光环形器和光学设备

本发明涉及光学，尤其是涉及一种光环形器和光学设备。

背景技术：

1、光环形器是一种多端口的具有非互易性的光学器件，在光纤激光器、双向泵浦系统、色散补偿装置以及一些先进光纤通信系统中具有广泛的应用。近年来，随着制作工艺的不断进步，集成光子芯片在光通信、光计算、光传感方向展示了巨大的潜力。然而，在集成光子芯片中实现高性能的光环形器仍是一个亟待解决的问题。

2、现有的光环形器存在以下缺陷：

3、1、现有的光环形器可以采用磁光效应方案，需要设置外部磁场，依赖额外组件。

4、2、现有的光环形器的端口数量难以扩展，难以满足更多端口的需求。

5、3、磁光效应方案存在晶圆键合会晶格失配，沉积材料的工艺也很复杂，需要额外的其他材料，工艺难度较高。

6、4、现有的光环形器难以动态实现环形方向的改变。

7、5、现有的光环形器难以实现光环形器+光放大器的功能。

8、6、现有的光环形器可以采用空间光方案，尺寸较大，难以在同一个芯片上集成其他器件，难以构成更复杂功能的光学系统。

9、7、空间光方案需要严格对准光路，对制作工艺要求较高。

10、8、现有的光环形器可以采用磁光+mzi(mach–zehnder interferometer，马赫-曾德尔干涉仪)方案，稳定度较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光环形器和光学设备，全光实现，降低额外组件的依赖；端口数目容易扩展，对于更多端口的需求更容易实现；不需要额外的其他材料，降低工艺需求；动态实现环形方向的改变；能够实现信号的增益放大，从而实现光环形器+光放大器的功能；尺寸大大缩小，同时能够在同一个芯片上集成其他器件，从而构成更复杂功能的光学系统，对制作工艺要求较低；稳定度更高。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种光环形器，光环形器包括：多个端口、多个光分束器和至少一个泵浦光耦合器，每个端口均设置有光分束器，每个端口的光分束器的输出端依次连接；入射光进入目标端口后，入射光经过目标端口的光分束器划分为顺时针信号和逆时针信号；泵浦光耦合器输出泵浦光，泵浦光在光环形器中顺时针传输或逆时针传输；如果泵浦光在光环形器中顺时针传输，泵浦光与顺时针信号发生布里渊效应，顺时针信号被放大；顺时针信号经过目标端口的下一个端口的光分束器后，从目标端口的下一个端口输出；如果泵浦光在光环形器中逆时针传输，泵浦光与逆时针信号发生布里渊效应，逆时针信号被放大；逆时针信号经过目标端口的上一个端口的光分束器后，从目标端口的上一个端口输出。

3、在本申请可选的实施例中，如果泵浦光在光环形器中顺时针传输，泵浦光与逆时针信号不发生布里渊效应，逆时针信号不被放大；如果泵浦光在光环形器中逆时针传输，泵浦光与顺时针信号不发生布里渊效应，顺时针信号不被放大。

4、在本申请可选的实施例中，上述多个泵浦光耦合器分别设置于每个端口的输出端。

5、在本申请可选的实施例中，上述端口之间采用布里渊有源波导连接。

6、在本申请可选的实施例中，如果泵浦光在光环形器中顺时针传输，多个泵浦光耦合器分别设置于每个端口的光分束器输出顺时针信号的输出端；如果泵浦光在光环形器中逆时针传输，多个泵浦光耦合器分别设置于每个端口的光分束器输出逆时针信号的输出端。

7、在本申请可选的实施例中，上述每个端口均配置有泵浦光输入通道，泵浦光通过泵浦光输入通道传输至光环形器。

8、在本申请可选的实施例中，上述光环形器包括：一个泵浦光耦合器，光环形器还包括：环形谐振腔；顺时针信号、逆时针信号和泵浦光均在环形谐振腔中传输；泵浦光与顺时针信号在环形谐振腔中发生布里渊效应，或者，泵浦光与逆时针信号在环形谐振腔中发生布里渊效应。

9、在本申请可选的实施例中，上述光环形器基于硅材料、氮化硅材料和硫系玻璃制作。

10、在本申请可选的实施例中，上述光环形器集成于芯片中。

11、第二方面，本发明实施例还提供一种光学设备，光学设备包括上述的光环形器。

12、本发明实施例带来了以下有益效果：

13、本发明实施例提供了一种光环形器和光学设备，可以全光实现，降低额外组件的依赖；端口数目容易扩展，对于更多端口的需求更容易实现；不需要额外的其他材料，降低工艺需求；动态实现环形方向的改变；能够实现信号的增益放大，从而实现光环形器+光放大器的功能；尺寸大大缩小，同时能够在同一个芯片上集成其他器件，从而构成更复杂功能的光学系统，对制作工艺要求较低；稳定度更高。

14、本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

15、为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种光环形器，其特征在于，所述光环形器包括：多个端口、多个光分束器和至少一个泵浦光耦合器，每个所述端口均设置有所述光分束器，每个所述端口的光分束器的输出端依次连接；

2.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，如果所述泵浦光在所述光环形器中顺时针传输，所述泵浦光与所述逆时针信号不发生布里渊效应，所述逆时针信号不被放大；

3.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，多个所述泵浦光耦合器分别设置于每个所述端口的输出端。

4.根据权利要求3所述的光环形器，其特征在于，所述端口之间采用布里渊有源波导连接。

5.根据权利要求3所述的光环形器，其特征在于，如果所述泵浦光在所述光环形器中顺时针传输，多个所述泵浦光耦合器分别设置于每个所述端口的光分束器输出所述顺时针信号的输出端；

6.根据权利要求3所述的光环形器，其特征在于，每个所述端口均配置有泵浦光输入通道，所述泵浦光通过所述泵浦光输入通道传输至所述光环形器。

7.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，所述光环形器包括：一个所述泵浦光耦合器，所述光环形器还包括：环形谐振腔；

8.根据权利要求1-7任一项所述的光环形器，其特征在于，所述光环形器基于硅材料、氮化硅材料和硫系玻璃制作。

9.根据权利要求1-7任一项所述的光环形器，其特征在于，所述光环形器集成于芯片中。

10.一种光学设备，其特征在于，所述光学设备包括权利要求1-9任一项所述的光环形器。

技术总结本发明提供了一种光环形器和光学设备，包括：多个端口、多个光分束器和至少一个泵浦光耦合器，每个端口的光分束器的输出端依次连接；入射光进入目标端口后，入射光经过目标端口的光分束器划分为顺时针信号和逆时针信号；泵浦光耦合器输出泵浦光，泵浦光在光环形器中顺时针传输或逆时针传输；顺时针传输的泵浦光与顺时针信号发生布里渊效应，顺时针信号被放大；顺时针信号经过目标端口的下一个端口的光分束器后，从目标端口的下一个端口输出；逆时针传输的泵浦光与逆时针信号发生布里渊效应，逆时针信号被放大；逆时针信号经过目标端口的上一个端口的光分束器后，从目标端口的上一个端口输出。可以全光实现，降低额外组件的依赖。技术研发人员：程铭,蒋寻涯,王健平,何利受保护的技术使用者：西湖大学光电研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/9