[發明專利]基于自零差檢測的自動波長鎖定裝置

有效

• 申請號: 201810298322.7
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN110346874B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 朱慶明;商啟航;姜新紅;張永;邱辭源;蘇翼凱
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于自零差檢測的自動波長鎖定裝置，包括：設置于光子集成芯片上的微環諧振器、用于補償溫度漂移的微加熱器、用于數據信號調制的p?i?n二極管、用于實現兩路光波耦合的帶有移相器的定向耦合器和與之相連的光電探測器以及功率監測電路和控制單元，光信號從微環諧振器的直通輸入端入射，從微環直通端出射，功率監測模塊采集光電探測器的輸出并將當前監控光功率輸出至控制單元，內置波長鎖定算法的控制單元根據當前監控光功率實時計算微加熱器及移相器的期望電壓，并分別輸出控制指令至微加熱器和移相器，形成反饋控制微環諧振波長。本發明能夠大幅提升微環調制器、濾波器的工作波長范圍、工作溫度范圍及工藝誤差容忍度。

技術領域

本發明涉及的是一種光通信領域的技術，具體涉及一種用于對微環器件進行諧振波長控制的裝置，能夠解決傳統微環調制器、濾波器的波長敏感性問題，實現超過一個自由譜寬度的大范圍自動波長對準鎖定，從而大幅提升微環調制器、濾波器的工作波長范圍、工作溫度范圍及工藝誤差容忍度。

背景技術

現有鎖定單環器件基于熱光調節的原理，采用的技術手段包括基于輸出功率監測、基于溫度監測、基于誤碼率監測、基于散射光功率監測以及基于平衡零差監測的波長鎖定，其中基于平衡零差相對而言具有控制電路結構簡單、適用于調制器和濾波器、對光信號強度波動不敏感、不會干擾光信號等優點，但當微環器件用作調制器時，調制信號中的低頻分量會對誤差控制信號造成干擾，并進一步干擾波長鎖定的過程；由于工藝誤差、平衡光電探測器的響應度差異、器件上溫度分布不均等因素，該方案需要對平衡探測的兩個定向耦合器的輸出信號做精確的相位控制以補償相位漂移，卻沒有給出自動的精確相位控制方案，目前是手動控制；由于平衡探測的兩個定向耦合器的輸出信號光強度相差較大，需要平衡光電探測器來生成誤差信號。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種基于自零差檢測的自動波長鎖定裝置，通過光學干涉原理將微環的半程圓周相移鎖定到π的整數倍，從而鎖定微環諧振波長；本發明不需要參考光信號，因此屬于自零差檢測(Self-homodyne)。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于自零差檢測的自動波長鎖定裝置，包括：設置于光子集成芯片上的微環諧振器、用于補償溫度漂移的微加熱器、用于數據信號調制的p-i-n二極管、用于實現兩路光波耦合的帶有移相器的定向耦合器和與之相連的光電探測器以及功率監測電路和控制單元，其中：光信號從微環諧振器的直通輸入端入射，從微環直通端出射，功率監測模塊采集光電探測器的輸出并將當前監控光功率輸出至控制單元，內置波長鎖定算法的控制單元根據當前監控光功率實時計算微加熱器及移相器的期望電壓，并分別輸出控制指令至微加熱器和移相器，形成反饋控制微環諧振波長。

所述的微環諧振器采用全通型微環諧振器，包括：底部直波導和環形反饋波導回路，也可由兩根直波導和一根環形波導組成，其中：微加熱器和p-i-n二極管分別設置于微環諧振器的環形反饋波導回路上并各自依據熱光效應和電光效應調節微環諧振器的諧振波長。

所述的微加熱器無特定形狀結構要求，可用多種結構實現，但其承受的功率調節范圍要能使諧振器的諧振峰熱調超過一個自由頻譜寬度(FSR)。

所述的p-i-n二極管用于高速信號電光調制，可用多種結構/工藝實現，但要能使諧振器的電光調制消光比達到實際應用場景的需求，如30dB、40dB等。

所述的定向耦合器為2×1的Y型耦合器或多模干涉儀(MMI)型耦合器，其交叉耦合系數優選設計得較小，當輸入兩路光信號的相位差為π時，Y型耦合器輸出為零；優選如每個耦合器可耦合出2％功率的光進行控制，以降低功率損失及保持微環的高Q值光譜特性。

所述的移相器，其目的在于通過適當地調整兩臂光信號的相位差，從而補償工藝誤差導致的上下兩臂傳輸波導的長度差影響，及環境溫度的影響。