[發明專利]一種大規模集成光子器件陣列控制電路及方法

有效

• 申請號: 202110197891.4
• 申請日: 2021-02-22
• 公開（公告）號: CN112965181B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 徐小川;黃正權;陳佳欣;姚勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;H02M1/088;H02M1/32;H02M11/00
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明涉及光子集成電路，特別涉及一種大規模集成光子器件陣列控制電路及方法。其中陣列控制電路由多個行、多個列相互連接構成可控光子器件的陣列式控制電路，各行、列的一端均設有作為陣列電路控制輸入端的控制線，每根控制線連接一個獨立的控制單元；大規模集成光子器件陣列控制電路包括脈沖陣列產生電路與節點驅動電路，每個行與每個列的交點構成了脈沖陣列產生電路的脈沖輸出節點，每個脈沖輸出節點上對應連接一個節點驅動電路。本電路可以實現對大規模集成光子器件陣列的同時控制，并且具有高度的可拓展性，可以顯著降低控制電路的成本；并且通過整列掃描和選取合適的RC常數提升掃描速度。

技術領域

本發明涉及光子集成電路，特別涉及一種大規模集成光子器件陣列控制電路及方法。

背景技術

近年來隨著集成硅光子學制作工藝的迅速發展，芯片上可集成的光子器件數量呈指數增長，具備了實現超大規模光子器件集成的能力。然而由于芯片布線規則的限制，難以實現對大量光器件的同時控制，使超大規模光子器件集成極具挑戰，從而極大地影響了集成光子系統的性能。

以光學相控陣為例，利用光學相控陣進行光束掃描，具有更靈活、更快的波束控制特性，而且具有高分辨率、高穩定性和高保密性等優點，并可實現可編程的波束轉向控制、非慣性隨機指向和多波束同步控制，因此在自由空間光通信、全息顯示、激光雷達等諸多前沿技術領域中具有廣闊的應用前景。如何實現對大規模的相移器的同時控制，成為制約集成光學相控陣大規模集成化的主要問題之一。

要實現對光學相控陣等大規模集成光電系統的控制，目前已有的控制電路有兩種，第一種是直接控制，即每個器件外接到獨立的控制單元上，例如DAC，通過獨立控制單元對光電器件進行控制。第二種方法是基于PWM的陣列式控制電路，這是利用PWM波對光電器件陣列進行掃描。

第一種控制電路，即為每個光器件設置獨立的控制電路，隨著光器件數目的增加，需要的控制線數量快速增長，芯片上難以實現如此多的控制線；第二種是基于PWM波等效性的控制電路，一方面隨著控制陣列規模的加大，其控制電壓增大，會引入很強的干擾，另一方面這種基于等效性工作原理的控制電路隨著控制陣列規模的增大，對于要求同時相移輸出的陣列，其等效性已經不適用了。

發明內容

本發明提供一種大規模集成光子器件陣列控制電路及方法，旨在提供一種低成本、小體積的解決大規模光器件控制問題的陣列式控制電路。

本發明提供一種大規模集成光子器件陣列控制電路，由多個行、多個列相互連接構成可控光子器件的陣列式控制電路，各行、列的一端均設有作為陣列電路控制輸入端的控制線，每根控制線連接一個獨立的控制單元；所述大規模集成光子器件陣列控制電路包括脈沖陣列產生電路與節點驅動電路，每個行與每個列的交點構成了脈沖陣列產生電路的脈沖輸出節點，每個脈沖輸出節點上對應連接一個節點驅動電路。

作為本發明的進一步改進，所述脈沖陣列產生電路的每一列控制線通過限流電阻與所有行控制線分別相連，所述脈沖輸出節點設置在行列的限流電阻之間，并對應連接到節點驅動電路。

作為本發明的進一步改進，所述節點驅動電路包括二極管D1、D2，場效應管Q1、Q2、Q3，光子器件R1，電阻R2、R3，電容C1，所述二極管D1的負極分別連接二極管D2的負極、脈沖輸出節點，所述二極管D1的正極分別連接場效應管Q1的柵極、場效應管Q2的柵極、電阻R3，所述二極管D2的正極分別連接電阻R2、場效應管Q3的柵極、電容C1，所述場效應管Q1的漏極連接電阻R2的另一端，所述場效應管Q1的源極連接場效應管Q2的源極，所述場效應管Q2的漏極分別連接電阻R3的另一端、電容C1的另一端、接地，所述場效應管Q3的漏極連接光子器件R1，所述場效應管Q3的源極接地，所述光子器件R1的另一端連接VEE端。

作為本發明的進一步改進，陣列式控制電路控制光子器件時，所述脈沖產生陣列產生的寬度脈沖對節點驅動電路的輸出獨立配置。