[發明專利]可調諧光濾波器及包含該濾波器的芯片集成器件

有效

• 申請號: 201310290141.7
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103487881B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 馬亞男
• 申請（專利權）人: 馬亞男
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/12;G02F1/01
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

本發明公開一種可調諧光濾波器，包括2x2四端口光波導耦合器，光波導耦合器右側的兩個波導臂上各設有相同的波導反射光柵；當光從左側的入射波導端口輸入，將被平均分光到右側的兩個波導上進行傳輸；傳輸中的波長和波導反射光柵波長相同的光會被光柵反射回來，反向經過2x2光波導耦合器，從耦合器左側的出射波導端口輸出；通過同步改變波導反射光柵處波導的光折射率，使波導光柵反射峰波長同步隨之改變，從而在耦合器左側的波導出射端口的輸出波長被調諧；另外，還公開了包含該可調諧光濾波器的單芯片集成器件。由于器件的實現和集成都是在芯片上進行,可采用成熟的半導體微電子工藝,保證了器件的低成本、小尺寸、高重復性和大規模量產。

技術領域

本發明涉及一種光學濾波器，尤其是涉及一種可調諧光濾波器；另外，本發明還涉及包含該可調諧光濾波器的單芯片集成器件。

背景技術

隨著信息技術的飛速發展和Internet的普及，以IP為代表的數據業務快速增長，用戶對帶寬的需求越來越高，電信業務正逐漸從以傳統的電話為主的窄帶業務向集語音、高速數據和可變視頻為一體的多媒體寬帶業務方向發展。波分復用（WDM）、密集波分復用（DWDM）等技術的應用，將核心網的帶寬提高到Tbps的數量級，全球主干網已基本實現光纖化、數字化、寬帶化。與之相反，與用戶聯系最密切的接入網卻由于技術、設備、成本等因素，發展緩慢，接入速率依舊停留在Mbps。目前的趨勢表明，個人用戶期望在2015年達到1Gb/s的接入速度，到2020年則要達到10Gb/s。最近歐洲已經計劃將住宅用戶的接入速度提到1Gb/s，企業用戶達到10Gb/s;每根支線光纖擁有128-500Gbit/s的總容量與256-1024個光網絡單元（ONU）;接入距離達到20-40公里。因此，傳統的銅線接入已經不能滿足人們對信息的多樣化需求，“最后一公里”的接入部分已成為制約電信發展的瓶頸問題。

從鋪設成本、新業務提供、系統未來擴容和維護等綜合經濟因素考慮，目前看來，最合適的商用化解決方案只能是無源光網絡（PON）光纖接入技術。而其中基于波分復用的無源光網絡（WDM-PON）則是最具吸引力與發展潛力下一代PON技術方案。WDM-PON給用戶和數據中心之間提供了一個虛擬的點對點連接，一方面保持了傳統以太網中點對點傳輸的諸多優勢，另一方面又避免了以太網解決方案所需的基礎設施成本高的問題。同時，因為WDM-PON可以用波分復用(WDM)單元代替無源分束器,可以實現更遠的接入距離和更大的分束比,因此WDM-PON的解決方案能夠提供比時分復用無源光網絡(TDM-PON)更高的鏈路預算。WDM-PON與TDM-PON的結合TWDM-PON(時分復用波分復用的無源光網絡)將會是下一代光接入網的發展趨勢,這將極大地提高接入網的帶寬、速率、穩定性以及靈活性并且降低系統的成本。

TWDM-PON解決方案目前面臨的最大問題是光源問題，對于多波長的需求使得現有PON中的固定波長激光器已經不能滿足其要求。如果每個波長信道配置一個固定波長激光器，這將大大提高光通信網絡的成本，并限制光網絡的擴展和網絡的靈活性。相比于寬帶光源(BLS),反射型半導體光學放大器(RSOA),注入瑣模的FP激光器等方案相比,可調諧激光器因為能夠滿足多個波長信道的要求，擁有非常好的信號質量和傳輸距離等,成為TWDM-PON光源最有前途的選擇。用戶端(ONU）除了可調發射機外,接收器也要求是波長可調的以及它應調諧到任何下游。

低成本的可調發射和接收機器件是TWDM-PON推廣的關鍵。可調諧激光器有DFB和DBR等方案。有幾種可選擇的可調諧濾波器的設計，如硅環諧振器，基于自由空間光學的FP濾波器等。前者由于光學耦合控制的要求面臨制造工藝難和成本的挑戰,而后兩者基于自由空間光學設計,使得它們和芯片形式的可調諧激光發射器的集成非常困難,只能以自由空間光學的混合集成實現，面臨光學校準、組裝工藝復雜、需要機械移動，產品體積龐大及可調諧困難等問題；并且,由于工藝復雜,存在產能和制造成本高等限制。

由于小尺寸封裝和量產的要求，芯片級集成的可調諧激光器和可調諧光濾波器的小尺寸封裝是市場的迫切需求。