光学装置的制作方法

本发明涉及包括偏振分集耦合器的光学装置。

背景技术

在“A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonics wires”(W.Bogaerts等人，第15卷，第4期，Optics Express 1568)中描述了包括偏振分集耦合器的光学装置。该光学装置通过偏振分集方法实现偏振不敏感操作，在偏振分集方法中将二维栅格光纤耦合器用作集成偏振分束器。

本发明的目的

本发明的目的是提供一种能够有效地接收和处理任意偏振的入射辐射的光学装置。

技术实现要素：

本发明涉及一种光学装置，包括：

偏振分集耦合器，该偏振分集耦合器被配置为接收具有第一偏振、垂直于第一偏振的第二偏振、或第一偏振和第二偏振两者的混合的光辐射的光束，偏振分集耦合器包括第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口用于输出在所述光辐射的光束中以第一偏振为特征的光辐射的第一部分，第二输出端口用于输出在所述光辐射的光束中以第二偏振为特征的光辐射的第二部分；

第一波导，该第一波导连接到偏振分集耦合器的第一输出端口，并且被配置为接收光辐射的第一部分，以及以第一波导提供的波导模式引导第一部分；

第二波导，该第二波导提供与第一波导相同的波导模式，其中，第二波导连接到偏振分集耦合器的第二输出端口，并且被配置为接收光辐射的第二部分，以及以所述相同的波导模式引导第二部分；

第一移相器，该第一移相器布置在第一波导中，并且被配置为响应于第一控制信号，在第一波导中引起相移；

2xN耦合器，该2xN耦合器具有连接到第一波导的第一输入端口、连接到第二波导的第二输入端口、以及两个或更多个输出端口；

第一光检测器，该第一光检测器被配置为检测通过2xN耦合器的辐射的至少一部分，并生成指示所检测的辐射的量的第一监测信号；以及

控制单元，该控制单元被配置为基于第一监测信号来生成第一控制信号。

在示例性实施例中，2xN耦合器包括N个输出端口和多个光检测器，N个输出端口中的每个输出端口连接到单独分配的输出波导，多个光检测器中的一个光检测器是所述第一光检测器，

其中，光检测器中的每个被单独分配给输出波导中的一个，

其中，光检测器中的每个被配置为检测在其单独分配的输出波导中引导的辐射的至少一部分，

其中，光检测器中的每个被配置为生成指示所检测的辐射的量的监测信号，以及

其中，控制单元被配置为基于所述N个光检测器的监测信号来生成第一控制信号。

控制单元可以被配置为生成第一控制信号，从而使其产生满足至少一个条件的监测信号，其中，至少一个条件可包括在N个输出波导中引导的辐射相等或者在给定公差范围内至少相等的要求。

此外，2xN耦合器的输出端口中的每个可经由输出路径连接到光学装置的分配的输出端口。

至少一个调制器可以位于每个输出路径中，其中，可将每个调制器配置为响应于应用到调制器并且可包括数据流的电数据信号，在其各个输出路径中调制辐射。

光学装置可包括每个输出路径中的光束偏转元件。

光束偏转元件、偏振分集耦合器、移相器、2xN耦合器和调制器优选位于同一平面中。

通过偏振分集耦合器接收的光束可以相对于所述平面成角度。

偏振分集耦合器元件优选被配置为将光束偏转到平面中，朝向2xN耦合器。

每个光束偏转元件优选被配置为将调制的辐射偏离平面，朝向光学装置的分配的输出端口。或者，光束偏转元件可以自己形成光学装置的输出端口。

在另一个示例性实施例中，2xN耦合器是包括第一输出端口和第二输出端口的2x2耦合器。

2x2耦合器的第一输出端口优选连接到第一输出波导，2x2耦合器的第二输出端口优选连接到第二输出波导。

第一光检测器优选分配给第一输出波导，并且被配置为检测在第一输出波导中引导的辐射的至少一部分，以及生成指示所检测的辐射的量的第一监测信号。

控制单元优选被配置为生成第一控制信号，从而使其产生满足至少一个条件的第一监测信号。

至少一个条件可包括要求第一监测信号的振幅等于第一监测信号响应于适当控制信号而可采用的最大振幅的一半，或者在给定公差范围内的至少一半。

光学装置还可包括第二光检测器。

第二光检测器优选分配给第二输出波导，并且被配置为检测在第二输出波导中引导的辐射的至少一部分，以及生成指示所检测的辐射的量的第二监测信号。

控制单元优选被配置为基于第一监测信号和第二监测信号来生成第一控制信号。

控制单元可以被配置为生成第一控制信号，从而使其产生满足至少一个条件的监测信号，其中，至少一个条件可包括两个监测信号之间的振幅差最小，或者在给定公差范围内为零的要求。

在另一个示例性实施例中，第二移相器可以布置在第二波导中，并且被配置为响应于第二控制信号，在第二波导中引起相移。

控制单元可以被配置为基于第一监测信号、第二监测信号或第一监测信号和第二监测信号两者来生成第一控制信号和第二控制信号。

在另一个示例性实施例中，2xN耦合器是具有第一输出端口和第二输出端口的第一2x2耦合器，其中，第一2x2耦合器的第一输出端口经由第三波导连接到第二2x2耦合器的第一输入端口，并且其中，第一2x2耦合器的第二输出端口经由第四波导连接到第二2x2耦合器的第二输入端口。

第一中间移相器可以布置在第三波导中，并且被配置为响应于第一中间控制信号，在第三波导中引起相移。

第一光检测器优选被配置为检测也通过第二2x2耦合器的辐射的至少一部分。

控制单元优选被配置为基于第一监测信号来生成第一控制信号和第一中间控制信号。

控制单元优选被配置为生成第一控制信号和第一中间控制信号，从而使得它们产生满足至少一个条件的第一监测信号，其中，至少一个条件可包括要求在第二2x2耦合器的第一输出端口处输出的辐射最小或者在给定公差范围内为零。

第二2x2耦合器的第二输出端口优选连接到光学装置的输出端口。

光学装置可包括位于第二2x2耦合器的第二输出端口与光学装置的输出端口之间的调制器。

可将调制器被配置为响应于应用到调制器并且可包括数据流的电数据信号，调制其从第二2x2耦合器的第二输出端口接收的辐射。

光学装置还可包括调制器与光学装置的输出端口之间的光束偏转元件。

光束偏转元件、偏振分集耦合器、耦合器、移相器和调制器优选位于同一平面中。

通过偏振分集耦合器接收的光束可以相对于所述平面成角度。所述偏振分集耦合器优选被配置为将光束偏转到平面中，朝向第一2x2耦合器。

光束偏转元件优选被配置为将调制的辐射偏离平面，朝向光学装置的输出端口。或者，光束偏转元件可以自己形成光学装置的输出端口。

在上述任一示例性实施例中，2xN耦合器可以是MMI耦合器。

在上述任一示例性实施例中，2x2耦合器可以是3dB-MMI耦合器。

在上述任一示例性实施例中，2xN或2x2耦合器可以是定向耦合器。

在上述任一示例性实施例中，第一移相器和/或第二移相器可以是具有加热器的热光移相器，加热器包括金属或者由金属组成。

在上述任一示例性实施例中，第一移相器和/或第二移相器可以是具有加热器的热光移相器，加热器包括掺杂的半导体材料或者由掺杂的半导体材料组成。

附图说明

为了容易理解获得本发明的上述和其他优点的方式，下面通过参照附图所示本发明的具体实施例来给出以上简要描述的本发明的更具体描述。应当理解，这些附图仅示出本发明的典型实施例，因此不应视为对其范围的限制，下面通过使用附图，利用附加特定性和细节来描述和解释本发明，其中：

图1至图5示出包括单个耦合器的光学装置的示例性实施例；

图6为示出图5的光学装置的功能的流程图；

图7示出包括单个耦合器的光学装置的另一个示例性实施例；

图8示出包括两个串联耦合器的光学装置的示例性实施例；

图9为示出图8光学装置的功能的流程图；以及

图10示出包括两个串联耦合器的光学装置的另一个示例性实施例。

具体实施方式

通过参考附图来最好地理解本发明的优选实施例。容易理解，如本文附图一般描述和示出的，本发明可以在广泛范围内变化。因此，如附图所示，下面对本发明示例性实施例的更详细描述并非要限制如权利要求所述的本发明的范围，而是仅代表本发明的当前优选实施例。

图1示出根据本发明的光学装置1的第一示例性实施例。

光学装置1包括接收光辐射的光束B的偏振分集耦合器10。光束B可具有任意偏振，即第一偏振(例如TE偏振)、垂直于第一偏振的第二偏振(例如TM偏振)、或第一偏振和第二偏振两者的混合(例如TE和TM偏振)。可通过不保持偏振的外部光纤2将光束引导到偏振分集耦合器10，因此入射光束B的实际偏振未知。

偏振分集耦合器10包括第一输出端口O10a，用于输出光辐射的光束B中以第一偏振为特征的光辐射的第一部分R1。偏振分集耦合器10还包括第二输出端口O10b，用于输出光辐射的光束B中以第二偏振为特征的光辐射的第二部分R2。偏振分集耦合器10可以与“A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonics wires”(W.Bogaerts等人，第15卷，第4期，Optics Express 1568)中所述的偏振分集耦合器相同或相似。

第一波导21连接到偏振分集耦合器10的第一输出端口O10a并接收光辐射的第一部分R1。第一波导21以第一波导21提供的波导模式(例如TE波导模式)引导第一部分R1。

第二波导22提供与第一波导21相同的波导模式(例如TE波导模式)。第二波导22连接到偏振分集耦合器10的第二输出端口O10b并接收光辐射的第二部分R2，以所述相同的波导模式(例如TE波导模式)引导第二部分R2。

第一移相器31布置在第一波导21中，并响应于第一控制信号CS1，在第一波导21中引起相移。

光学装置1的2x2耦合器40具有连接到第一波导21的第一输入端口I40a和连接到第二波导22的第二输入端口I40b。2x2耦合器40的第一输出端口O40a连接到第一输出波导51。2x2耦合器40的第二输出端口O40b连接到第二输出波导52。在图1的示例性实施例中，2x2耦合器40是MMI耦合器。

第一光检测器61被分配给第一输出波导51并检测(例如经由分束器61a)在第一输出波导51中引导的辐射的一小部分(优选小于10％)。第一光检测器61生成第一监测信号M1。

光学装置1的控制单元70基于第一监测信号M1来生成第一控制信号CS1。更具体而言，控制单元70生成第一控制信号CS1，从而使其产生满足至少一个条件的第一监测信号M1。

在图1的示例性实施例中，第一监测信号M1的振幅等于第一监测信号M1响应于适当控制信号而可采用的最大振幅的一半的至少一个条件要求，或者在给定公差范围内的至少一半。

可通过将相移从0°扫动到360°并测量作为第一控制信号CS1的函数的第一监测信号M1的结果振幅来确定适当控制信号。

在图1的示例性实施例中，第一移相器31可以是具有加热器的热光移相器。第一控制信号CS1优选为使得电流通过加热器的电信号。加热器可由金属或掺杂的半导体材料组成或包括金属或掺杂的半导体材料。

在图1的示例性实施例中，光学装置1还可包括位于2x2耦合器40的第一输出端口O40a与光学装置1的第一输出端口O1a之间的第一调制器81。光学装置1还可包括位于2x2耦合器40的第二输出端口O40b与光学装置1的第二输出端口O1b之间的第二调制器82。

优选将调制器81和82配置为响应于应用到各个调制器的各个电数据信号DS1、DS2，调制它们从2x2耦合器40的各个输出端口接收的辐射。各个电数据信号DS1、DS2可包括数据流。

在图1的示例性实施例中，光学装置1还可包括第一调制器81与光学装置1的第一输出端口O1a之间的第一光束偏转元件91，以及第二调制器82与光学装置1的第二输出端口O1b之间的第二光束偏转元件92。

光束偏转元件91和92、偏振分集耦合器10、第一移相器31、2x2耦合器40以及调制器81和82优选位于同一平面中。通过偏振分集耦合器10接收的光束B可以相对于所述平面成角度。偏振分集耦合器10优选将光束B偏转到平面中，朝向2x2耦合器40。

光束偏转元件91和92优选被配置为将调制的辐射偏离平面，朝向光学装置1的各个输出端口O1a和O1b。光学装置1的输出端口O1a和O1b优选在所述平面之外。或者，光束偏转元件91和92可以直接形成光学装置1的输出端口O1a和O1b。

图2示出根据本发明的光学装置1的第二示例性实施例。除了以上参照图1所述的组件外，光学装置1还包括布置在第二波导22中的第二移相器32。第二移相器32可响应于第二控制信号CS2，在第二波导22中引起相移。

控制单元70基于第一监测信号M1来生成第一控制信号CS1和/或第二CS2。控制单元70可以选择第一或第二移相器31、32进行相移。优选地，控制单元70选择移相器，使得在移相器中以最小的相移以及因此最小量的电流和热量来满足上述要求或条件。

可通过将第一移相器31和第二移相器32的相移从0°扫动到360°(一个接一个)并测量作为第一控制信号CS1和第二控制信号的函数的第一监测信号M1的结果振幅来确定更合适的移相器31或32。例如，在第一步骤中，可通过将第一移相器31的相移从0°扫动到360°(CS2＝0)来确定满足上述条件所需的控制信号CS1。在第二步骤中，可通过将第二移相器32的相移从0°扫动到360°(CS1＝0)来确定满足上述条件所需的控制信号CS2。将通过控制单元70来选择以较小量的电流和热量来实现必要相移(满足所需条件)的移相器31或32，以进一步控制光学装置1。

在图2的示例性实施例中，第一移相器31和第二移相器32优选为具有加热器的热光移相器，加热器包括金属和/或掺杂的半导体材料或由金属和/或掺杂的半导体材料组成。

图3示出根据本发明的光学装置1的第三示例性实施例。除了以上参照图1所述的组件外，光学装置1还包括第二光检测器62。第二光检测器62被分配给第二输出波导52并检测(例如经由分束器62a)在第二输出波导52中引导的辐射的一小部分(优选小于10％)，并且生成指示所检测的辐射的量的第二监测信号M2。

控制单元70基于第一监测信号M1和第二监测信号M2来生成第一控制信号CS1。例如，控制单元70可以生成第一控制信号CS1，从而使其产生监测信号M1和M2，其中两个监测信号M1和M2之间的振幅差最小，或者在给定公差范围内为零。

图4示出根据本发明的光学装置1的第四示例性实施例。除了以上参照图3所述的组件外，光学装置1还包括布置在第二波导22中的第二移相器32。第二移相器32可响应于第二控制信号CS2，在第二波导22中引起相移，如以上参照图2详细所述。

在图4的示例性实施例中，控制单元70可以基于第一监测信号M1和第二监测信号M2来生成第一控制信号CS1和/或第二控制信号CS2。控制单元70可以选择第一或第二移相器31、32进行相移。优选地，控制单元70选择移相器，使得在移相器中以最小的相移以及因此最小量的电流和热量来满足上述要求或条件。

图5示出根据本发明的光学装置1的第五示例性实施例。光学装置1包括2xN耦合器41。

耦合器41包括N个输出端口O41-1、O41-2和O41-N，每个端口连接到单独分配的输出波导。出于说明目的，图5以示例性方式示出通过附图标记50-1、50-2和50-N指定的三个输出波导(N＝3)。当然，图5的实施例可包括多于三个的输出波导(即N>3)。

每个输出波导(例如经由分束器)配备有光检测器60-1、60-2和60-N、调制器80-1、80-2和80-N、以及光束偏转元件90-1、90-2和90-N。

每个调制器响应于应用到其调制器的各个电数据信号DS-1、DS-2和DS-N，在其各个输出路径中调制辐射，电数据信号DS-1、DS-2和DS-N可包括数据流。

每个光检测器60-1、60-2和60-N生成指示所检测的辐射的量的监测信号M-1、M-2、M-N。控制单元70基于N个光检测器60-1、60-2和60-N的监测信号M-1、M-2、M-N来生成用于控制第一移相器31的相移的第一控制信号CS1。

优选地，控制单元70生成第一控制信号CS1，从而使其产生监测信号M-1、M-2、M-N，指示在N个输出波导50-1、50-2和50-N中引导的辐射相等或者在给定公差范围内至少相等。

光束偏转元件90-1、90-2和90-N、偏振分集耦合器10、移相器31、2x2耦合器41以及调制器80-1、80-2和80-N优选位于同一平面中。通过偏振分集耦合器10接收的光束B优选相对于所述平面成角度。优选将偏振分集耦合器10配置为将光束B偏转到平面中，朝向2xN耦合器41。优选将每个光束偏转元件90-1、90-2和90-N配置为将调制的辐射偏离平面，朝向光学装置1的指定输出端口O1-1、O1-2、O1-1N。

图6示出说明图5的光学装置1的所描述的功能的流程图。

图7示出根据本发明的光学装置1的第六示例性实施例。光学装置1包括2xN耦合器41，类似于图5的实施例。与之不同的是，图7的实施例还包括第二移相器32，如参照图2和图4所述。

第二移相器32可以响应于第二控制信号CS2，在第二波导22中引起相移。更具体而言，控制单元70可以基于监测信号M-1、M-2、M-N来生成第一控制信号CS1和/或第二控制信号CS2。控制单元70可以选择第一或第二移相器32进行相移。优选地，控制单元70选择移相器，使得在移相器中以最小的相移以及因此最小量的电流和热量来满足上述在输出波导中均匀分布的要求。

图8示出根据本发明的光学装置1的第七示例性实施例。图8的光学装置1类似于图1的实施例，但包括两个2x2耦合器，以下称为第一2x2耦合器40和第二2x2耦合器100。

第一2x2耦合器40的第一输出端口O40a经由第三波导111连接到第二2x2耦合器100的第一输入端口I100a。第一2x2耦合器40的第二输出端口O40b经由第四波导112连接到第二2x2耦合器40的第二输入端口I100b。

第一中间移相器121布置在第三波导111中并且被配置为响应于第一中间控制信号Ci1，在第三波导111中引起相移。

第一光检测器61检测在第二2x2耦合器100的第一输出端口O100a输出的辐射的一部分(优选全部)。第二2x2耦合器100的第二输出端口O100b连接到光学装置1的输出端口O1。

优选地，光学装置1还包括位于第二2x2耦合器100的第二输出端口O100b与光学装置1的输出端口O1之间的调制器82。可将调制器82配置为响应于应用到调制器且可包括数据流的电数据信号DS2，调制其从第二2x2耦合器100的第二输出端口O100b接收的辐射。

光学装置1还可包括调制器82与光学装置1的输出端口O1之间的光束偏转元件92。光束偏转元件92、偏振分集耦合器10、2x2耦合器40和100、移相器31和111以及调制器82优选位于同一平面中。通过偏振分集耦合器10接收的光束B可以相对于所述平面成角度。可将偏振分集耦合器10配置为将光束B偏转到平面中，朝向2x2耦合器40。可将光束偏转元件92配置为将调制的辐射偏离平面，朝向光学装置1的输出端口O1。

优选将控制单元70配置为基于第一监测信号M1来生成第一控制信号CS1和第一中间控制信号Ci1。控制单元70可以生成第一控制信号CS1和第一中间控制信号Ci1，从而使得它们产生满足在第二2x2耦合器100的第一输出端口O100a输出的辐射最小或者在给定公差范围内为零这一条件(要求)的第一监测信号M1。

图9示出说明图8的光学装置1的所描述功能的流程图。

图10示出根据本发明的光学装置1的第八示例性实施例。除了以上参照图8所述的组件外，光学装置1还包括布置在第二波导22中的第二移相器32和第二中间移相器122。第二移相器32可响应于第二控制信号CS2，在第二波导22中引起相移。第二中间移相器122可响应于第二中间控制信号Ci2，在第二中间波导112中引起相移。

控制单元70基于第一监测信号M1来生成控制信号CS1、CS2、Ci1、Ci2。优选地，控制单元70确定并随后应用控制信号CS1、CS2、Ci1、Ci2，使得：

(a)第一监测信号M1变为最小值或者在给定公差范围内为零，并且

(b)四个移相器31、32、121和122为达到要求(a)所需的全部能量或电流消耗最小。

可以发现，适当控制信号相对于彼此改变CS1、CS2、Ci1、Ci2并监测第一监测信号M1。

在图10的示例性实施例中，第一移相器31和第二移相器32优选为具有加热器的热光移相器，加热器包括金属或掺杂的半导体材料或由金属或掺杂的半导体材料组成。

图1至图10所示或引用的控制单元70优选包括处理器71和存储器72。存储器72存储软件程序SP，当通过处理器71执行时，软件程序SP使得控制单元70能够生成控制信号，如以上参照图1至图10所述。

图1至图10所示或引用的MMI耦合器40、41和100的长度L优选确定如下：

其中，β0描述可在MMI中传播的第一模式的传播系数，β1描述可在MMI中传播的第二模式的传播系数。

调制器81和82可以是任何类型的光调制器(例如相位调制器、振幅调制器、偏振调制器、注入调制器、耗尽调制器等)，并且它们可通过任何类型的驱动方案(例如分段驱动器、行波电极、分段行波电极等)进行操作。

本文公开的本发明实施例的各种实施例和方案不仅应按照本说明书中具体描述的顺序和上下文来理解，而且应包括任何顺序及其任何组合。只要上下文需要，单数形式的所有词语应视为包括复数，反之亦然。只要上下文需要，通过词语“和”列出的所有选项应视为包括词语“或”以及它们的任何组合，反之亦然。

在附图和说明书中，已经公开本发明的多个实施例。申请人希望强调，每个实施例的每个特征可以与任何其他实施例组合或添加到任何其他实施例，以便修改各个实施例并创建附加实施例。这些附加实施例构成本公开的一部分，并且因此，申请人可以在申请的后期阶段提交关于这些附加实施例的其他专利权利要求。

此外，申请人希望强调，以下每个从属权利要求的每个特征可以与任何给出的独立权利要求以及任何其他(一个或多个)给出的从属权利要求相结合(无论给出的权利要求的结构如何)。

因此，申请人可以在申请的后期阶段将其他专利权利要求指向其他权利要求组合。