基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器

摘要

本发明公开了一种基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器，涉及激光发射器技术领域，多通道光发射器包括：多波长光源、n个光调制器以及阵列波导光栅；多波长光源和n个光调制器均基于平面波导与阵列波导光栅耦合相连；多波长光源用于产生包括n种波长的光信号，将n种波长的光信号通过波导传输至阵列波导光栅；阵列波导光栅将接收到的光信号进行分束得到n路光信号，将每路光信号通过耦合输出至一个光调制器；每个光调制器对接收到的光信号进行调制，并将调制后的光信号传输至阵列波导光栅；阵列波导光栅对接收到的各个光调制器返回的光信号进行合束之后进行输出。解决了现有技术中由于光源需要和光调制器耦合进而导致的良率损失的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及激光发射器技术领域，尤其涉及基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器。

背景技术

平面光波导技术主要是指利用薄膜生长，光学刻蚀等方法，将不同的光学波导结构制备在光学芯片上，从而实现多种不同功能的光学回路的一种技术。阵列波导光栅是一种基于平面光波导技术方案的重要光学元件，其主要功能是利用阵列波导和光波干涉特性实现不同波长光信号的合分波。

光通信领域追求高效，高速，小型化，低成本的技术解决方案，利用光高传输速度和本征特性，实现不同节点之间信息的传递。原理上信息的传递需要遵循光信号调制，发射，传输，接收，解调等基本流程，每一个流程都需要有相对应的器件/元件加以实现。

在一个光传输链路中，要实现光电收发功能，需要具有发射和接收功能的器件，比如将多个发光元件、调制器及波长合束器装配在同一个器件中构成多通道光发射器件。此时阵列波导光栅可以实现等间隔多通道器件或者非等间隔多通道光信号的合束的作用。

现有多通道光发射器，每一个通道使用一个半导体光源，可以使用带外调制器的激光器，或者直接调制型的激光器，半导体激光器光源需要放置在基板上，通过光学透镜耦合至合波元件的输入端口，或者直接耦合到波导型合波器的输入端口。现有技术方案的结构示意图如图1所示，阵列结构由n个单元结构组成，每一个单元包括，一个单波长光源11和一个调制器12，每一个单元具有不同的发射波长，经过调制器12后，光强收到调制，产生强弱不等的光信号。当信号进入阵列波导光栅13的不同端口时，按照光栅特性，所有通道的光信号汇聚到一个端口上，此过程称之为合波。

然而上述结构需要光源和调制器之间进行耦合，为了减小封装后器件的尺寸，一般光源和调制器之间的光路耦合选择直接耦合或者通过小焦距透镜的光束变换进行耦合。随着通道数目的增加，制作工艺流程会变得愈发困难，造成良率损失。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器，解决了现有技术中随着通道数目的增多会存在良率损失的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器，包括：多波长光源、n个光调制器以及阵列波导光栅；所述多波长光源和所述n个光调制器均基于平面波导与所述阵列波导光栅耦合相连，n为大于1的整数；

所述多波长光源用于产生包括n种波长的光信号，将所述n种波长的光信号通过波导传输至所述阵列波导光栅；

所述阵列波导光栅将接收到的光信号进行分束得到n路光信号，分离后的光信号进入多个光调制器组成的阵列中，将每路光信号通过耦合输出至一个光调制器；

每个光调制器对接收到的光信号进行调制，并将调制后的光信号传输至所述阵列波导光栅；

所述阵列波导光栅对接收到的各个光调制器返回的光信号进行合束之后进行输出。

该技术方案的有益效果在于，通过结构上将分立光源通过合束后，将信号耦合至一个波导中，通过波导进行传输，进入阵列波导光栅的输入端，经过光栅色散分解后，不同波长光信号被分离至对应的通道。分离后的光信号进入多个调制器组成的阵列中，每一路光信号都会被单独的调制器进行调制。经过调制器后，光信号通过波导，又重新返回至原先的阵列波导光栅中。由于阵列光栅光路可逆性及周期性特性，这些存在波长差异的光信号，又会被汇聚到一个波导输出，解决了现有技术中由于光源需要和光调制器耦合进而导致的良率损失的问题，达到了通过解耦光源和光调制器来提高良率，并且可以减小光发射器体积，简化工艺装配的复杂度，降低器件成本的效果。

可选的，所述多波长光源包括n个独立的子光源，每个子光源用于产生所述n种波长的光信号中的一种。该技术方案的有益效果在于，通过将多光源光发射器中的光源封装为一个独立结构，使得光源与光调制器之间的距离可以通过波导的长度加以控制，减小光源产生的热量对调制器性能的影响。

可选的，所述多波长光源将包括n种波长的光信号输入至所述阵列波导光栅时使用的波导通道与所述阵列波荡光栅将合束后的光信号输出时使用的波导通道不同。该技术方案的有益效果在于，通过在不同波导通道中进行传输，保证了光信号传输的准确度，避免了光信号之间会存在相互干扰的问题。

可选的，所述阵列波导光栅分束后的每路光信号在所述阵列波导光栅中的波导通道与经过每个光调制器调制后的光信号在所述波导阵列光栅中的波导通道不同。该技术方案的有益效果在于，通过在不同波导通道中进行传输，保证了光信号传输的准确度，避免了光信号之间会存在相互干扰的问题。

可选的，每个光调制器接收所述阵列波导光栅发送的光信号的接收通道与所述光调制器发送调制后的光信号至所述阵列波导光栅的发送通道不同。该技术方案的有益效果在于，通过在不同波导通道中进行传输，保证了光信号传输的准确度，避免了光信号之间会存在相互干扰的问题。

可选的，所述n个光调制器中的每个光调制器均独立封装。该技术方案的有益效果在于，通过将各个光调制器独立封装，使得光调制器工作时所需的射频信号可以通过封装壳体直接传输至光调制器，而无需经过光源，结构上缩短了射频信号的传输距离，提升了光调制器的工作性能。

可选的，所述n个光调制器都是基于平面光波导技术制作的波导型光调制器。

可选的，所述阵列波导光栅基于平面光波导技术制作。该技术方案的有益效果在于，将光调制器阵列和阵列波导光栅均通过利用平面光波导技术加以制作，使其具有多波导输入输出结构，装配上可以同时实现多路波导同时耦合对准，减少装配时间，提高耦合效率。

可选的，所述多通道光发射器还包括位于所述多波长光源和所述阵列波导光栅之间的第一半导体光放大器，所述第一半导体光放大器将来自所述多波长光源的光信号放大之后传输至所述阵列波导光栅。该技术方案的有益效果在于，通过使用第一半导体光放大器对光信号进行放大，提高了数据传输功率和扩展传输距离，避免了由于光信号本身较小而导致的传输过程中被干扰或者损失之后出现数据丢失或者传输的数据出现误差的问题。

可选的，所述多通道光发射器还包括与所述阵列波导光栅连接的第二半导体光放大器，所述第二半导体光放大器将所述阵列波导光栅合束之后输出的光信号进行放大之后输出。该技术方案的有益效果在于，通过使用第一半导体光放大器对光信号进行放大，提高了数据传输功率和扩展传输距离，避免了由于光信号本身较小而导致的传输过程中被干扰或者损失之后出现数据丢失或者传输的数据出现误差的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明现有技术提供的多通道光发射器的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的多通道光发射器的一种可能结构示意图：

图3是本发明一个实施例提供的多通道光发射器的另一种可能结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参考图2，其示出了本申请一个实施例提供的基于平面阵列波导光栅结构的多通道光发射器的结构示意图，如图2所示，所述多通道光发射器包括：多波长光源21、n个光调制器22以及阵列波导光栅23；所述多波长光源21和所述n个光调制器22均基于平面波导与所述阵列波导光栅23耦合相连，n为大于1的整数；

所述多波长光源21用于产生包括n种波长的光信号，将所述n种波长的光信号通过波导传输至所述阵列波导光栅23。

实际实现时，所述多波长光源21可以包括n个独立的子光源，每个子光源用于产生所述n种波长的光信号中的一种。每个子光源可以独立封装，并且实际实现时，每个子光源可以是半导体激光器光源，或者是其他类型的光源，本实施例在此并不做限定。并且，子光源的个数可以为根据所需产生的光信号的波长的长度决定，比如实际应用中需要5中波长的光信号，则多波长光源21中可以包括5种子光源，每种子光源用于产生一种波长的光信号，在此并不做限定。

在多波长光源21产生包括n种波长的光信号之后，可以将上述光信号耦合到一个波导中，通过波导传输至阵列波导光栅23中，相应的，阵列波导光栅23可以接收到来自多波长光源21的光信号。

此后，所述阵列波导光栅23将接收到的光信号进行分束得到n路光信号，分离后的光信号进入多个光调制器22组成的阵列中，将每路光信号通过耦合输出至一个光调制器22。在阵列波导光栅23接收到来自多波长光源21的光信号之后，经过光栅23色散分解，可以将接收到的光信号分束成n路光信号，每路光信号的波长不同，进而将每路光信号分离至对应的波导通道，此过程即为波导分束。经过波导通道的传输，各路光信号即可传输至对应的光调制器22。

每个光调制器22对接收到的光信号进行调制，并将调制后的光信号传输至所述阵列波导光栅23。光调制器22接收到阵列波导光栅23传输的光信号之后，对接收到的光信号进行调制，并将调制后的光信号返回至阵列波导光栅23。

可选的，通过将光调制器22与光源进行分离，使得光调制器22可以独立封装，进而使得光调制器22工作时所需的射频信号可以通过封装壳体直接传输至光调制器22，而无需经过光源，结构上缩短了射频信号的传输距离，提升了光调制器22的工作性能。

实际实现时光调制器22接收阵列波导光栅23传输的光信号的波导通道与对光信号调制之后传输调制后的光信号至阵列波导光栅23的波导通道不同。

并且，每一路光信号经过调制之后，可以耦合到阵列波导光栅23的另一组波导通道中，也即所述阵列波导光栅23分束后的每路光信号在所述阵列波导光栅23中的波导通道与经过每个光调制器22调制后的光信号在所述波导阵列光栅23中的波导通道不同。

所述阵列波导光栅23对接收到的各个光调制器22返回的光信号进行合束之后进行输出。调制后的光信号经阵列波导光栅23传输之后，从另一组波导通道输出。也即所述多波长光源21将包括n种波长的光信号输入至所述阵列波导光栅23时使用的波导通道与所述阵列波荡光栅23将合束后的光信号输出时使用的波导通道不同。

在上述结构中，多光源光发射器中光源可以被封装为一个独立结构，通过波导将多波长光束传输到阵列波导光栅23，光调制器22和光源之间的距离可以通过波导的长度加以灵活控制，减小光源产生的热量对调制器性能的影响。

此外，上述实施例中，n个光调制器22都是基于平面光波导技术制作的波导型光调制器22。并且，类似的，所述阵列波导光栅23基于平面光波导技术制作。也即光调制器22阵列和阵列波导光栅23均通过利用平面光波导技术加以制作，使其具有多波导输入输出结构，装配上可以同时实现多路波导同时耦合对准，减少装配时间，提高耦合效率。

需要补充说明的是，上述仅以包括上述结构的多通道发射器来举例说明，实际实现时，请参考图3，其示出了另一种可能的多通道发射器的结构的结构示意图，如图3所示，在图2所示结构的基础上，所述多通道光发射器还包括位于所述多波长光源21和所述阵列波导光栅23之间的第一半导体光放大器(SOA)24，所述第一半导体光放大器24将来自所述多波长光源21的光信号放大之后传输至所述阵列波导光栅23。并且，类似的，所述多通道光发射器还包括与所述阵列波导光栅23连接的第二半导体光放大器(SOA)25，所述第二半导体光放大器25将所述阵列波导光栅23合束之后输出的光信号进行放大之后输出。本实施例在此不再赘述。

综上所述，通过结构上将分立光源通过合束后，将信号耦合至一个波导中，通过波导进行传输，进入阵列波导光栅的输入端，经过光栅色散分解后，不同波长光信号被分离至对应的通道。分离后的光信号进入多个调制器组成的阵列中，每一路光信号都会被单独的调制器进行调制。经过调制器后，光信号通过波导，又重新返回至原先的阵列波导光栅中。由于阵列光栅光路可逆性及周期性特性，这些存在波长差异的光信号，又会被汇聚到一个波导输出，解决了现有技术中由于光源需要和光调制器耦合进而导致的良率损失的问题，达到了通过解耦光源和光调制器来提高良率，并且可以减小光发射器体积，简化工艺装配的复杂度，降低器件成本的效果。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而已，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。