参考文献 26

1 引言

1。1 集成光学发展

上世纪 60 年代后期，Bell 实验室 S。E。Miller 教授提出“集成光学”的概念，随后这 一概念被广泛提及，再之后伴随着光纤逐渐取代导线和无线电线路，集成光路 OIC 或光 子集成回路 PIC 代替传统集成电路，“集成光学”得到了快速的发展【1】。70 年代后期， 伴随着新工艺以及新材料的不断涌现,集成光学技术有了更多实际应用。80 年代，通信中 光纤逐渐取代导线,许多制造商开始生产适用于各个应用的集成光路。随着光纤通信的发 展，不同结构不同功能的集成光学器件应运而生。集成光学器件在光纤网络中的重要地 位不断提高，同时它也加速了光纤技术的发展，集成光学技术未来更进一步发展和技术 成熟还将推动光纤通信领域的技术发展和革新【2】。论文网

1。2 可调光衰减器发展概述

1。2。1 可调光衰减器

在光纤通信系统中，出现了高集成度、大容量，基于波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing）及密集波分复用技术（Dense Wavelength Division Multiplexing）的全光网络系统。随着全光网络高速大容量的发展，系统规模越来越大， 结构日益复杂，在光网络中很重要的一种光无源器件是光衰减器。光衰减器在光网络中 的主要作用是平坦光放大器的增益，在 WDM 中平衡各个信道的功率，以此减少功率的浮 动和串扰【3】。在现代通讯系统中使用的光学器件运用一系列的科技制作而成，每一个都 从尺寸、速度、成本、稳定性、光损耗、电功耗、可拓展性等不同方面展示了特有的优 缺点。尤其是，在光网络中广泛应用的可调光衰减器，可基于不同平台实现，包括光力 学，微电子机械系统，热光学，电光学，微流体，液晶，或基于光波导。从衰减器工作 方式来看，可分为固定光衰减器和可调光衰减器（VOA），前者只能对光信号达到静态固 定的衰减，不可动态调节。而可调光衰减器（VOA）可以通过控制电压温度等外界因素达 到不同衰减量【4】。

1。2。2 基于集成光学技术 VOA

基于集成光学技术的可调光衰减器从结构上分为马赫曾德尔干涉仪型，非对称 Y 分 支，弯曲波导结构，多模激发式等等。从工作原理上分为热光型和电光型【5】。

非对称 Y 分支波导的原理如图 1-1 所示，基于热光效应，光不会耦合进波导较宽的文献综述

那一侧（加装热电极一侧）。

图 1-1  非对称 Y 分支衰减器原理图

多模激发式可调光衰减器由单模波导，多模波导，锥形波导以及倾斜放置的电极组 成【6】，结构如图 1-2 所示。当电极工作时，考虑到热光效应，电极下方材料的折射率发 生变化，沿光纤方向传播的光部分受到反射，从而激发出高阶模式，在经过锥形波导时， 高阶模式辐射出去，导致在输出光纤处的光功率有所衰减。文献【7】中采用聚合物材料， 多模激发式波导结构的光衰减器，当电源功率为 80mw 时，其能达到最大的光衰减量为 30dB，平均插入损耗小于 2dB。

图 1-2 多模激发式衰减器结构图

Mach-Zehnder 干涉仪在光学系统中主要用于光信号的调整，结构如图 1-3 所示，光从 输入光纤入射后经过分束器件被分成强度相等的两束，对其中一束光进行相位调制，经 过耦合器合束输出后，两束光信号发生干涉，光强随相位差的变化而变化，从而达到调 制光强的目的【8】。

图 1-3 马赫曾德尔干涉仪结构图

图 1-4 是一种 MZI 反射型 VOA，在相干臂的两端具有布拉格光栅反射器，使用多模干 涉耦合器进行合束分束。与传统 MZ 型 VOA 相比，其电源消耗较小（仅为传统 MZ 型的一 半），且具有更高的消光系数。该器件加热器的长度为 125μm，当实现最高 35。5dB 的光 衰减时，电源功率为 10。8mw【9】。