專利名稱：目鏡器件和使用該目鏡器件的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地，涉及一種目鏡器件(Eye Piece)以及一種使用該 目鏡器件和平面光波導(dǎo)(PLC)器件的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，在該色散補(bǔ)償器中，目鏡器件對(duì) 于可調(diào)諧性來說是關(guān)鍵的。
背景技術(shù)：
光網(wǎng)絡(luò)需要色散補(bǔ)償，而可調(diào)諧性是可重配置或靈活網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。當(dāng)前的可調(diào)諧 方法盡管能夠?qū)ι⒌牧窟M(jìn)行調(diào)諧，然而其不能對(duì)光纖在特定波長范圍(例如C頻段)上 的色散斜率進(jìn)行補(bǔ)償，這對(duì)于DWDM系統(tǒng)來說是嚴(yán)重的問題。傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償器使用特別設(shè)計(jì)的光纖(它們是昂貴的)，并且不能夠被調(diào)諧。下 一代光網(wǎng)絡(luò)需要更為廉價(jià)和靈活的器件，因而期望具有可調(diào)諧性和可重配置性。可調(diào)諧色 散補(bǔ)償是實(shí)現(xiàn)下一代光網(wǎng)絡(luò)的靈活性的一個(gè)妨礙因素。已經(jīng)開發(fā)出了一些可調(diào)諧的色散補(bǔ) 償模塊(例如布拉格光柵(FBG)和基于標(biāo)準(zhǔn)具的DCM)，但是它們并不令人滿意，原因是它 們不能對(duì)用于電信的光纖的色散斜率進(jìn)行補(bǔ)償(參見參考文獻(xiàn)1 =Christopher R. Doerr, Optical compensation of system impairments,5-lOMarch 2006, OFC 2006)。圖1示出了進(jìn)入光纖101之前(100)、離開光纖101之后進(jìn)入色散補(bǔ)償器102之前 (120)以及離開色散補(bǔ)償器102之后(140)的光脈沖100、120和140。光脈沖由不同的顏 色分量組成。當(dāng)穿過諸如單模光纖(參見圖1中的101)的介質(zhì)時(shí)，光的不同分量具有不同 的速度，因而在經(jīng)過一段距離后，這些顏色分量發(fā)生色散，而且色散的程度與介質(zhì)中的傳播 距離成比例(參見圖1中的120)。不同顏色分量的色散導(dǎo)致光脈沖的形狀“失真”，由此使 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能發(fā)生惡化。對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償能夠恢復(fù)“失真的”光脈沖，因而能夠改善 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。未來的光網(wǎng)絡(luò)需要可重配置性，這是因?yàn)楣饷}沖所需的傳播距離可能隨著不同的 網(wǎng)絡(luò)配置而改變。這樣，要補(bǔ)償?shù)纳⒌牧恳矐?yīng)當(dāng)是可重配置的或可調(diào)諧的。具體地，圖2是示出了在靈活的光網(wǎng)絡(luò)中使用可調(diào)諧色散補(bǔ)償器(TCDC)的示意 圖。如圖2所示，當(dāng)光路由器201把網(wǎng)絡(luò)傳輸配置從第一配置A至B改變?yōu)榈诙渲肁至 C時(shí)，傳輸距離也會(huì)從A-B改變?yōu)锳-C，在這種情況下，需要可調(diào)諧色散補(bǔ)償器(TCDC) 202來 實(shí)現(xiàn)可重配置性。圖3示出了可調(diào)諧色散補(bǔ)償器(TCDC) 202的總體示意圖。單信道TCDC 202主要 包括色散光柵301、望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)(302和303)、單模波導(dǎo)304以及切向耦合光柵305。色散光 柵301使光色散為小的角度，由物鏡302和目鏡器件303組成的望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒃摻嵌?放大f。/fe倍，其中f。和fe分別是物鏡和目鏡器件303的焦距。離開目鏡器件303的光將 被弧形切向耦合光柵305耦合至弧形單模波導(dǎo)304。這樣，在離開尾纖(pigtail)之后，不 同的顏色經(jīng)歷不同的延遲，從而色散得以補(bǔ)償。如果弧的半徑是r，色散角度是2 θ，那么能 夠被補(bǔ)償?shù)淖畲笊⒕嚯x是2r θ。如上文所述，“最大補(bǔ)償色散距離”是
可以通過改變?nèi)鐖D3中所示的望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)(302和303)的放大倍數(shù)來調(diào)諧被補(bǔ)償 的色散的量。在本方案中，物鏡302的焦距是固定的，因此具有可變焦距的可變形鏡可以用 作目鏡器件303。Chris R. Doerr提出了一種使用壓電致動(dòng)器的可變形鏡(參見參考文獻(xiàn)2 C. R. Doerr 等人，40-Gb/s coloriess tunable dispersion compensator with 1000-ps/ nm tuning range employing a planar lightwave circuit and a deformable mirror, 6-IOMarch 2005，OFC 2005)。本發(fā)明旨在克服未來的動(dòng)態(tài)可重配置光網(wǎng)絡(luò)的“可調(diào)諧DCM”的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種目鏡器件和一種使用該目鏡器件的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器， 用在光網(wǎng)絡(luò)中，以克服未來的動(dòng)態(tài)可重配置光網(wǎng)絡(luò)的“可調(diào)諧DCM”的上述問題。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，包括 由第一金屬制成的第一條帶；由第二金屬制成的第二條帶，第二條帶附加到第一條帶；加 熱器/制冷器，附加到第二條帶，用于加熱/冷卻第一條帶和第二條帶；以及可調(diào)諧定位桿， 附加到加熱器/制冷器，用于保持目鏡器件在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的位置，其中，第一金屬 和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數(shù)，使得目鏡器件的形狀響應(yīng)于溫度的改變而從第一形 狀改變?yōu)榈诙螤?。?yōu)選地，第一形狀是凹面形且第二形狀是凸面形，或第一形狀是凸面形而第二形 狀是凹面形。優(yōu)選地，第一金屬的膨脹系數(shù)小于第二金屬的膨脹系數(shù)?？蛇x地，，第一金屬的膨 脹系數(shù)大于第二金屬的膨脹系數(shù)。優(yōu)選地，第一金屬適合于反射要進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL范圍內(nèi)的光?？蛇x地，所述目 鏡器件還包括附加到第一條帶上的反射膜，該反射膜適合于反射要進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL 范圍內(nèi)的光。優(yōu)選地，加熱器/制冷器是熱電效應(yīng)制冷器。優(yōu)選地，可調(diào)諧定位桿是壓電換能器或由具有較大熱膨脹系數(shù)的第三金屬制成。 更優(yōu)選地，第三金屬與第二金屬相同。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，包括根據(jù)本發(fā)明的目鏡 器件。優(yōu)選地，所述可調(diào)諧色散補(bǔ)償器還包括物鏡；弧形切向耦合器；弧形單模波導(dǎo)； 以及色散光柵；其中，在色散光柵處將輸入光色散至物鏡，物鏡的焦平面與目鏡器件重疊， 目鏡器件大體上位于弧形切向耦合器的中心，而弧形單模波導(dǎo)平行于弧形切向耦合器，以 及弧形切向耦合器把光切向地耦合至弧形單模波導(dǎo)中。優(yōu)選地，所述可調(diào)諧色散補(bǔ)償器還包括粗分光柵，其中色散光柵由信道光柵陣列 形成，使得輸入光首先在粗分光柵處根據(jù)不同的信道而色散，然后被投射到信道光柵陣列 上。優(yōu)選地，所述可調(diào)諧色散補(bǔ)償器還包括加熱器/制冷器，該加熱器/制冷器附加在信道光柵陣列上，并且被控制為產(chǎn)生沿著信道光柵陣列進(jìn)行色散斜率補(bǔ)償所需的溫度分 布。更優(yōu)選地，該溫度分布是沿著信道光柵陣列線性增大/減小的溫度分布。


根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的具體描述，本發(fā)明的上述和其他 方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯，在附圖中圖1(上文已經(jīng)描述)是示出了發(fā)生色散和被恢復(fù)的光脈沖的示意圖；圖2(上文已經(jīng)描述)是示出了在靈活的光網(wǎng)絡(luò)中使用TCDC的示意圖；圖3 (上文已經(jīng)描述)示出了可調(diào)諧色散補(bǔ)償器(TCDC)的總體示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明在望遠(yuǎn)鏡中設(shè)置的可調(diào)諧目鏡器件；圖5示出了把來自(望遠(yuǎn)鏡的)目鏡器件的色散光切向耦合至單模波導(dǎo)；圖6示出了多信道TCDC的總體示意圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)附圖來描述本發(fā)明。在下文的描述中，一些具體的實(shí)施例僅用于描述的 目的，不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本發(fā)明的限制，而是本發(fā)明的例子。盡管可能會(huì)使本發(fā)明的理解變 得模糊，然而下文將省略傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明在望遠(yuǎn)鏡中設(shè)置的可調(diào)諧目鏡器件403。如圖4中所示，目 鏡器件403是由金屬A制成的凹面鏡4031，并且被附加到由金屬B制成的條帶4032上，其 中金屬A和金屬B具有不同的熱膨脹系數(shù)。例如，金屬A可以具有較小的熱膨脹系數(shù)，而金 屬B可以具有較大的熱膨脹系數(shù)。例如，金屬A是鐵(Fe)而金屬B是銅(Cu)，因此當(dāng)目鏡 器件403被加熱時(shí)，其將會(huì)從凸面鏡變?yōu)榘济骁R；而當(dāng)目鏡器件403被冷卻時(shí)，其將會(huì)從凹 面鏡變?yōu)橥姑骁R?；蛘?，可選地，金屬A可以具有較大的熱膨脹系數(shù)，而金屬B可以具有較 小的熱膨脹系數(shù)，例如銅(Cu)用作金屬A而鐵(Fe)用作金屬B。因此，當(dāng)目鏡器件403被 加熱時(shí)，其將會(huì)從凹面鏡變?yōu)橥姑骁R；而當(dāng)目鏡器件403被冷卻時(shí)，其將會(huì)從凸面鏡變?yōu)榘?面鏡。此外，應(yīng)當(dāng)注意，金屬A(例如金(Au))或其上形成的反射膜(例如金(Au)膜)(未示 出)適合于對(duì)要進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL范圍內(nèi)的光進(jìn)行反射。TEC(熱電效應(yīng)制冷器Thermal Electric Cooler) 4033在金屬A相對(duì)一側(cè)附加在金屬條帶B上。當(dāng)被TEC 4033加熱或冷 卻時(shí)，凹面鏡的焦距(或半徑)將會(huì)由于金屬條帶A和金屬條帶B的不同膨脹而改變。當(dāng) 目鏡器件403從凹面鏡轉(zhuǎn)變?yōu)橥姑骁R時(shí)，被補(bǔ)償?shù)纳⒌姆?hào)將由正變?yōu)樨?fù)?？烧{(diào)諧的定 位桿4034附加到目鏡器件上，其長度可通過電裝置(例如，PZT(壓電換能器))或熱裝置 (例如，具有大的熱膨脹系數(shù)的金屬和TEC的組合)而改變?？烧{(diào)諧定位桿4034的目的是 保持圖3中所示的望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)(302和303)的良好調(diào)諧，或者換句話說，保持物鏡302和目 鏡器件303的焦平面在目鏡器件303的焦距發(fā)生變化時(shí)良好地重疊。圖5示出了目鏡器件503和平面光波導(dǎo)(PLC)器件(5001-5005)，其中來自(望 遠(yuǎn)鏡的)目鏡器件503的色散光被切向耦合至單模波導(dǎo)5004。切向耦合光柵5003被設(shè)計(jì) 為對(duì)光進(jìn)行切向耦合，或者換句話說，輸出與入射光垂直的光，從而離開光柵5003的光將 會(huì)進(jìn)入平行于光柵5003本身的單模波導(dǎo)5004。據(jù)報(bào)導(dǎo)，這種光柵耦合器具有60 70%的 華禹合效率(參見參考文獻(xiàn) 3 禾口 4 :Van Laere，等人，Compact grating couplers betweenoptical fibers and Silicon-on—lnsulator photonic wire waveguides with 69 % coupling efficiency, 5-10March 2006, OFC 2006 -MR Bin Wang ^A, Compact slanted grating couplers, 26July 2004，Vol. 12，No. 15，Optics Express 3313)。另夕卜，圖 5 中所 示的目鏡器件503相對(duì)于弧形切向耦合光柵5003的相對(duì)定位是目鏡器件503大體上位于 弧的中心，即，始終位于與弧形切向耦合光柵5003相距半徑“r”的位置處。圖6示出了多信道TCDC的總體示意圖。圖6中描繪了三信道TCDC600。信道的 數(shù)目可以更大，例如40或更大。與單信道TCDC 202相比，多信道TCDC 600的不同之處在 于其使用“粗分光柵(coarse grating) 6001”對(duì)來自輸入光的信道進(jìn)行色散，并且該信道 將會(huì)被投射到光柵陣列601上，而不是單信道TCDC 202中的僅僅一個(gè)光柵301上。多信道 TCDC 600的其他部分與單信道TCDC 202具有相同的設(shè)計(jì)。光柵陣列601上的所有光柵能 夠并行地對(duì)信道的中心波長進(jìn)行衍射。因此，所有信道共享望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)(302和303)的焦 平面上的相同成像區(qū)域?？梢钥刂菩诺拦鈻抨嚵?01上的TEC 6002來產(chǎn)生沿著光柵陣列 601的期望的溫度分布(梯度)，例如線性增大/減小的溫度分布，這可以改變光柵周期，從 而獲得電信系統(tǒng)中需要的斜率補(bǔ)償。因此，根據(jù)本發(fā)明，所提出的TCDC可以實(shí)現(xiàn)如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1.可調(diào)諧可以通過附加到目鏡器件的TEC來調(diào)諧目鏡器件的焦距，從而調(diào)諧 被補(bǔ)償?shù)纳⒌牧俊＠?，如? θ = ？工/^且^· = 200mm，則色散長度是L = 2r θ = 2 X 200mmX π /4 = 0. 314m，假定波導(dǎo)中的光速是V = 2 X 108m/s且有效帶寬是B = 0. 5nm， 則被補(bǔ)償?shù)纳⒌牧渴荂D = L/(BXV) = 0. 314/(0. 5X2X108) = 3140pS/nm，被補(bǔ)償?shù)纳?散的符號(hào)由目鏡器件來決定，當(dāng)目鏡器件是凹面鏡時(shí)，符號(hào)為正；當(dāng)目鏡器件是凸面鏡時(shí)， 符號(hào)為負(fù)。2.多信道操作適用于DWDM系統(tǒng)的色散補(bǔ)償，例如，可以設(shè)計(jì)80-光柵陣列，用于 具有80個(gè)信道的DWDM系統(tǒng)。3.斜率補(bǔ)償可以通過沿著信道光柵陣列引入特定的溫度分布(梯度)來補(bǔ)償 色散斜率，該特征使本發(fā)明更加具有吸引力和更加實(shí)際，因?yàn)楦鶕?jù)參考文獻(xiàn)KChristopher R. Doerr, Optical 5compensation of system impairments，5-lOMarch 2006，OFC 2006) 的描述，其他的可調(diào)諧色散補(bǔ)償方法不能夠補(bǔ)償色散斜率。4.寬帶、可級(jí)聯(lián)性不同于其他的補(bǔ)償方案，本發(fā)明具有非常寬的通帶，所以能夠 在較長的光鏈路中級(jí)聯(lián)。上述實(shí)施例僅用作示例的目的，而非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離 本發(fā)明的范圍和精神的前提下，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行各種修改或替換，但這些修改或替換仍將落 入由所附權(quán)利要求所限定的范圍。參考文獻(xiàn)列表參 考文獻(xiàn) 1 :Christopher R. Doerr, Optical compensation of system impairments,5-10March 2006, OFC 2006 ；參考文獻(xiàn) 2 :C. R. Doerr 等 人，40-Gb/s colorless tunable dispersion compensator with 1000-ps/nm tuning range employing a planar lightwave circuit and a deformable mirror,6-10March 2005, 0FC2005 ；參考文獻(xiàn) 3 :F. Van Laere 等人，Compact grating couplers between opticalfibers and Silicon—on— Insulator photonic wire waveguides with 69% coupling efficiency,5-10March 2006, 0FC2006 ；:Bin Wang^A,Compact slanted grating couplers, 26July 2004,
Vol. 12, No. 15,Optics Express3313.
權(quán)利要求
一種用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，包括由第一金屬制成的第一條帶；由第二金屬制成的第二條帶，第二條帶附加到第一條帶；加熱器/制冷器，附加到第二條帶，用于加熱/冷卻第一條帶和第二條帶；以及可調(diào)諧定位桿，附加到加熱器/制冷器，用于保持目鏡器件在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的位置，其中，第一金屬和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數(shù)，使得目鏡器件的形狀響應(yīng)于溫度的改變而從第一形狀改變?yōu)榈诙螤睢?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中，第一形狀是凹 面形且第二形狀是凸面形，或第一形狀是凸面形而第二形狀是凹面形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中，第一金屬的膨 脹系數(shù)小于第二金屬的膨脹系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中，第一金屬的膨 脹系數(shù)大于第二金屬的膨脹系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中， 第一金屬適合于反射要進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL范圍內(nèi)的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，還包 括附加到第一條帶上的反射膜，該反射膜適合于反射要進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL范圍內(nèi)的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中， 加熱器/制冷器是熱電效應(yīng)制冷器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中， 可調(diào)諧定位桿是壓電換能器或由具有較大熱膨脹系數(shù)的第三金屬制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件，其中，第三金屬與第 二金屬相同。
10.一種可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的目鏡器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，還包括 物鏡；弧形切向耦合器； 弧形單模波導(dǎo)；以及 色散光柵；其中，在色散光柵處將輸入光色散至物鏡，物鏡的焦平面與目鏡器件重疊，目鏡器件大 體上位于弧形切向耦合器的中心，而弧形單模波導(dǎo)平行于弧形切向耦合器，以及 弧形切向耦合器把光切向地耦合至弧形單模波導(dǎo)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，還包括粗分光柵，其中色散光柵由信 道光柵陣列形成，使得輸入光首先在粗分光柵處根據(jù)不同的信道而色散，然后被投射到信 道光柵陣列上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，還包括加熱器/制冷器，該加熱器/ 制冷器附加在信道光柵陣列上，并且被控制為產(chǎn)生沿著信道光柵陣列進(jìn)行色散斜率補(bǔ)償所需的溫度分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器，其中，該溫度分布是沿著信道光柵陣 列線性增大/減小的溫度分布。
全文摘要
一種用在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的目鏡器件(403)，包括由第一金屬制成的第一條帶(4031)、由第二金屬制成的第二條帶(4032)、加熱器/制冷器(4033)和可調(diào)諧定位桿(4034)。第二條帶(4032)附加到第一條帶(4031)。加熱器/制冷器(4033)附加到第二條帶(4032)，用于加熱/冷卻第一條帶(4031)和第二條帶(4032)。可調(diào)諧定位桿(4034)附加到加熱器/制冷器(4033)，用于保持目鏡器件(403)在可調(diào)諧色散補(bǔ)償器中的位置。第一金屬和第二金屬具有彼此不同的膨脹系數(shù)，使得目鏡器件(403)的形狀響應(yīng)于溫度的改變而從第一形狀改變?yōu)榈诙螤?。一種使用目鏡器件(403)的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器。
文檔編號(hào)G02B6/34GK101910900SQ200880123758
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者戴泓星, 王澎 申請(qǐng)人:朗訊科技公司