[發明專利]一種利用動態電源對光子器件進行熱光調制的系統和方法

有效

• 申請號: 201910873205.3
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110673364B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 譚旻;汪志城;張一帆;明達
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;廖盈春

本發明涉及光子器件熱光調制和高能效電源管理領域，公開了一種利用動態電源對光子器件進行熱光調制的系統和方法。將光信號轉化為電流信號，該光電流經過處理采樣后轉換為數字信號或者斜率信息，再輸入給算法處理單元進行處理。算法處理單元在對應的控制算法下通過模擬輸出模塊輸出模擬電壓V_EN給熱調器的驅動模塊，同時，監測所述電壓V_EN的包絡，產生的信號作為動態電源模塊的輸入參考電壓，由所述動態電源生成具有帶負載能力的輸出為所述驅動模塊供電。本發明解決了現有硅基光子器件熱光調制的能效低以及傳統動態電源無法提供多通道輸出等問題，并在微環波長鎖定、馬赫曾德干涉儀相位控制等硅基光子器件熱光調制應用中實現較高的能源效率。

技術領域

本發明屬于光子器件的熱光調制和高能效電源管理領域，更具體的，涉及一種利用動態電源的供電方式對光子器件進行熱光調制的系統和方法。

背景技術

硅基光子技術已經成為光子集成回路最關鍵的技術之一，與電學器件相比，硅基光子器件能夠有更低的功耗、更高速度、更大帶寬等優點，因此硅基光子器件在數據傳輸通信、全光計算、傳感等領域均有著廣泛的應用。熱光調制通過改變片上光子器件溫度的方式來實現對硅基光子器件特性的動態調節，是硅基光子器件的核心動態控制技術。微環諧振器及馬赫曾德干涉儀等重要片上器件均可以采用熱光調制的方式對諧振波長、相位等重要參數進行動態控制，同時通過熱光調制可以消除溫度、工藝偏差等隨機因素對光子器件特性的影響，在光電調制器、濾波器、光電神經網絡等領域均有重要應用。熱光調制通常使用片上電阻作為熱調器，通過改變熱調器供電電壓來調節器件溫度。

以微環調制器為例，熱變化會使微環的諧振波長漂移，從而使微環調制器發射信號的消光比下降，數據傳輸的誤碼率增大，系統性能降低。除熱變化外，制造工藝偏差和輸入激光變化也會造成微環性能下降，這些影響因素都是隨機且不可預估的。目前絕大部分研究均采用“反饋控制+熱光調制”的方法來補償這些影響因素。以圖1中的微環1011為例，光電二極管102監測波導下載端1012的光功率，產生的光電流經過反饋控制處理單元103的處理后，產生一個輸出電壓給驅動104，從而控制熱調器1013來補償熱變化等影響因素。在整個反饋回路中，絕大部分功耗都產生在驅動熱調器上，其中驅動熱調器的功耗包括熱調器上產生的熱耗散和驅動模塊產生的無用功耗兩部分。熱調器上產生的熱耗散是補償熱變化的關鍵，所以降低驅動模塊產生的無用功耗，才能夠提高整個系統的能量效率。

傳統熱光調制的驅動模塊采用固定輸入的線性電源進行供電，但是固定電源的驅動效率低下，當熱調器需要的功率較小時，驅動將會產生大量無用功耗，這不僅降低了整個系統的能量效率，還可能帶來額外的散熱問題。目前基本上國內外所有熱調器的驅動均是采用固定電源進行供電，大部分研究是使用板級電源，國際上極少數研究實現了熱光調制驅動和供電電源的集成。然而，這些研究工作均采用固定電源對熱調器的驅動進行供電，因此降低了系統的能量效率。

與此同時，相較于傳統的動態電源，用于熱光調制的動態電源在輸出功率范圍、速度要求、通道數等方面有較大的區別。用于熱光調制的動態電源一般最大功率大多在幾十mW到上百mW內，跟蹤速度大多在100kHz以下，其驅動的負載是純阻性的。而且，傳統的動態電源通常是單路工作，僅需要一個動態電源，而很多光子應用均使用多路熱光調制，理論上需要多個動態電源，而現有的動態電源均無法提供多通道輸出。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的第一目的在于克服現有硅基光子器件熱光調制的低能效問題，提出一種利用動態電源對熱調器驅動供電的裝置及方法，從而在微環波長鎖定、馬赫曾德干涉儀相位控制等硅基光子器件熱光調制應用中實現較高的能源效率。

另外，本發明的第二目的在于針對現有動態電源無法提供多通道輸出的問題，提出一種利用單個動態電源實現多路熱光調制的裝置及方法，從而適應多通道熱光調制的應用需求。