[發明專利]基于微流體調控的可調諧多路波分復用裝置和復用方法

有效

• 申請號: 201310497484.0
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103529520A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 劉鐵根;江俊峰;于哲;劉琨;陳文杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及納米光子器件的可調諧多路分波器件技術領域。

背景技術

波分復用技術在光通信技術中至關重要。在納米光子器件中，主要采用布拉格反射結構、側耦合納米腔結構、齒狀結構作為濾波器來實現波分復用系統的波長選擇。但是在波分復用系統中，需要多個波長的選擇和輸出，這項功能可由基于多諧振腔技術的波導器件實現，但是這些器件不具有可調控性。想要改變器件的諧振波長，只能通過改變濾波器的幾何尺寸這一途徑，因此波分復用器的每一路只能輸出特定的某一個波長。如果需要波分復用器具有多個波長的輸出，則系統結構的復雜度將會大大增加。

實現波長調控的方法很多，主要是把波導結構與電光材料、熱光材料、半導體以及全光材料復合，以電光、熱光、載流子遷移、光克爾等效應對結構中傳輸的光波長進行調控。但是各種材料在復合的使用中分別存在以下缺陷，以下為三種常用復合材料的缺陷：

1）電光材料的電光系數一般都極小，如常用的鈮酸鋰晶體（LiNbO₃）的電光系數(dn/dE)只有1.6*10^-10m/V，因此如果想要使電光材料的折射率大范圍的變化，必須要使其處在極大的電場強度下。以鈮酸鋰晶體為例，若要使其折射率改變千分之一，也必須使場強達到10⁷m/V的量級。在這樣大的場強下，有可能會擊穿材料，導致器件損壞；

2）熱光材料的熱光系數（dn/dT）一般在10^-4K^-1，如果想要很大程度的改變材料的折射率就需要實現幾百度甚至上千度的高溫，這在實現上也有一定的困難；

3）光折變晶體也只有在極強的入射光下才能較大程度的改變折射率，如果入射光強不夠大，則只能在很小的范圍內對波長進行調控。所以需要尋求更好的方法來實現可控波導器件。

發明內容

為了克服現有技術存在的問題，本發明提出了一種基于微流體調控的可調諧多路波分復用裝置和方法，綜合了多路波分復用波導結構和微流體調控技術的優點，采用微流體調控技術對表面等離子體光波導的輸出波長進行調控，通過控制波導諧振腔內注入流體液柱的長度來改變等效腔長，進而控制諧振波長和輸出波長，由于利用了液體等效折射率大的特點，使得可調控的波長范圍極大的增加；同時由于液柱長度可控制，所以可以獲得精確的輸出波長；并且，這種波分復用裝置每一路的輸出波長不是固定的，多個波長的復用可以只通過少數幾路做到，這極大的減小了波分復用裝置的體積。。

本發明提出了一種基于微流體調控的可調諧多路波分復用裝置，該裝置包括寬帶光源1、輸入光纖2、輸入薄膜耦合器3、波導襯底4、激發光注入波導5、耦合波導6、表面等離子體諧振腔7、微流體通道8、微流體調控裝置9、輸出波導10、輸出薄膜耦合器11、輸出光纖12、光開關13、光開關輸出光纖14以及光譜分析裝置15；其中：

寬帶光源1發出的光經過輸入光纖2到達薄膜耦合器3后分為兩束，一部分光滿足諧振條件mλ＝2nL的波長被耦合入激發光注入波導5中形成表面等離子體波，其中m為諧振波數，λ為等離子體諧振腔的諧振波長，n為諧振腔內等效折射率，L為腔長；另一部分無法耦合入諧振腔的光被沉積在襯底4上的激發光注入波導5衍射；在傳輸到耦合波導6后，表面等離子體波被分成兩束沿各自的耦合波導6進行傳輸；在耦合波導6與表面等離子體諧振腔7的連接處，符合諧振條件的波長被耦合入表面等離子體諧振腔7，其余的波長被耦合波導6的端面反射；微流體調控裝置9通過微流體通道8向表面等離子體諧振腔7中注入流體，控制流體的液柱長度以及種類；微流體調控裝置9中的等離子體波耦合入輸出波導10中，并傳輸到輸出薄膜耦合器11，耦合入輸出光纖12中；光開關13對多路輸入進行選通，將選通的一路信號通過光開關輸出光纖14傳導到光譜分析裝置15中進行光譜分析；

所述諧振腔的腔長通過注入流體進行調控，滿足

mλ＝2n₁L₁+2n₂L₂，

其中n₁為所通入流體折射率，L₁為流體液柱長度，n₂為腔中未注入流體的空氣柱折射率，L₂為空氣柱長度。

所述表面等離子體諧振腔7采用由多個諧振腔構成的表面等離子體諧振腔陣列構成多路輸出，每一路都通過微流體調控裝置進行調控。

對于所述由多個諧振腔構成的表面等離子體諧振腔陣列多路耦合波導輸出，有多個輸出薄膜耦合器進行收集。