專利名稱：一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電子技術領域中的全光信號處理技術，具體涉及一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片。
背景技術：
在波分復用的光通信網(wǎng)絡中，波長轉(zhuǎn)換是解決波長競爭，實現(xiàn)波長重新利用和無阻塞波長路由的關鍵技術。它將需要進行波長轉(zhuǎn)換的泵浦光信號載有的數(shù)字信號調(diào)制到另一路與泵浦光信號波長不同的探測光信號上，如圖I所示，在波長轉(zhuǎn)換裝置的第一光輸入端輸入波長為λ_ρ的載有數(shù)字信號的脈沖光作為泵浦光，同時在第二光輸入端輸入波長為Aprobe的連續(xù)光作為探測光，在輸出端可獲得波長為λ 的載有數(shù)字信號的探測光，該 數(shù)字信號與泵浦光所載有的數(shù)字信號一致，從而實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換裝置結構為光-電-光型的結構，它將需要進行波長轉(zhuǎn)換的光信號先轉(zhuǎn)換成電信號，再用電信號調(diào)制所需波長的激光器從而實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。光-電-光型的波長轉(zhuǎn)換裝置采用的原理比較簡單，但主要缺點是功率消耗大，電路結構復雜，而且經(jīng)過光-電-光轉(zhuǎn)換后，原先光信號的相位，幅度等信息會丟失，不能實現(xiàn)對光信號的完全透明傳輸，且最高速率受限于電子瓶頸。全光結構的波長轉(zhuǎn)換裝置因能夠成功克服速率瓶頸，提高網(wǎng)絡的透明性，并具有功耗低、體積小的特點，是波長轉(zhuǎn)換技術的必然發(fā)展趨勢。R. J. Manning等人在文獻“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級聯(lián)的半導體光放大器和一個可調(diào)諧濾波器組成的波長轉(zhuǎn)換裝置，如圖2所示，包括一個光功率耦合器、第一半導體光放大器、可調(diào)諧濾波器和第二半導體光放大器。該裝置利用第二個半導體光放大器的自身增益效應來消除第一半導體光放大器所產(chǎn)生的碼型效應，從而實現(xiàn)高速全光波長轉(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，而半導體光放大器屬于有源器件，二者很難集成在一起，這就導致波長轉(zhuǎn)換裝置體積較大，無法實現(xiàn)集成化，小型化，產(chǎn)品化。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的在于提供一種波長轉(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轉(zhuǎn)換集成芯片，其旨在解決的技術問題是現(xiàn)有的波長轉(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、半導體光放大器卻是有源器件，二者很難集成在一起，這就導致波長轉(zhuǎn)換裝置體積較大，無法實現(xiàn)集成化、小型化和產(chǎn)品化。為了解決上述技術問題，達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，包括半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀，所述半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導體基片上，構成一個芯片；所述半導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)明更進一步地改進，所述光功率耦合器有兩個輸入端，波長為λρ_的載有數(shù)字信號的脈沖光作為泵浦光從光功率稱合器的第一輸入端輸入，波長為λΡΜ)Μ的連續(xù)光作為探測光從光功率耦合器的第二輸入端輸入，泵浦光和探測光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導體光放大器，半導體光放大器將波長為λρ_的泵浦光上載有的數(shù)字信號調(diào)制到波長為的探測光上，實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后信號經(jīng)過陣列波導光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號變?yōu)榕c原始信號同相位，從集成芯片的輸出端輸出。本發(fā)明的工作原理為
本發(fā)明為一種基于半導體光放大器交叉增益調(diào)制效應的波長轉(zhuǎn)換芯片，與傳統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換芯片相比，它增加了一個陣列波導光柵，利用陣列波導光柵的藍移濾波作用，提取超快的瞬態(tài)啁啾躍變動態(tài)過程，大幅度加快了半導體光放大器的增益有效恢復，提升了波長轉(zhuǎn)換的速度。本發(fā)明利用半導體光放大器中的交叉增益調(diào)制效應實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換時，輸出的探 測光信號會與泵浦光信號反相，例如，如果泵浦光信號是一系列的正脈沖數(shù)字信號，則輸出的探測光信號就是一系列的負脈沖數(shù)字信號，所以利用延遲干涉儀實現(xiàn)反相功能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果
一、實現(xiàn)了高速的波長轉(zhuǎn)換裝置的芯片集成，同時利用陣列波導光柵作為濾波器，利用瞬態(tài)啁啾躍變效應，大大提高了半導體光放大器的增益有效恢復時間。二、本發(fā)明為一種全光波長轉(zhuǎn)換芯片，克服了電子速率瓶頸，大大提高了網(wǎng)絡的吞吐量和透明性，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轉(zhuǎn)換裝置，其半導體光放大器、陣列波導光柵和延遲干涉儀可集成于同一半導體基片上，克服了以往全光波長轉(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。整個全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片的尺寸可小至4. 5_X2mm，可應用于下一代光網(wǎng)絡的路由系統(tǒng)中。


圖I是全光波長轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖。圖2是現(xiàn)有的一種基于半導體光放大器的波長轉(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轉(zhuǎn)換集成芯片的掩膜圖。圖4是160Gb/s的波長轉(zhuǎn)換下，本發(fā)明輸出端的仿真信號結果。附圖標記為I是波長為λ pump的泵浦光、2是波長為λ probe的探測光、3是波長為Aprabe的輸出探測光、4是光功率耦合器，5是半導體光放大器，6是陣列波導光柵，7是延遲干涉儀。
具體實施例方式下面將結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片，包括半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀，所述半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導體基片上，構成一個芯片；所述半導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。波長為λρ_的載有數(shù)字信號的脈沖光作為泵浦光從光功率耦合器的一個輸入端輸入，波長為Xprobe的連續(xù)光作為探測光從光功率耦合器的另一個輸入端輸入，泵浦光和探測光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導體光放大器。半導體光放大器將波長為λ p-的泵浦光上載有的數(shù)字信號調(diào)制到波長為λ 的探測光上，實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后信號經(jīng)過陣列波導光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號變?yōu)榕c原始信號同相位，從輸出端輸出。
實施例在下述具體參數(shù)下，對本發(fā)明提供的基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換芯片進行了模擬仿真。半導體光放大器的有源區(qū)長度為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；探測光為波長Xprobe為1565nm，平均功率為ImW的直流光。陣列波導光柵的工作波段為1550nm，通帶間距是200GHz，邊帶抑制比20dB。延遲干涉儀的延時時間為2ps。上述具體實施方式
實現(xiàn)了數(shù)字信號從波長1550nm到1565nm的轉(zhuǎn)移，完成了全光波長轉(zhuǎn)換，可達到160Gb/s的波長轉(zhuǎn)換速率。圖4是從延時干涉儀輸出的反相波長轉(zhuǎn)換后信號。從仿真結果可以看出，能夠?qū)崿F(xiàn)160Gb/s的工作速率。下一代光網(wǎng)絡的路由系統(tǒng)實現(xiàn)需要小型化、集成化、超高速的全光波長轉(zhuǎn)換器件。從本發(fā)明的具體實施例可知，本發(fā)明提出的基于半導體光放大器、陣列波導光柵以及延遲干涉儀的超高速全光波長轉(zhuǎn)換集成結構能夠滿足未來路由系統(tǒng)對超高速、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轉(zhuǎn)換集成結構能夠為下一代光網(wǎng)絡的路由系統(tǒng)實現(xiàn)提供有力的推動作用，具有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，包括半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀，所述半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導體基片上，構成一個芯片；所述半導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)權利要求I所述的基于瞬態(tài)啁啾躍變的全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片，其特征在于，所述光功率稱合器有兩個輸入端，波長為λρ_的載有數(shù)字信號的脈沖光作為泵浦光從光功率稱合器的第一輸入端輸入，波長為λ P!·—的連續(xù)光作為探測光從光功率稱合器的第二輸入端輸入，泵浦光和探測光經(jīng)光功率耦合器耦合后輸入半導體光放大器，半導體光放大器將波長為λ ρ_的泵浦光上載有的數(shù)字信號調(diào)制到波長為Xprabe的探測光上，實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后信號經(jīng)過陣列波導光柵，濾除多余的泵浦光，再經(jīng)過延遲干涉儀，使信號變?yōu)榕c原始信號同相位，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轉(zhuǎn)換集成芯片，屬于光電子領域，該集成芯片包括半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀，所述半導體光放大器、陣列波導光柵、延遲干涉儀依次連接并集成在同一半導體基片上，構成一個芯片；所述半導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)明利用半導體光放大器的交叉增益調(diào)制效應，將泵浦光上的信號調(diào)制到另一不同波長的探測光上；利用陣列波導光柵的藍移濾波作用，提取超快的瞬態(tài)啁啾躍變動態(tài)過程，克服較慢的半導體光放大器增益恢復時間對工作速率的限制，提升波長轉(zhuǎn)換的速度，具有波長轉(zhuǎn)換速度快、體積小、易于集成等特點。整個全光波長轉(zhuǎn)換集成芯片的尺寸可小至4.5mm×2mm，可應用于下一代光網(wǎng)絡的路由系統(tǒng)中。
文檔編號G02F1/35GK102841479SQ20121037411
公開日2012年12月26日 申請日期2012年10月7日 優(yōu)先權日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 申請人:電子科技大學