[发明专利]锥光纤环形腔光梳状波分复用器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于光导和其它光学元件的装置，尤其属于有多波长选择分复用功能装置的锥光纤环形腔光梳状波分复用器及其制造方法。

背景技术

本发明所述的光梳状波分复用器(Optical Comb-add/drop multiplexer，OCADM)是一种用在光纤通信中密集波分复用(DWDM)系统的光学路由器(Optical router)，是一种光无源器件。利用光梳状波分复用器可以提高光纤通信密集波分复用信道数量，它可以在现有滤波器带宽的基础上，进一步降低信道间隔，提高系统信道密集度。光梳状波分复用器的解复用功能是可把单组输入密集波分复用(或光频分复用OFDM)光信号分解成两组光信道输出，其中一组为等间隔的光信道输出；光梳状波分复用器的复用功能是解复用功能的逆过程，是把两组信道互为相间且其中一组为等间隔的DWDM光信号复合为一组信号。

现有的光交叉波分复用器(Interleaver)6如图1所示，仅能把单组输入密集波5分成奇偶两组等间隔方式光信道输出，或将奇偶两组等间隔方式光信道输入复合为一组信号输出。

目前光交叉波分复用器主要有三种：全光纤马赫-曾德尔干涉仪型(Allfiber Mach-Zehnder interferometer)、麦克尔逊干涉仪(Michelsoninterferometer)加GTR(Gires-Tournois Resonator)型和利用偏振光干涉的双折射晶体型。其中基于双折射晶体设计光交叉波分复用器是目前实现光交叉复用/解复用功能的重要途径，它是利用晶体的双折射和偏振光的干涉原理来实现的。目前商用化的光交叉波分复用器(Interleaver)是基于钒酸镱(YVO₄)双折射晶体设计的，这种商用的双折射晶体型光梳状波分复用器具有体积较大、结构复杂、与光纤的耦合效率低而光损耗较大(1.5--1.8dB)、成本高等缺点。采用全光纤设计MZI型的优势在于结构简单、具有较低的偏振相关损耗和附加损耗，但它存在的主要问题是隔离度小、温度稳定性差而很难达到实际应用。

为了得到较大的信道间隔，光梳状波分复用器可串接使用，图2表示了由三个光交叉波分复用器按两级结构串联放在一起的输入输出关系。其中图右两个光交叉波分复用器输入输出信道间隔分别是图左光交叉波分复用器输入输出信道间隔的两倍。假如最左边输入光信号信道间隔是50GHz，则经第一级光交叉波分复用器后信道间隔变为100GHz，再经过第二级光交叉波分复用器后在最右边输出光信号信道间隔变为200GHz，从而大大减低原输入信道间隔50GHz光信号的接收和处理的技术难度。当然，光交叉波分复用器还可以三级甚至四级串放，但其插入损耗较大，实际应用较为少见。

发明内容

本发明目的在于克服目前光交叉波分复用器的缺点，提供一种耦合效率较高、光损耗较小、性能更佳、可光集成化的、并可工业化生产的、替代现有商用光交叉波分复用器的锥光纤环形腔光梳状波分复用器，并提供其制造方法。

本发明所采用的技术方案为一种锥光纤环形腔光梳状波分复用器，其结构要点在于它包括光纤、环形腔，环形腔水平中截面的外径大于光纤的直径，每根光纤拉成中部细的锥型，形成锥光纤，光纤与环形腔间隔布置，相邻两条光纤的锥腰与环形腔水平中截面的外圆相切。

本发明的工作原理为：

光学介质环形腔内部存在着一系列特别高品质因子(Q值)(可达1×10⁸)和非常小模式体积的回廊模，简称WG模，这些WG模式的频率与环形腔的尺寸、介质折射率有关，当耦合到环形腔WG模的信号光波为其形貌特征谐振谱时，就与环形腔形成共振，能耦合入/出环形腔。但WG模式所对应的近球表面的光场分布却是一倏逝波，不为传播波。因此，若信号光波以平面波方式直接照射环形腔谐振器，由于很大部分光穿过环形腔而没能耦合到WG模式中，因而耦合效率很低。锥光纤(特别是锥腰直径为1-3微米的)是一种近场耦合器，它产生倏逝波，能与环形腔的WG模式有很高的耦合效率，这样将锥光纤与环形腔相组合就构成了一种高效窄带滤波器。通过测试得知，对谐振波长锥光纤与环形腔间光的耦合效率可达90％。

为了使光纤和环形腔有一良好的固定，本发明还设计了一个承载基片，将环形腔直接制在承载基片上，在承载基片上制有若干条平行的能容纳光纤的V型槽，两V型槽中心间距为环形腔的外环直径与锥光纤的锥腰直径的和，锥光纤固定于V型槽中，在两V型槽之间的中部制有一个环形腔，相邻两条光纤的锥腰与环形腔水平中截面的外圆相切。