CN109791302B - 光耦合装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光耦合装置及其控制方法，该光耦合装置包括：耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器以及微处理器，可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小，对不同偏振方向的光的固有插损相同，且结构简单、易实现小型化。

Description

光耦合装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光耦合装置及其控制方法。
背景技术
目前，硅光应用正朝高密、波分等方向发展，其中关键器件如波导阵列光栅(AWG)、微环等折射率敏感器件都有强烈的偏振依赖，偏振无关耦合显得尤为重要。
现有的一种偏振无关耦合方法为：首先用二维耦合光栅(2DGC)将光纤中的光耦合进波导中，得到两束横电(TE)偏振光，接着通过相移器对两束TE偏振光进行相位控制，使得两束TE偏振光相位差为0，然后对相位差为0的两束TE偏振光用1x2分束器进行合束，最后得到一束TE偏振光。
上述方法中，由于光纤中存在是任意偏振方向的光，对于TE/TM均匀混合偏振光，固有插损为0，对于纯TE或者TM偏振光，固有插损为3dB，因此对于不同的偏振方向的光固有插损是不同的，额外插损较大。
发明内容
本发明实施例提供一种光耦合装置及其控制方法，可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小。
第一方面，本发明实施例提供一种光耦合装置，包括：
耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器以及微处理器，其中，耦合及偏振分离器用于将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2；相移器用于根据工作电压调节第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的相位差；2x2可调分束器用于根据工作电压调节分光比，并根据分光比对第一束TE偏振光和第二束TE偏振光进行合束处理，得到第一路输出和第二路输出；光电探测器用于探测第一路输出的工作电流，并将工作电流发送给微处理器；微处理器用于根据接收到的工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
本发明实施例提供的光耦合装置，通过设置耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器以及微处理器，耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，接着通过相移器调节两束偏振光的相位差，然后经2x2可调分束器进行合束处理，得到两路输出，光电探测器探测其中第一路输出的工作电流，反馈给微处理器探测到的工作电流，通过微处理器根据接收到工作电流控制相移器12的电压，调节2x2可调分束器13的工作电压，使得第一路输出的工作电流接近理论值0，从而可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小，且结构简单、易实现小型化。
在一种可能的设计中，耦合及偏振分离器为模斑转换器和偏振旋转分束器，模斑转换器用于将光从光纤耦合到波导中，偏振旋转分束器用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光。
该设计中，相比较二维耦合光栅，采用模斑转换器和偏振旋转分束器，可以覆盖非常宽的波段，光学带宽较宽。
在一种可能的设计中，耦合及偏振分离器为二维耦合光栅。
在一种可能的设计中，微处理器具体用于：调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压直到工作电流小于或等于预设阈值。
在一种可能的设计中，微处理器具体用于：按相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压为工作电流最小时对应的相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
第二方面，本发明实施例提供一种光耦合装置的控制方法，光耦合装置包括耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器，该方法包括：接收光电探测器探溅的第一路输出的工作电流，第一路输出为耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光之后，通过相移器进行相位差调节、2x2可调分束器进行合束处理得到的两路输出中的一路，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2，根据工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
本发明实施例提供的光耦合装置的控制方法，通过微处理器根据接收到工作电流控制相移器的电压，调节2x2可调分束器的工作电压，使得第一路输出光功率接近理论值0，从而可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小。
在一种可能的设计中，耦合及偏振分离器为模斑转换器和偏振旋转分束器，模斑转换器用于将光从光纤耦合到波导中，偏振旋转分束器用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光。
该设计中，相比较二维耦合光栅，采用模斑转换器和偏振旋转分束器，可以覆盖非常宽的波段，光学带宽较宽。
在一种可能的设计中，耦合及偏振分离器为二维耦合光栅。
在一种可能的设计中，根据工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，包括：调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压直到工作电流小于或等于预设阈值。
在一种可能的设计中，根据工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，包括：按相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压为工作电流最小时对应的相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
第三方面，本发明实施例提供一种光耦合装置的控制方法，光耦合装置包括耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器，该方法包括：
耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2，接着相移器根据工作电压调节第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的相位差，接着2x2可调分束器用于根据工作电压调节分光比，并根据分光比对第一束TE偏振光和第二束TE偏振光进行合束处理，得到第一路输出和第二路输出，接着光电探测器用于探测第一路输出的工作电流，并将工作电流发送给微处理器，最后微处理器用于根据接收到的工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
本发明实施例提供的光耦合装置控制方法，通过耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，接着通过相移器调节两束偏振光的相位差，然后经2x2可调分束器进行合束处理，得到两路输出，光电探测器探测其中第一路输出的工作电流，反馈给微处理器探测到的工作电流，通过微处理器根据接收到工作电流控制相移器12的电压，调节2x2可调分束器13的工作电压，使得第一路输出的工作电流接近理论值0，从而可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小，且结构简单、易实现小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的光耦合装置实施例一的结构示意图；
图2为本发明提供的光耦合装置实施例二的结构示意图；
图3为本发明提供的光耦合装置的控制方法实施例一的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出的光耦合装置及其控制方法，用于硅光芯片偏振无关耦合，将任意偏振方向的光(如线偏振光、圆/椭圆偏振光等)从光纤耦合到波导中，额外插损小，且本发明实施例提出的光耦合装置结构简单、易实现小型化。下面结合附图详细说明本发明实施例提供的技术方案。
图1为本发明提供的光耦合装置实施例一的结构示意图，如图1所示，该光耦合装置包括：耦合及偏振分离器11、相移器12、2x2可调分束器13、光电探测器14以及微处理器15，其中，耦合及偏振分离器11用于将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和偏振旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2。相移器12用于根据工作电压调节第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的相位差。2x2可调分束器13用于根据工作电压调节分光比，并根据分光比对第一束TE偏振光和第二束TE偏振光进行合束处理，得到第一路输出和第二路输出。光电探测器14用于探测第一路输出的工作电流，并将工作电流发送给微处理器。微处理器15用于根据接收到的工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
可选的，耦合及偏振分离器11可以是二维耦合光栅，二维耦合光栅可以将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，但是采用光栅耦合，会降低光学带宽，因此，本发明实施例中，耦合及偏振分离器11可以是模斑转换器和偏振旋转分束器。
图2为本发明提供的光耦合装置实施例二的结构示意图，如图2所示，图2在图1所示的光耦合装置的基础上，进一步地，本实施例的耦合及偏振分离器为模斑转换器111和偏振旋转分束器112，模斑转换器111用于将光从光纤耦合到波导中，偏振旋转分束器112用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光。相比较二维耦合光栅，采用模斑转换器和偏振旋转分束器，可以覆盖非常宽的波段，光学带宽较宽。
在上述实施例中，作为一种可选的实施方式，微处理器15具体用于：调节相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压直到工作电流小于或等于预设阈值，具体地，例如接收到第一路输出的工作电流后，确定工作电流是否小于或等于预设阈值，若工作电流小于或等于预设阈值，则将当前的相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压分别作为二者的目标工作电压；若否，则继续调节相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压。其中的预设阈值为实验数据，理论值为0。
作为另一种可选的实施方式，微处理器15具体用于：
按相移器12的目标工作电压和2x2可调分束器13的目标工作电压调节相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压，相移器12的目标工作电压和2x2可调分束器13的目标工作电压为工作电流最小时对应的相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压。例如，工作电流最小具体是这样确定的：确定出相移器12工作在第一预设范围内的N个不同工作电压和2x2可调分束器13工作在第二预设范围内的N个不同工作电压下对应的第一路输出的工作电流的最小值，将第一路输出的工作电流的最小值对应的相移器12的工作电压作为相移器12的目标工作电压，将第一路输出的工作电流的最小值对应的2x2可调分束器13的工作电压作为2x2可调分束器13的目标工作电压。第一预设范围和第二预设范围可以接近第一路输出的工作电流的理论值0。
下面以耦合及偏振分离器11为模斑转换器和偏振旋转分束器为例，详细说明通过调节相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压，以使第一路输出的光功率为0的技术原理：
光纤中任意偏振方向的光可以用琼斯矩阵表示为：
Figure GPA0000264356540000071
其中a1和a2分别是TE模和TM模的光强分量。
模斑转换器(SSC)将光从光纤耦合进波导通过偏振旋转分束器(PSR)后，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2，再经过相移器12，通过微处理器15控制相移器12的电压，使得第一束TE偏振光的相位
Figure GPA0000264356540000072
即两束偏振光的相位差为π/2，则第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的电矢量为：
Figure GPA0000264356540000081
然后通过2x2可调分束器13(分光比为1∶X)，可以得到：
Figure GPA0000264356540000082
通过调节2x2可调分光器13的工作电压使得X＝a1/a2，即a1-xa2＝0，2x2可调分束器13进行合束处理后，得到第一路输出的电矢量和第二路输出的电矢量为：
Figure GPA0000264356540000083
即第二路输出的光功率为
Figure GPA0000264356540000084
即理论上引入的额外损耗为0；而第一路的光功率为0，第一路输出至光电探测器14，可以通过光电探测器14探测此路输出进行反馈控制，第一路的光功率为0则第一路输出的工作电流为0，0为理论值，可以预设一电流阈值，因此当光电探测器14反馈给微处理器15的工作电流大于预设阈值时，继续调节相移器12的工作电压和2x2可调分束器13的工作电压，进而改变第一路输出的工作电流，若小于或等于预设阈值，则停止调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
本实施例提供的光耦合装置，通过设置耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器以及微处理器，耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，接着通过相移器调节两束偏振光的相位差，然后经2x2可调分束器进行合束处理，得到两路输出，光电探测器探测其中第一路输出的工作电流，反馈给微处理器探测到的工作电流，通过微处理器根据接收到工作电流控制相移器12的电压，调节2x2可调分束器13的工作电压，使得第一路输出的工作电流接近理论值0，从而可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小，且结构简单、易实现小型化。
图3为本发明提供的光耦合装置的控制方法实施例一的流程图，如图3所示，本实施例用于包括耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器的光耦合装置，本实施例的方法包括：
S101、接收光电探测器探测的第一路输出的工作电流。
其中，第一路输出为耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束及旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光之后，通过相移器进行相位差调节、2x2可调分束器进行合束处理得到的两路输出中的一路，第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1∶a2。
S102、根据工作电流调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。
可选的，耦合及偏振分离器为二维耦合光栅。二维耦合光栅可以将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，但是采用光栅耦合，会降低光学带宽，因此，本发明实施例中，耦合及偏振分离器可以是模斑转换器和偏振旋转分束器，模斑转换器用于将光从光纤耦合到波导中，偏振旋转分束器用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束横电TE偏振光和第二束TE偏振光。相比较二维耦合光栅，采用模斑转换器和偏振旋转分束器，可以覆盖非常宽的波段，光学带宽较宽。
作为一种可选的实施方式，S102具体为：调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压直到工作电流小于或等于预设阈值，具体地，例如接收到第一路输出的工作电流后，确定工作电流是否小于或等于预设阈值，若工作电流小于或等于预设阈值，则将当前的相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压分别作为二者的目标工作电压；若否，则继续调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。其中的预设阈值为实验数据，理论值为0。
作为另一种可选的实施方式，S102具体为：按相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，相移器的目标工作电压和2x2可调分束器的目标工作电压为工作电流最小时对应的相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压。例如，工作电流最小具体是这样确定的：确定出相移器工作在第一预设范围内的N个不同工作电压和2x2可调分束器工作在第二预设范围内的N个不同工作电压下对应的第一路输出的工作电流的最小值，将第一路输出的工作电流的最小值对应的相移器的工作电压作为相移器的目标工作电压，将第一路输出的工作电流的最小值对应的2x2可调分束器的工作电压作为2x2可调分束器的目标工作电压。第一预设范围和第二预设范围可以接近第一路输出的工作电流的理论值0。
通过调节相移器的工作电压和2x2可调分束器的工作电压，以使第一路输出的光功率为0的技术原理件上述装置实施例部分，此处不再赘述。
本实施例提供的光耦合装置的控制方法，通过微处理器根据接收到工作电流控制相移器的电压，调节2x2可调分束器的工作电压，使得第一路输出光功率接近理论值0，从而可实现将任意偏振方向的光从光纤耦合到波导中，额外插损小。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员将会理解，本申请的各个方面、或各个方面的可能实现方式可以被具体实施为***、方法或者计算机程序产品。因此，本申请的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件等等)，或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，在这里都统称为“电路”、“模块”或者“***”。此外，本申请的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品是指存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码。
计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者快闪存储器)、光纤、便携式只读存储器(CD-ROM)。
计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在流程图中每个步骤、或各步骤的组合中规定的功能动作；生成实施在框图的每一块、或各块的组合中规定的功能动作的装置。
计算机可读程序代码可以完全在用户的本地计算机上执行、部分在用户的本地计算机上执行、作为单独的软件包、部分在用户的本地计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或者服务器上执行。也应该注意，在某些替代实施方案中，在流程图中各步骤、或框图中各块所注明的功能可能不按图中注明的顺序发生。例如，依赖于所涉及的功能，接连示出的两个步骤、或两个块实际上可能被大致同时执行，或者这些块有时候可能被以相反顺序执行。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求书及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种光耦合装置，其特征在于，包括：
耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器以及微处理器；
所述耦合及偏振分离器用于将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光，所述第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1:a2；
所述相移器用于根据工作电压调节所述第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的相位差；
所述2x2可调分束器用于根据工作电压调节分光比，并根据所述分光比对所述第一束TE偏振光和第二束TE偏振光进行合束处理，得到第一路输出和第二路输出；
所述光电探测器用于探测所述第一路输出的工作电流，并将所述工作电流发送给所述微处理器；
所述微处理器用于根据接收到的所述工作电流调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压；
所述微处理器具体用于：
调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压直到所述工作电流小于或等于预设阈值。
2.根据权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于，所述耦合及偏振分离器为模斑转换器和偏振旋转分束器；
所述模斑转换器用于将光从光纤耦合到波导中；
所述偏振旋转分束器用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光。
3.根据权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于，所述耦合及偏振分离器为二维耦合光栅。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光耦合装置，其特征在于，所述微处理器具体用于：
按所述相移器的目标工作电压和所述2x2可调分束器的目标工作电压调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压，所述相移器的目标工作电压和所述2x2可调分束器的目标工作电压为所述工作电流最小时对应的相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压。
5.一种光耦合装置的控制方法，所述光耦合装置包括耦合及偏振分离器、相移器、2x2可调分束器、光电探测器，其特征在于，所述方法包括：
接收所述光电探测器探测的第一路输出的工作电流，所述第一路输出为所述耦合及偏振分离器将光从光纤耦合到波导中，并进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光之后，通过所述相移器进行相位差调节、所述2x2可调分束器进行合束处理得到的两路输出中的一路，所述第一束TE偏振光和第二束TE偏振光的强度之比为a1:a2；
根据所述工作电流调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压；
所述根据所述工作电流调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压，包括：
调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压直到所述工作电流小于或等于预设阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述耦合及偏振分离器为模斑转换器和偏振旋转分束器；
所述模斑转换器用于将光从光纤耦合到波导中；
所述偏振旋转分束器用于进行偏振分束和旋转，得到具有相位差的第一束TE偏振光和第二束TE偏振光。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述耦合及偏振分离器为二维耦合光栅。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述工作电流调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压，包括：
按所述相移器的目标工作电压和所述2x2可调分束器的目标工作电压调节所述相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压，所述相移器的目标工作电压和所述2x2可调分束器的目标工作电压为所述工作电流最小时对应的相移器的工作电压和所述2x2可调分束器的工作电压。
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