[发明专利]用于波长选择的声光波导器件和制造声光波导器件方法

说明书

本发明涉及一种用于波长选择的声光波导器件。

声光波导器件的工作是基于沿着在双折射并且是光弹性的材料的基底上形成的光波导传播的光信号与由适当的换能器产生的并且在基底的表面上传播的声波之间的相互作用。

这样一种器件特别适合于用作为一种光滤波器。通过控制声波的频率就有可能调整该滤波器的谱响应曲线，这样就使该滤波器适合于，例如，在光波分复用(optical wavelength-divisionmultplexing)通信系统中用于信道分离，用于调谐在激光腔中的发射波长或在脉冲光通信系统中还原该脉冲的形状。

在一个用波分复用(通常表示成WDM)传输的光通信系统中，若干个信道，即若干个彼此独立的传输信号利用光波长复用在通常由一根光纤构成的同一条线路上的被传送。被传输的信道可以既是数字的又是模拟的并且彼此相区分，因为它们中的每一个与一个特定的波长相联系。为了再次分离单独的信道，要求滤波器必须能够传输以一个信道的波长为中心的一个波长频带并且该频带是足够窄的以阻止相邻的信道。特别地，可调滤波器能够使信道选择被改变从而使系统在不改变元件的联线的情况在被重新配置。

声光滤波器特别适合于这种应用。声光滤波器还能够进行若干个信道的同时选择：如果在基底表面上传播的声波是不同频率的声波的叠加，该滤波器就具有由这些声波的频率决定的对应于不同的波长区间(intervals)的总和的通带。通过适当地选择这些频率。滤波器的通带可以被控制使得它只传输对应于被选择信道的所要求的波长。

在应用物理通讯(Applied Physics Letters)Vol.56，No.3，15/01/90，第209-211页上的由D.A.Smith等发表的文章中描述了一种偏振独立的平面型波导声光滤波器。这种器件(图1A)包括分离入射信号的TE与TM分量的在LiNbO₃(铌酸锂)基底上的一个偏振耦合器，平行于两个分量工作的两个声光偏振转换器和一个重组信号的偏振耦合器。

这种器件的谱传输曲线有一个具有1.3nm带宽的中心峰值和次峰。理论上表明(例如在电子学通讯(Electronics Letters)，Vol.28，No.11，21/05/92，第979-980页上由H.Hermann等报道的)，在上面的文章中所描述的类型的滤波器中，第一次峰不低于-9.4dB的理论极限。

在该文章中所描述的滤波器具有一个单一的声光相互作用级(stage)。这种类型的滤波器在被传输频带之外造成了衰减，于是不足以用于上面所提到的应用。

另外，在通过滤波器时，由于与声波的相互作用的影响，两个偏振方向的分量都经受到波长上的变化，而这对于两个分量是不一样的。

能够制造在双折射并且是光弹性材料的同一个基底上具有第二滤波级的声光滤波器：双级器件表现出特征在于与单级器件相比在通带之外有更大衰减的谱响应曲线并且具有降低了的传输次峰。另外，在双级器件中，第二级可以以对应于声波频率的量补偿在第一级发生的光频率变化，这样就恢复了初始频率。

一种双级平面型波导集成化声光滤波器以本申请人的名字在美国专利5,381,426中公开，它是被提供在有源锁模激光器的谐振腔中被用作受控波长选择滤波器。

以Cheung et al.的名字在美国专利5,002,349中公开了在LiNbN₃基底上的一种平面型波导集成化声光器件。在如图2A所示的一种方案中，这种器件通过在同一基底上装调两个偏振独立的声光滤波器而制成，上述滤波器的每一个包括在声光相互作用级之前与之后的分别用于分离和重组两个TE和TM分量的两个波导偏振分离器。为了校验偏振分离特性，偏振分离器的每一个配有电极；对于每个偏振分离器通过上述电极进行独立的调整。

本申请人注意到在通过这种器件时光信号所受到的衰减是通过单级器件时的两倍，原因是光信号通过了偏振分离器4次。

本申请人还注意到由于校验电极的存在，器件变得复杂，同时需要电气调整与控制电路。

另外，在没有电极的情况下，每个分离器的传输不仅依赖于偏振。还略微依赖于波长，这是由结构公差(construction tolerances)造成的：对于每个分离器，对应于被传输的偏振分量的低衰减波长区间略微不同。通过把若干个分离器串接，总体低衰减带处于各个单独的分离器的低衰减区间的相交处。由于4个偏振分离器相串接，与前面所列的应用的要求相比，这种器件具有过度的衰减或至少是减少了可调区间。