[發明專利]基于串聯光開關的光延遲結構及數控集成光子延遲裝置

無效

• 申請號: 201310523252.8
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103529521A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 瞿鵬飛;孫力軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B6/28;G02B6/42;G02B6/12
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

????本發明涉及一種可動態改變光傳輸延時的技術，尤其涉及一種基于串聯光開關的光延遲結構及數控集成光子延遲裝置。

背景技術

可調光子延遲器是一種用于動態改變光傳輸延時的裝置，目前這種器件被廣泛地應用于通信、量子信息處理與存儲、射電天文學等領域中，用來對光信號進行延遲處理，并且這種器件還有可能在未來的光子計算機中具有重要的應用前景。

不同的射頻信號和應用領域，對可調光子延遲器的延遲范圍和精度要求都各不相同，但隨著通訊速率、工作頻段的提升，可調光延遲器總的發展方向是向高精度、大范圍、快速可調方面發展，并且可調光延遲器還應具備體積小、功耗低等特點。

目前，現有技術中主要采用原子蒸汽、光纖、晶體等材料，通過電磁誘導透明、四波混頻、受激布里淵散射、光學諧振儲能等慢光效應來實現可調光延遲器，但由于這些技術都存在這樣或那樣的固有缺陷，導致其難以滿足工程界對可調光延遲器性能越來越高的要求；

原子蒸汽實現方式和晶體材料實現方式都難以獲得小體積的裝置，這不僅使其成本居高不下，更重要的是大大制約了其應用范圍；原子蒸汽實現方式需要在高溫高壓條件才能產生延遲效應，能量消耗巨大，雖然原子蒸汽實現方式能夠實現大范圍光延遲，但其所利用的色散慢光效應卻嚴重限制了其工作帶寬（帶寬值一般在MHz量級），無法滿足目前GHz量級的通訊帶寬要求，而且原子蒸汽實現方式的延遲調諧極為困難，調節的靈活性很差；常規的光纖延遲實現方式需要配合光開關才能完成延遲調諧，但因光纖長度受加工精度以及環境溫度、應力影響，難以在高精度、穩定性上取得突破，這也是目前光控相控陣發展受制約的重要因素之一。

為了解決上述問題，本領域技術人員也進行了不懈的探索，在探索過程中就出現了一種硅基的超緊湊集成光子延遲器件（參見Fengnian?Xia，Lidija?Sekaric?and?Yurii?Vlasov，“Ultracompact?optical?buffers?on?a?silicon?chip”，Nature?Photonics,Vol.1,2007,65-71），該器件在SOI硅片上通過半導體工藝，以納米尺寸的波導為基礎，通過級聯多達上百個微環諧振結構構成延遲器件，可實現500ps的信號延遲，該方法雖然延遲量大，但無法實現調諧，不適應動態調諧的需求。此后還出現了很多以微環諧振結構為基礎的延遲裝置，比如Jaime?Cardenas,?etc,“Wide?bandwidth?continuously?tunable?optical?delayline?using?silicon?microring?resonator”，Oprics?Express,Vol.18,No.25以及Qing?Li,etc,“Low?loss?microdisk-based?delay?line?dor?narrowband?optical?filters”,Photonics?Technology?Letter,Vol.24,No.15等，其中都描述了基于微環或微盤等諧振結構的延遲裝置，這種延遲裝置雖然克服了體積功耗以及延遲可調的障礙，但受帶寬和時間的乘積常數的制約，無法實現大帶寬下大延遲調諧，同時目前硅基延遲器件基本采用熱光效應進行延遲調諧，其調諧速度在百微秒量級，同樣不適用于高速應用場合。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種基于串聯光開關的數控集成光子延遲裝置，其特征在于：所述數控集成光子延遲裝置由兩段耦合光纖、兩個模斑轉換器、多個光開關和多段單模波導組成；兩段耦合光纖分別記為輸入耦合光纖和輸出耦合光纖；所述模斑轉換器為形狀呈等腰梯形的波導，等腰梯形的長底邊形成模斑轉換器的輸入端，等腰梯形的窄底邊形成模斑轉換器的輸出端，兩個模斑轉換器分別記為輸入模斑轉換器和輸出模斑轉換器；所述光開關為SOI-MMI光開關，光開關采用雙輸入雙輸出模式；

輸入耦合光纖的輸出端與輸入模斑轉換器的輸入端連接，輸入模斑轉換器的輸出端與第一光開關的其中一個輸入端連接，第一光開關的另一個輸入端閑置；第一光開關的兩個輸出端分別通過兩段單模波導與第二光開關的兩個輸入端連接；其余光開關按第一光開關和第二光開關的連接方式依次串聯，所串聯的光開關數量計為N個（由N個光開關形成的數控集成光子延遲裝置可提供N-1?bit數的信號）；

輸出耦合光纖的輸出端與輸出模斑轉換器的輸入端連接，輸出模斑轉換器的輸出端與第N光開關的其中一個輸出端連接，第N光開關的另一個輸出端閑置；