專利名稱：一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域中的全光信號(hào)處理技術(shù)，具體涉及一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片。
背景技術(shù)：
在波分復(fù)用的光通信網(wǎng)絡(luò)中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換是解決波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)重新利用和無阻塞波長(zhǎng)路由的關(guān)鍵技術(shù)。它將需要進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的泵浦光信號(hào)載有的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到另一路與泵浦光信號(hào)波長(zhǎng)不同的探測(cè)光信號(hào)上，如圖I所示，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的第一光輸入端輸入波長(zhǎng)為λ_ρ的載有數(shù)字信號(hào)的脈沖光作為泵浦光，同時(shí)在第二光輸入端輸入波長(zhǎng)為Aprobe的連續(xù)光作為探測(cè)光，在輸出端可獲得波長(zhǎng)為λ 的載有數(shù)字信號(hào)的探測(cè)光，該 數(shù)字信號(hào)與泵浦光所載有的數(shù)字信號(hào)一致，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)為光-電-光型的結(jié)構(gòu)，它將需要進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的光信號(hào)先轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再用電信號(hào)調(diào)制所需波長(zhǎng)的激光器從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。光-電-光型的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置采用的原理比較簡(jiǎn)單，但主要缺點(diǎn)是功率消耗大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且經(jīng)過光-電-光轉(zhuǎn)換后，原先光信號(hào)的相位，幅度等信息會(huì)丟失，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的完全透明傳輸，且最高速率受限于電子瓶頸。全光結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置因能夠成功克服速率瓶頸，提高網(wǎng)絡(luò)的透明性，并具有功耗低、體積小的特點(diǎn)，是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)。R. J. Manning等人在文獻(xiàn)“Manning R J, et al. Cancellation of Non-Linear Patterning in SemiconductorAmplifier Based Switches[C]. // Optical Society of America. Whistler, Canada,2006: paper OTuCl. ”中提出了一種采用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的半導(dǎo)體光放大器和一個(gè)可調(diào)諧濾波器組成的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，如圖2所示，包括一個(gè)光功率耦合器、第一半導(dǎo)體光放大器、可調(diào)諧濾波器和第二半導(dǎo)體光放大器。該裝置利用第二個(gè)半導(dǎo)體光放大器的自身增益效應(yīng)來消除第一半導(dǎo)體光放大器所產(chǎn)生的碼型效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高速全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，并利用可調(diào)諧濾波器將泵浦光濾除。該方案由于需要可調(diào)諧濾波器將泵浦光濾除，但是現(xiàn)在所用的濾波器都屬于無源器件，而半導(dǎo)體光放大器屬于有源器件，二者很難集成在一起，這就導(dǎo)致波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置體積較大，無法實(shí)現(xiàn)集成化，小型化，產(chǎn)品化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速度快、體積小、易于集成的基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，其旨在解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置需要可調(diào)諧濾波器將泵浦光濾除，而現(xiàn)有的濾波器都屬于無源器件、半導(dǎo)體光放大器卻是有源器件，二者很難集成在一起，這就導(dǎo)致波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置體積較大，無法實(shí)現(xiàn)集成化、小型化和產(chǎn)品化。為了解決上述技術(shù)問題，達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，包括半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀，所述半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個(gè)芯片；所述半導(dǎo)體光放大器的輸入端經(jīng)光纖連接有一光功率耦合器，所述延遲干涉儀連接有光纖，該光纖為集成芯片的輸出端。作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，所述光功率耦合器有兩個(gè)輸入端，波長(zhǎng)為λρ_的載有數(shù)字信號(hào)的脈沖光作為泵浦光從光功率稱合器的第一輸入端輸入，波長(zhǎng)為λΡΜ)Μ的連續(xù)光作為探測(cè)光從光功率耦合器的第二輸入端輸入，泵浦光和探測(cè)光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導(dǎo)體光放大器，半導(dǎo)體光放大器將波長(zhǎng)為λρ_的泵浦光上載有的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為的探測(cè)光上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后信號(hào)經(jīng)過陣列波導(dǎo)光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號(hào)變?yōu)榕c原始信號(hào)同相位，從集成芯片的輸出端輸出。本發(fā)明的工作原理為
本發(fā)明為一種基于半導(dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換芯片，與傳統(tǒng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換芯片相比，它增加了一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵，利用陣列波導(dǎo)光柵的藍(lán)移濾波作用，提取超快的瞬態(tài)啁啾躍變動(dòng)態(tài)過程，大幅度加快了半導(dǎo)體光放大器的增益有效恢復(fù)，提升了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的速度。本發(fā)明利用半導(dǎo)體光放大器中的交叉增益調(diào)制效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出的探 測(cè)光信號(hào)會(huì)與泵浦光信號(hào)反相，例如，如果泵浦光信號(hào)是一系列的正脈沖數(shù)字信號(hào)，則輸出的探測(cè)光信號(hào)就是一系列的負(fù)脈沖數(shù)字信號(hào)，所以利用延遲干涉儀實(shí)現(xiàn)反相功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
一、實(shí)現(xiàn)了高速的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的芯片集成，同時(shí)利用陣列波導(dǎo)光柵作為濾波器，利用瞬態(tài)啁啾躍變效應(yīng)，大大提高了半導(dǎo)體光放大器的增益有效恢復(fù)時(shí)間。二、本發(fā)明為一種全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換芯片，克服了電子速率瓶頸，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和透明性，減少了裝置能耗；本發(fā)明也可以說是一種已經(jīng)制成集成芯片的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，其半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵和延遲干涉儀可集成于同一半導(dǎo)體基片上，克服了以往全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置體積較大，難以集成的困難，從而具有體積小、易于集成的特點(diǎn)。整個(gè)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片的尺寸可小至4. 5_X2mm，可應(yīng)用于下一代光網(wǎng)絡(luò)的路由系統(tǒng)中。


圖I是全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖。圖2是現(xiàn)有的一種基于半導(dǎo)體光放大器的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置示意圖。圖3是本發(fā)明提供的一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片的掩膜圖。圖4是160Gb/s的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換下，本發(fā)明輸出端的仿真信號(hào)結(jié)果。附圖標(biāo)記為I是波長(zhǎng)為λ pump的泵浦光、2是波長(zhǎng)為λ probe的探測(cè)光、3是波長(zhǎng)為Aprabe的輸出探測(cè)光、4是光功率耦合器，5是半導(dǎo)體光放大器，6是陣列波導(dǎo)光柵，7是延遲干涉儀。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，包括半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀，所述半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個(gè)芯片；所述半導(dǎo)體光放大器的輸入端經(jīng)光纖連接有一光功率耦合器，所述光纖干涉儀連接有光纖，該光纖為集成芯片的輸出端。波長(zhǎng)為λρ_的載有數(shù)字信號(hào)的脈沖光作為泵浦光從光功率耦合器的一個(gè)輸入端輸入，波長(zhǎng)為Xprobe的連續(xù)光作為探測(cè)光從光功率耦合器的另一個(gè)輸入端輸入，泵浦光和探測(cè)光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導(dǎo)體光放大器。半導(dǎo)體光放大器將波長(zhǎng)為λ p-的泵浦光上載有的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為λ 的探測(cè)光上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后信號(hào)經(jīng)過陣列波導(dǎo)光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號(hào)變?yōu)榕c原始信號(hào)同相位，從輸出端輸出。
實(shí)施例在下述具體參數(shù)下，對(duì)本發(fā)明提供的基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行了模擬仿真。半導(dǎo)體光放大器的有源區(qū)長(zhǎng)度為1mm，載流子壽命為60ps，工作電流為400mA，模式損耗為17cm ―1，TE模限制因子為0.2，TM模限制因子為0.14;泵浦光為 波長(zhǎng)λ_Ρ為1550nm、工作速率為160Gb/s、脈沖寬度為2ps、脈沖峰值功率為20mW的高斯脈沖光；探測(cè)光為波長(zhǎng)Xprobe為1565nm，平均功率為ImW的直流光。陣列波導(dǎo)光柵的工作波段為1550nm，通帶間距是200GHz，邊帶抑制比20dB。延遲干涉儀的延時(shí)時(shí)間為2ps。上述具體實(shí)施方式
實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)從波長(zhǎng)1550nm到1565nm的轉(zhuǎn)移，完成了全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，可達(dá)到160Gb/s的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速率。圖4是從延時(shí)干涉儀輸出的反相波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后信號(hào)。從仿真結(jié)果可以看出，能夠?qū)崿F(xiàn)160Gb/s的工作速率。下一代光網(wǎng)絡(luò)的路由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要小型化、集成化、超高速的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件。從本發(fā)明的具體實(shí)施例可知，本發(fā)明提出的基于半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵以及延遲干涉儀的超高速全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成結(jié)構(gòu)能夠滿足未來路由系統(tǒng)對(duì)超高速、小型化、集成化器件的要求。因此，本發(fā)明提出的基于瞬態(tài)啁啾躍變的高速全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成結(jié)構(gòu)能夠?yàn)橄乱淮饩W(wǎng)絡(luò)的路由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供有力的推動(dòng)作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，包括半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀，所述半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個(gè)芯片；所述半導(dǎo)體光放大器的輸入端經(jīng)光纖連接有一光功率耦合器，所述延遲干涉儀連接有光纖，該光纖為集成芯片的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，所述光功率稱合器有兩個(gè)輸入端，波長(zhǎng)為λρ_的載有數(shù)字信號(hào)的脈沖光作為泵浦光從光功率稱合器的第一輸入端輸入，波長(zhǎng)為λ P!·—的連續(xù)光作為探測(cè)光從光功率稱合器的第二輸入端輸入，泵浦光和探測(cè)光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導(dǎo)體光放大器，半導(dǎo)體光放大器將波長(zhǎng)為λ ρ_的泵浦光上載有的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為Xprabe的探測(cè)光上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后信號(hào)經(jīng)過陣列波導(dǎo)光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號(hào)變?yōu)榕c原始信號(hào)同相位，從集成芯片的輸出端輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片，屬于光電子領(lǐng)域，該集成芯片包括半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀，所述半導(dǎo)體光放大器、陣列波導(dǎo)光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個(gè)芯片；所述半導(dǎo)體光放大器的輸入端經(jīng)光纖連接有一光功率耦合器，所述延遲干涉儀連接有光纖，該光纖為集成芯片的輸出端。本發(fā)明利用半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，將泵浦光上的信號(hào)調(diào)制到另一不同波長(zhǎng)的探測(cè)光上；利用陣列波導(dǎo)光柵的藍(lán)移濾波作用，提取超快的瞬態(tài)啁啾躍變動(dòng)態(tài)過程，克服較慢的半導(dǎo)體光放大器增益恢復(fù)時(shí)間對(duì)工作速率的限制，提升波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的速度，具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速度快、體積小、易于集成等特點(diǎn)。整個(gè)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換集成芯片的尺寸可小至4.5mm×2mm，可應(yīng)用于下一代光網(wǎng)絡(luò)的路由系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G02F1/35GK102841479SQ20121037411
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月7日
發(fā)明者劉永, 王蕾, 陳立功, 張雅麗, 張尚劍, 陸榮國(guó) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)