以同时进行处理，实现这些器件的一般方法 是借助于磁光材料的非互易效应，让光波的模式在前向传输和后向传输之间 产生一个相位偏差，回避光路的可逆性。目前广泛应用于光通信领域的隔离器是一种利用^ 兹光材料的器件，随着 新一代光纤通信系统的不断完善，在光通信系统中具有十分重要作用的体材 料型磁光器件逐渐暴露出体积大、机械稳定性差、难以集成等缺点，因而， 为实现光学处理和通信系统的高密度集成，波导型非互易器件吸引了大量关 注。目前人们把磁光非互易效应引入到各种结构和器件中，如传统波导结构马赫-曾德干涉仪(MZI)、磁光多模干涉器(MMI)、微环等来实现相应的 非互易功能，其中，基于磁光MZI干涉型光隔离器是一最基本型的光隔离器， 在这种结构中，入射光在分支处分成振幅相等、相位相同的两束光，当磁化 方向垂直与光传播方向时，纵向磁波(TM)模将产生非互易现象；选择合适 的波导长度，使磁光效应产生的相移为-2;同时设计合适的两臂长度，使3光经过两臂后的相移差为/2。因此正向传输的光在出分支处的总相移为零， 两光干涉相长；而反向传输的光在出射分支处的总相移为，两光干涉相消， 实现了隔离反向光的功能。另外，利用波长依赖的磁光相位阻滞(Retarder)器 和常规的法拉弟旋转器、半波片等组合，即在常规的基于法拉弟旋转器的分 离光学元件组成的光隔离器中，引入一个波长依赖的^f兹光相位阻滞实现正反 向传输的非互易波长特性。但专利技术人在实现上述技术方案的过程中发现上述MZI干涉型光隔离器 和常规的基于法拉弟旋转器的分离光学元件组成的光隔离器都存在一定缺陷, 如常规的MZI千涉型光隔离器对光波的波长不具有非互易滤波特性，即正反 传输滤波特性中的中心波长一般不会发生偏移，只有当多个这种MZI干涉光 隔离器级联后才能实现中心波长的偏移，且该隔离器体积较大；常规的基于 法拉弟旋转器的分离光学元件组成的光隔离器采用分离光学元件组成，体积 较大，稳定性差。另外，在光信息处理系统(如光通信)中，光分束、合束器件是最常用 的器件，对于光分束器较简单，如Y分叉波导型分束器件，但光合束器尤其 是无泄漏损耗的合束器就不容易实现了。根据光路的可逆性可知，直接利用 一个普通的介质波导型的3dB分束器件反向使用时， 一般不能作为合束器来 使用，因为不管从哪一端输入都不能达到100%合束目的，理论上至少有50 %的光能量在分叉处由于激励高次模而泄漏到衬底，除非两合束的光波具备 相干相长的条件(即波长相同而且相位相等)。对于波长相等或非常相近， 而且相位差无恒定关系的两光束，要实现无泄漏的合束，现有的方法是利用 偏振特性来实现，也就是偏振合束器，但它要求先得将两光束转换为相互正 交的偏振模式。另外，还有基于磁光微谐振腔的多波长光隔离器，该基本结 构是在MZI干涉性的基础上，引入与波长敏感的微谐振环构成，利用磁光谐 振环的环绕模式间的传播常数非互易特性，实现了对多个波长的隔离功能。 但该方案对制作工艺要求高。
技术实现思路
本专利技术提供一种光隔离器、光分插复用器和光合束器，以实现上述隔离 器体积小、稳定性好，光合束器无泄露损耗，且制作工艺简单。本专利技术提供了一种光隔离器，该光隔离器包括依次串接的输入波导、含 磁光材料的波导光栅和输出波导。上述光隔离器，采用半导体平面工艺制作，易集成和规;模化制作，而且 所含元部件少，因而体积较小，机械稳定性好。本专利技术提供了 一种光分插复用器，该光分插复用器包括上述光隔离器、 主输入端、第一环路器、第二环路器、主输出端、下载端和上传端，其中， 主输入端、第一环路器、光隔离器、第二环路器和主输出端依次串接，所述 下载端与第一环路器相连，所述上传端与第二环路器相连。上述光分插复用器在上述光隔离器的基础上，集成了光环路器等设备， 使得该光分插复用器具有体积小、易集成等优点，并且可上载信号波长与下载信号波长不同的可重构的光分叉复用器(ROADM)结构。本专利技术提供了一种光合束器，该光合束器包括上述光隔离器、第一输入 端、第二输入端、含磁光材料的光环路器和输出端，其中第一输入端、光隔 离器、含磁光材料的光环路器和输出端串行连接，第二输入端与含磁光材料 的光环路器相连。上述光合束器在上述光隔离器的基础上，集成了含磁光材料的光环路器 等设备，使得该合束器对波长相同或接近相同、无固定相位关系的光束实现 无泄漏损耗地合束，无需先进行偏振转换；同时，该合束器结构简单，且制 作工艺简单。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明图1为本专利技术光隔离器实施例的结构示意图；图2为本专利技术磁光波导结构实施例一的结构示意图3为本专利技术^磁光波导结构实施例二的结构示意图4为本专利技术实施例中磁光波导和外加磁场位置关系的示意图5为本专利技术实施例中波导光栅的反射和透射特性的示意图6为本专利技术脊型磁光波导实施例的截面图7为本专利技术实施例中正反向传输波长特性的示意图8为本专利技术光分插复用器实施例的结构示意图9为本专利技术实施例中在不同外加磁场下对应的波长特性的示意图;图IO为本专利技术光合束器实施例的结构示意图。具体实施例方式如图1所示，为本专利技术光隔离器实施例的结构示意图，该光隔离器包括依次串接的输入波导111、含磁光材料的波导光栅112和输出波导113。其中，上述含》兹光材料的波导光栅可以为普通介质波导光栅在需要磁光效应部分的波导表面溅射或鍵合(Bonding)磁光材料构成的磁光波导光栅，该种光栅可以通过如下两种方法来获得，第一种方法采用平面光波导回路(PLC)工艺制作普通介质波导光栅，然后在其需要磁光效应部分的波导表面，采用溅射或键合的磁光材料来构成具有非互易特性的磁光波导，上述普通介质波导光栅和磁光波导结合构成磁光波导光栅；第二种方法先制作磁光平面波导，然后采用PLC工艺制作波导光栅结构来实现，如采用SOI材料作为介质波导，下限制Si02层厚度大于1微米，Si波导芯层厚度200 - 350nm，先采用光刻方法制作普通的波导光栅，然后采用键合的方法，在Si表面键合上厚度为300 - 600nm ^兹光材料掺铈(Ce )的钇铁石榴石(Yig)等，形成的磁光波导结构如图2所示。另外，上述含磁光材料的波导光栅为在磨抛掉一侧包层的光纤光栅上溅射或键合磁光材料构成的磁光波导光栅，该波导光栅可以直接在光纤光栅波导上制作，即磨抛掉光纤光栅包层a —侧的大部分，6然后采用賊射或键合的磁光材料来实现，其具体结构如图3所示，所述磁光材料c的厚度h为300-600nm,即所述磁光材料的下表面与距离光纤光栅芯层b最近的切面的距离m可根据所用磁光的材料的折射率不同，选择0-500nm不等。在磁场的作用下，物质的电磁特性如磁导率、介电常数、磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光隔离器，其特征在于包括依次串接的输入波导、含磁光材料的波导光栅和输出波导。

【技术特征摘要】
1、一种光隔离器，其特征在于包括依次串接的输入波导、含磁光材料的波导光栅和输出波导。2、 根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于所述含磁光材料的波导 光栅为直接由^兹光材料构成的磁光波导光栅或普通介质波导光栅在需要》兹光 效应部分的波导表面賊射或键合磁光材料构成的磁光波导光栅。3 、根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于所述含磁光材料的波导 光栅为在磨抛掉一侧包层的光纤光栅上溅射或键合磁光材料构成的磁光波导 光栅。4、 根据权利要求2所述的光隔离器，其特征在于所述波导光栅为脊型》兹 光波导光栅，所述磁光材料为含铈的钇铁石榴石，厚度为300-600im,衬底为 二氧化硅。5、 根据权利要求3所述的光隔离器，其特征在于所述磁光材料的厚度为 300-600nm,所述磁光材料的下表面与距离光纤光栅芯层最近的切面的距离为 0-500nm。6、 一种包含权利要求1-5任一光隔离器的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：操时宜，江晓清，刘仕景，周海峰，杨建义，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]