一種基于電光衍射的定向分波器及波分復(fù)用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電光衍射的定向分波器及波分復(fù) 用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光通信是指以光波為載波的一種通信方式。在光通信技術(shù)中，為滿足帶寬業(yè)務(wù)對(duì) 帶寬資源的需求，一般采用波分復(fù)用技術(shù)，即在一條通信信道上同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的 技術(shù)。
[0003] 如圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)提供的單向的波分復(fù)用系統(tǒng)的原理。在發(fā)送端，合波器將η 個(gè)信道的光波合并在一條光纖中傳輸；在接收端，分波器將經(jīng)光纖傳輸?shù)膹?fù)合光中各波長(zhǎng) 的光波分開(kāi)，以進(jìn)入各自的信道，從而實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用功能。
[0004] 但現(xiàn)有技術(shù)提供的分波器功能單一，只具有將不同波長(zhǎng)的光波引導(dǎo)到特定信道上 的功能，即只具有分波功能，若需要對(duì)分離后的光波的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，則還需單獨(dú)的調(diào)制器 件實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于電光衍射的定向分波器，旨在解決現(xiàn)有技 術(shù)提供的分波器只具有分波功能，不具有對(duì)分離后的光波的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制的功能，即功能 單一的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于電光衍射的定向分波器，所述基于電光衍 射的定向分波器包括：
[0007] 附有橫向電極的光學(xué)超晶格，用于在外電場(chǎng)作用下，將輸入的復(fù)色光中、滿足電光 布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的光波散射輸出到特定方向上；
[0008] 偏振片，用于阻擋所述光學(xué)超晶格輸出的光波中未經(jīng)散射的殘余分量。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種波分復(fù)用系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)送端的合波 器，以及設(shè)置在接收端的分波器，所述分波器是一基于電光衍射的定向分波器，所述基于電 光衍射的定向分波器包括：
[0010] 附有橫向電極的光學(xué)超晶格，用于在外電場(chǎng)作用下，將輸入的復(fù)色光中、滿足電光 布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的光波散射輸出到特定方向上；
[0011] 偏振片，用于阻擋所述光學(xué)超晶格輸出的光波中未經(jīng)散射的殘余分量。
[0012] 本發(fā)明提供的基于電光衍射的定向分波器及波分復(fù)用系統(tǒng)是利用附有橫向電極 的光學(xué)超晶格對(duì)經(jīng)傳輸介質(zhì)傳輸?shù)膹?fù)色光進(jìn)行波長(zhǎng)選擇和定向分配，不僅能將不同波長(zhǎng)的 光波引導(dǎo)到特定信道上，還可通過(guò)對(duì)外電場(chǎng)的大小的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離后的光波的強(qiáng)度的 調(diào)制，即將分波和調(diào)制功能集成在一片晶片上完成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，且響應(yīng)速度可以 達(dá)到亞納秒，能夠滿足光纖通信的快速響應(yīng)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的單向的波分復(fù)用系統(tǒng)的原理圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明提供的基于電光衍射的定向分波器的結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖3是電光布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的矢量合成示意圖；
[0016] 圖4本發(fā)明中，當(dāng)光學(xué)超晶格為六角極化二維光學(xué)超晶格、入射光是波長(zhǎng)為λ 1和 λ 2的Z方向偏振的線偏振光時(shí)，入射光在光學(xué)超晶格中發(fā)生電光布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹 配過(guò)程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0018] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出的基于電光衍射的定向分波器是利用附有 橫向電極的光學(xué)超晶格實(shí)現(xiàn)分波及光調(diào)制功能。
[0019] 圖2示出了本發(fā)明提供的基于電光衍射的定向分波器的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅 不出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0020] 本發(fā)明提供的基于電光衍射的定向分波器包括：附有橫向電極的光學(xué)超晶格1， 用于在外電場(chǎng)V作用下，將輸入的復(fù)色光中、滿足電光布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的光 波散射輸出到特定方向上；偏振片2,用于阻擋光學(xué)超晶格1輸出的光波中未經(jīng)散射的殘余 分量。
[0021] 本發(fā)明中，復(fù)色光是指經(jīng)由傳輸介質(zhì)（如：光纖等）傳輸?shù)摹⒑卸喾N波長(zhǎng)的光波。
[0022] 本發(fā)明中，加載在光學(xué)超晶格1的橫向電極上的外電場(chǎng)的方向與復(fù)色光的傳輸方 向垂直。例如，若外電場(chǎng)的方向?yàn)楣鈱W(xué)超晶格1的y軸方向，則復(fù)色光的傳輸方向?yàn)楣鈱W(xué)超 晶格1的X軸方向。
[0023] 本發(fā)明中，光學(xué)超晶格1優(yōu)選是二維光學(xué)超晶格，且優(yōu)選為六角極化二維光學(xué)超 晶格。
[0024] 以下說(shuō)明本發(fā)明提供的基于電光衍射的定向分波器中，光學(xué)超晶格1實(shí)現(xiàn)分波的 理論基礎(chǔ)：
[0025] 在外電場(chǎng)作用下，復(fù)色光在光學(xué)超晶格1中發(fā)生布拉格電光衍射，從而在光學(xué)超 晶格1輸出側(cè)的一些特定方向上可以接收到不同波長(zhǎng)的衍射光。布拉格電光衍射是光波在 介質(zhì)中傳播時(shí)由于電光效應(yīng)誘導(dǎo)極化，在某些滿足布拉格定律的方向上會(huì)出現(xiàn)與入射光同 頻率但偏振不同的光衍射。
[0026] 如圖3示出了電光布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件，其中，是經(jīng)光學(xué)超晶格1輸 出的衍射光波矢，?是光學(xué)超晶格1的相應(yīng)入射光波矢，A是光學(xué)超晶格1的材料的倒格 矢，且有?？梢?jiàn)，該準(zhǔn)相位匹配條件是嚴(yán)格的矢量匹配，入射光波矢 <、衍射光 波矢^和材料的倒格矢J也、須完全閉合。而嚴(yán)格的相位匹配決定了只有在特定的方向上 O >1 才可觀測(cè)到有效的衍射光，而不同的波長(zhǎng)的入射光對(duì)倒格矢的要求是不一樣的，因此衍射 光的傳播方向也不同。若某一波長(zhǎng)的光在光學(xué)超晶格1中能夠找到合適的倒格矢使之滿足 準(zhǔn)相位匹配條件，則可以在某一特定方向上觀察到可觀的衍射光，而且其強(qiáng)度可以由外電 場(chǎng)控制。
[0027] 例如，當(dāng)光學(xué)超晶格1為六角極化二維光學(xué)超晶格時(shí)，若入射光是波長(zhǎng)為λ JP λ 2 的ζ方向偏振的線偏振光，它們?cè)诠鈱W(xué)超晶格1中的波矢分別是>和>，倒格矢 參與波長(zhǎng)為λ 1的入射光的相位匹配，倒格矢(^il參與波長(zhǎng)為λ2的入射光的相位匹配，波 長(zhǎng)為λ 入射光經(jīng)光學(xué)超晶格1輸出的衍射光波矢為K丨），波長(zhǎng)為λ 2的入射光經(jīng)光學(xué) 超晶格1輸出的衍射光波矢為?;μ2；)，則如圖4示出了此時(shí)入射光在光學(xué)超晶格1中發(fā)生 電光布拉格衍射的準(zhǔn)相位匹配過(guò)程。
[0028] 在確定光學(xué)超晶格1極化方案時(shí)，由于該準(zhǔn)相位匹配條件是嚴(yán)格的矢量匹配，因 此，在已知入射光波矢(和衍射光波矢 < 的前提下，可通過(guò)準(zhǔn)相位匹配條件得到材料的倒 格矢(I,從而確定倒格矢的分布情況。之后，通過(guò)傅里葉變換可求得真實(shí)空間的格子分布， 從而確定光學(xué)超晶格1極化方案。
[0029] 本發(fā)明中，光學(xué)超晶格1不僅可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)定向分配，還可通過(guò)改變外電場(chǎng)的大小 來(lái)調(diào)節(jié)衍射光的光強(qiáng)。假設(shè)經(jīng)光學(xué)超晶格1散射輸出的某一方向上的衍射光的光強(qiáng)為 -^-diffraction^ 則有：
[0030] Idiffraction=Sin2(KqL) (1)
[0031] 其中，L為光學(xué)超晶格1的有效晶體長(zhǎng)度，κ q為電光耦合系數(shù)且滿足：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電光衍射的定向分波器，其特征在于，所述基于電光衍射的定向分波器包 括： 附有橫向電極的光學(xué)超晶格，用于在外電場(chǎng)作用下，將輸入的復(fù)色光中、滿足電光布拉 格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的光波散射輸出到特定方向上； 偏振片，用于阻擋所述光學(xué)超晶格輸出的光波中未經(jīng)散射的殘余分量。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于電光衍射的定向分波器，其特征在于，若經(jīng)所述光學(xué)超晶 格散射輸出的某一方向上的衍射光的光強(qiáng)為Idiffrarfim，貝 1J : Idiffraction Sin ( ^ qL) 其中，L為所述光學(xué)超晶格的有效晶體長(zhǎng)度，κ q為電光耦合系數(shù)且滿足：
其中，h為光波在真空中的波矢量，n i為入射光的折射率，η 2為衍射光的折射率，E ^為 所述外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，Gmn為傅里葉變換系數(shù)，r rffl為有效電光系數(shù)且滿足：
其中，ε μ和ε kk為材料的介電常數(shù)，為所述光學(xué)超晶格的電光系數(shù)，^為入射光 偏振方向矢量的第j個(gè)分量，bk為衍射光偏振方向矢量的第k個(gè)分量，c 所述外電場(chǎng)方 向矢量的第1個(gè)分量。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于電光衍射的定向分波器，其特征在于，所述電光耦合系數(shù) 與所述有效晶體長(zhǎng)度的乘積為k π +〇. 5 π。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于電光衍射的定向分波器，其特征在于，所述光學(xué) 超晶格是二維光學(xué)超晶格。
5. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于電光衍射的定向分波器，其特征在于，所述光學(xué) 超晶格是六角極化二維光學(xué)超晶格。
6. -種波分復(fù)用系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)送端的合波器，以及設(shè)置在接收端的分波器，其特 征在于，所述分波器是一基于電光衍射的定向分波器，所述基于電光衍射的定向分波器包 括： 附有橫向電極的光學(xué)超晶格，用于在外電場(chǎng)作用下，將輸入的復(fù)色光中、滿足電光布拉 格衍射的準(zhǔn)相位匹配條件的光波散射輸出到特定方向上； 偏振片，用于阻擋所述光學(xué)超晶格輸出的光波中未經(jīng)散射的殘余分量。
7. 如權(quán)利要求6所述的波分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，若經(jīng)所述光學(xué)超晶格散射輸出的 某一方向上的衍射光的光強(qiáng)為Idiffrartim，貝 1J : Idiffraction Sin ( ^ qL) 其中，L為所述光學(xué)超晶格的有效晶體長(zhǎng)度，κ q為電光耦合系數(shù)且滿足：
其中，h為光波在真空中的波矢量，n i為入射光的折射率，η 2為衍射光的折射率，E ^為 所述外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，Gmn為傅里葉變換系數(shù)，r rffl為有效電光系數(shù)且滿足：
其中，ε μ和ε kk為材料的介電常數(shù)，為所述光學(xué)超晶格的電光系數(shù)，^為入射光 偏振方向矢量的第j個(gè)分量，bk為衍射光偏振方向矢量的第k個(gè)分量，c 所述外電場(chǎng)方 向矢量的第1個(gè)分量。
8. 如權(quán)利要求7所述的波分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述電光耦合系數(shù)與所述有效晶 體長(zhǎng)度的乘積為k π +〇. 5 π。
9. 如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的波分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)超晶格是二維 光學(xué)超晶格。
10. 如權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的波分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)超晶格是六 角極化二維光學(xué)超晶格。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于電光衍射的定向分波器及波分復(fù)用系統(tǒng)。該定向分波器及波分復(fù)用系統(tǒng)是利用附有橫向電極的光學(xué)超晶格對(duì)經(jīng)傳輸介質(zhì)傳輸?shù)膹?fù)色光進(jìn)行波長(zhǎng)選擇和定向分配，不僅能將不同波長(zhǎng)的光波引導(dǎo)到特定信道上，還可通過(guò)對(duì)外電場(chǎng)的大小的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離后的光波的強(qiáng)度的調(diào)制，即將分波和調(diào)制功能集成在一片晶片上完成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，且響應(yīng)速度可以達(dá)到亞納秒，能夠滿足光纖通信的快速響應(yīng)要求。
【IPC分類(lèi)】G02F1-01, G02F1-29
【公開(kāi)號(hào)】CN104730798
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094318
【發(fā)明人】鄭國(guó)梁, 鄧想全, 徐世祥, 吳慶陽(yáng), 歐陽(yáng)征標(biāo)
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日