[發明專利]一種Sagnac耦合微環陣列結構的讀寫可控的硅基集成光緩存器

有效

• 申請號: 202210301410.4
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN115061236B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 王慧瑩;王智;傅子玲;蔣瑞;丁鑫;謝子燦;鄭赟;張正賢
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02F1/095
• 代理公司: 北京安度修典專利代理有限公司 11424
• 代理人: 楊方成;馬歡萍

本發明公開一種Sagnac耦合微環陣列結構的讀寫可控的硅基集成光緩存器，包括左右依次設置的Sagnac環和微環諧振腔陣列；所述微環諧振腔陣列為1×n個串聯的微環；所述與Sagnac環耦合的微環Rn的非耦合區集成有相變材料；所述相變材料通過對其施加光脈沖或電脈沖的方式調控相變材料的晶態，決定Rn與Rn?1間是否耦合，決定進入所述微環諧振腔陣列耦合Sagnac環的可調光學緩存器信號光能否耦合輸出，實現對光緩存器讀/寫的控制。本發明的讀寫可控的硅基集成光緩存器能夠高精度延時、突破時延帶寬積，并實現方便可調、低損耗的信號光寫入與讀出光緩存器操作的效果。

技術領域

本發明涉及光電子集成技術領域，尤其涉及一種Sagnac環耦合微環陣列結構的讀寫可控的硅基集成光緩存器。

背景技術

在大數據的時代背景下，以數據為中心的應用程序，如網絡電視、視頻點播等的流行使得網絡對傳輸帶寬的要求不斷提高。以光纖為核心的光通信系統可以有效解決數據網絡負載率過高的問題。光分組交換技術不僅可以滿足網絡傳輸中日益增長的帶寬需求，還具有低延遲、高帶寬和高吞吐量等優點，使數據的存儲完全在光域中進行，不需要進行光-電-光轉換，避免產生“電子瓶頸”，這無論從提高速率、改善信號質量以及降低能耗等各個角度看都是有利的。光緩存技術作為光分組交換技術中的關鍵技術，既可以提供可調的緩存時間以便節點進行幀頭處理，同時還可以解決光路由器同一端口的競爭問題。因此光緩存技術是全光路由控制和解決通道競爭的一個關鍵技術，該技術技術直接決定了信息處理的性能，光緩存器的研究對未來光通信網絡的發展具有重要的意義。

目前在所有研究中，各種結構的光緩存器具有其各自的優勢與挑戰：基于電誘導透明(EIT)效應的慢光緩存器成本高、系統結構及制造工藝復雜，因此難以實現。基于光纖延遲線(FDL)的光緩存器雖可以提供較大的延遲，但其分辨率受到調諧步驟的限制，并且尺寸大，不易集成到微系統中。基于光子晶體(PC)慢光效應的光緩存器，存在與受激布里淵散射(SBS)慢光效應的相同難題，其總延遲時間不足納秒量級，并且延遲時間動態范圍小。而采用光開關和波導延遲線多級級聯的結構雖然能夠實現光延遲量的大范圍調節，但是從真正意義上來講它只是暫存器，并不能被稱為緩存器。此外，這些類型的緩存器都受制于帶寬與延遲時間的限制，即存儲能量時間與系統帶寬的乘積固定，有Δt·Δω～2π的極限。在光緩存器內無法長時間存儲大數據。

國際上對于非互易波導的研究雖然有一些，但大都集中在利用非互易波導實現光隔離器、光環形器等非互易器件，目前還沒有將其應用于光緩存器的相關研究報道。此外，該項研究大都集中在太赫茲波段，并沒有找到在光通信波段的相關研究報道，但基于太赫茲波段的光器件無法與已有光通信系統節點設備兼容，若要更換已架設的架構及硬件成本太大、實現難度大，并且太赫茲器件的尺寸大都在毫米量級，系統尺寸難以實現微型化。

光緩存器中信號光的“寫入”與“讀取”操作的難易程度是評價其性能的一個重要的方面。傳統基于半導體SOA放大器的全光緩存器中，由于光信號需要反復通過光放大器，容易引起噪聲的積累，而且控制技術相對復雜。

發明內容

本發明之目的在于提供一種讀寫可控的硅基集成光緩存器，便捷可控，還可以實現在光通信C波段信號光的緩存與讀寫控制。

為實現上述目的，本發明提供一種讀寫可控的硅基集成光緩存器，包括左右依次設置的Sagnac環和微環諧振腔陣列，所述微環諧振腔陣列為1×n個串聯的微環；所述與Sagnac環耦合的微環Rn的非耦合區上方集成相變材料；

所述1×n個串聯的微環，n為2以上的任意實數；

所述相變材料通過對其施加光脈沖或電脈沖的方式調控相變材料的晶態，決定Rn與Rn-1間是否耦合，決定進入所述微環諧振腔陣列耦合Sagnac環的可調光學緩存器信號光能否耦合輸出，實現對光緩存器讀/寫的控制。

優選地，對所述相變材料施加單一脈沖，相變材料相變為晶態，所述微環Rn與Rn-1斷開耦合，光信號被緩存在所述1×n-1微環陣列Rn-1至R1中，實現對緩存器寫的控制；