基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)及數(shù)控集成光子延遲裝置制造方法
【專利摘要】一種基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，所述光延遲結(jié)構(gòu)由多個光開關和多段單模波導組成；第一光開關的其中一個輸入端與輸入光纖連接，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(lián)；第N光開關的其中一個輸出端與輸出光纖連接；第N光開關的另一個輸出端閑置；連接每兩個光開關的第一單模波導和第二單模波導，第一單模波導的長度大于第二單模波導的長度。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：具有調(diào)諧速度快、工作穩(wěn)定、可控性好的優(yōu)點，并且能夠借由成熟的CMOS工藝實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，數(shù)控集成光子延遲裝置集成于SOI硅片上，體積小、集成度高。
【專利說明】基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)及數(shù)控集成光子延遲裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可動態(tài)改變光傳輸延時的技術(shù)，尤其涉及一種基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)及數(shù)控集成光子延遲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)光子延遲器是一種用于動態(tài)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。
[0003]不同的射頻信號和應用領域，對可調(diào)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(diào)光延遲器總的發(fā)展方向是向高精度、大范圍、快速可調(diào)方面發(fā)展，并且可調(diào)光延遲器還應具備體積小、功耗低等特點。
[0004]目前，現(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)可調(diào)光延遲器，但由于這些技術(shù)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(diào)光延遲器性能越來越高的要求；
原子蒸汽實現(xiàn)方式和晶體材料實現(xiàn)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(xiàn)方式需要在高溫高壓條件才能產(chǎn)生延遲效應，能量消耗巨大，雖然原子蒸汽實現(xiàn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)方式的延遲調(diào)諧極為困難，調(diào)節(jié)的靈活性很差；常規(guī)的光纖延遲實現(xiàn)方式需要配合光開關才能完成延遲調(diào)諧，但因光纖長度受加工精度以及環(huán)境溫度、應力影響，難以在高精度、穩(wěn)定性上取得突破，這也是目前光控相控陣發(fā)展受制約的重要因素之一。
[0005]為了解決上述問題，本領域技術(shù)人員也進行了不懈的探索，在探索過程中就出現(xiàn)了一種娃基的超緊湊集成光子延遲器件(參見Fengnian Xia, Lidija Sekaricand Yurii Vlasov,“Ultracompact optical buffers on a silicon chip”， NaturePhotonics, 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(lián)多達上百個微環(huán)諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成延遲器件，可實現(xiàn)500ps的信號延遲，該方法雖然延遲量大，但無法實現(xiàn)調(diào)諧，不適應動態(tài)調(diào)諧的需求。此后還出現(xiàn)了很多以微環(huán)諧振結(jié)構(gòu)為基礎的延遲裝置，比如Jaime Cardenas, etc, “Wide bandwidthcontinuously tunable optical delayline using silicon microring resonator，，，Oprics Express, Vol.18，N0.25 以及 Qing Li, etc, “Low loss microdisk-based delayline dor narrowband optical filters，，，Photonics Technology Letter, Vol.24, N0.15等，其中都描述了基于微環(huán)或微盤等諧振結(jié)構(gòu)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(diào)的障礙，但受帶寬和時間的乘積常數(shù)的制約，無法實現(xiàn)大帶寬下大延遲調(diào)諧，同時目前硅基延遲器件基本采用熱光效應進行延遲調(diào)諧，其調(diào)諧速度在百微秒量級，同樣不適用于高速應用場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:所述數(shù)控集成光子延遲裝置由兩段耦合光纖、兩個模斑轉(zhuǎn)換器、多個光開關和多段單模波導組成；兩段稱合光纖分別記為輸入稱合光纖和輸出稱合光纖；所述模斑轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸入端，等腰梯形的窄底邊形成模斑轉(zhuǎn)換器的輸出端，兩個模斑轉(zhuǎn)換器分別記為輸入模斑轉(zhuǎn)換器和輸出模斑轉(zhuǎn)換器；所述光開關為SO1-MMI光開關,光開關米用雙輸入雙輸出模式；
輸入I禹合光纖的輸出端與輸入模斑轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，輸入模斑轉(zhuǎn)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(lián)，所串聯(lián)的光開關數(shù)量計為N個(由N個光開關形成的數(shù)控集成光子延遲裝置可提供N-1 bit數(shù)的信號)；
輸出I禹合光纖的輸出端與輸出模斑轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，輸出模斑轉(zhuǎn)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；
連接每兩個光開關的兩段單模波導分別記為第一單模波導和第二單模波導，第一單模波導的長度大于第二單模波導的長度。
[0007]前述方案的原理是:從前述方案中不難看出，SO1-MMI光開關是本發(fā)明中的核心部件，我們先來介紹下SO1-MMI光開關:S01-MMI光開關是現(xiàn)有技術(shù)中常用的光開關，其所依賴的基本原理是多模波導“配對干涉”產(chǎn)生的自鏡像效應，這種光開關的常用類型有3X3和2X2兩種，本發(fā)明中的雙輸入雙輸出光開關即為2X2型，通過光開關對光路的選擇作用，我們可以人為選擇讓輸入光從哪個輸出端輸出，也即可以讓光按我們設定的路徑傳輸，當將多個光開關串聯(lián)后，我們就可以通過對多個光開關的路徑進行選擇性控制，從而獲得多種路徑方案，這是本發(fā)明發(fā)揮作用的基礎；介紹完了 SO1-MMI光開關后，我們再來看看本發(fā)明的方案:
基于前述的由串聯(lián)光開關所能提供的多種路徑，本發(fā)明將連接每兩個光開關之間的第一單模波導和第二單模波導的長度設置為不同長度，本領域技術(shù)人員應該明白，光在波導中穿行的時間與波導長度成正比，當光從一個光開關進入另一個光開關時，光在第一單模波導中穿行的時間肯定大于光在第二單模波導中的穿行時間，通過光開關對光路的切換作用，我們就可以人為地選擇使光從哪條單模波導(即第一單模波導和第二單模波導中的任一者)中通過，具體來說，當我們需要使光信號延遲一定時間時，可以通過控制光開關的動作，使光通過第一單模波導從前一個光開關中進入下一個光開關中，從而實現(xiàn)對光信號的延遲處理，當我們不需要信號延遲時，可以直接讓光從第二單模波導中通過；在闡明了前述原理的基礎上，我們就能看出，只需要控制每兩個光開關之間的光路及不同光路之間的組合方式，就能得到時延量不同的多種路徑，從而獲得一種調(diào)節(jié)靈活性極大的可調(diào)光子延遲裝置。
[0008]除此之外，本發(fā)明的方案還具有射頻寬帶透明、調(diào)諧速度快的優(yōu)點:采用原子蒸汽或微環(huán)諧振結(jié)構(gòu)的延遲裝置無法避免“時間帶寬乘積常數(shù)”的制約，因此在寬帶應用領域受到極大限制。在極為有限的帶寬下(f4GHz)，現(xiàn)有技術(shù)為了實現(xiàn)光信號的真延遲調(diào)諧，必須采取特殊的電光轉(zhuǎn)換機制，比如載波抑制的單邊帶調(diào)制方式等，這種妥協(xié)方式犧牲了系統(tǒng)光傳輸鏈路其他方面的性能指標。而基于MMI自鏡像效應的光開關實際上是一個MZ型的雙光束干涉結(jié)構(gòu)，由于兩個調(diào)相臂的物理長度相等，即使在開關切換時，也只會帶來幾飛秒的延遲量，所以其工作帶寬極寬(>>10nm，超過THz)，所以該光開關幾乎是對微波、毫米波信號透明的，完全能夠勝任目前、以及未來大多數(shù)領域的帶寬要求；同時，由于MMI光開關采用了基于PIN結(jié)構(gòu)的等離子體色散效應，所以其調(diào)諧速度在本質(zhì)上比熱光效應至少高1000倍，所以快速的延遲切換能力可保證該器件在高速領域中靈活應用。
[0009]另外，本發(fā)明還具有工作穩(wěn)定、可控性好的優(yōu)點:傳統(tǒng)的光開關延遲切換網(wǎng)絡由于全部采用分立的光纖段和開關構(gòu)成，其龐大的組成體積以及功耗均無法適應系統(tǒng)需求，而且受環(huán)境影響極大，無法保證穩(wěn)定的延遲調(diào)諧；本發(fā)明由于是集成的光子芯片，所以其抗環(huán)境干擾能力極強，同時本發(fā)明還可采用自動的制冷器，可基本保證其恒溫工作，從而完全避免了環(huán)境溫度的影響，保證器件性能的穩(wěn)定性；同時該器件在調(diào)諧過程中沒有諸如微環(huán)延遲器陡峭的延遲響應，所以相應的可控制性也將大大提高。
[0010]最后，本發(fā)明還適合于批量化生產(chǎn):本發(fā)明中的模斑轉(zhuǎn)換器、光開關和單模波導均采用波導結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，因此可利用現(xiàn)有成熟的微電子器件加工技術(shù)將模斑轉(zhuǎn)換器、光開關和單模波導全部集成于SOI硅片上，器件尺寸十分小巧；其制作可完全采用與CMOS兼容的工藝進行，并且現(xiàn)有的MMI器件具有制作容差大的特點，所以本發(fā)明的光子延遲裝置本質(zhì)上具有單片光電集成的優(yōu)勢，基于硅基微電子的成熟的工藝平臺，可實現(xiàn)低成本批量的生產(chǎn)，這可解決現(xiàn)有技術(shù)的光延遲裝置存在難以大規(guī)模應用的瓶頸問題。
[0011]優(yōu)選地，所述耦合光纖為拉錐棱鏡光纖，耦合光纖上的拉錐棱鏡對從耦合光纖的輸入端進入的光進行聚焦。通過拉錐棱鏡光纖的聚焦作用，其輸出光的光斑尺寸與普通單模光纖光斑比較要小很多，模斑直徑通常為2?4_，采用這種拉錐棱鏡光纖的目的是盡量使光纖模斑與SOI波導所激勵的模場匹配,減少稱合損耗。
[0012]前述的基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，是基于本發(fā)明的核心“光延遲結(jié)構(gòu)”所演生出的一種完整的光子延遲裝置，發(fā)明人還希望本發(fā)明的光延遲結(jié)構(gòu)也獲得專利保護，因此，本發(fā)明還提出了如下方案:
一種基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為:所述光延遲結(jié)構(gòu)由多個光開關和多段單模波導組成；所述光開關為SO1-MMI光開關,光開關米用雙輸入雙輸出模式；第一光開關的其中一個輸入端與輸入光纖連接，用于將輸入光導入光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)，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(lián)，所串聯(lián)的光開關數(shù)量計為N個；第N光開關的其中一個輸出端與輸出光纖連接,用于將調(diào)制后的光從光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)導出；第N光開關的另一個輸出端閑置；連接每兩個光開關的兩段單模波導分別記為第一單模波導和第二單模波導，第一單模波導的長度大于第二單模波導的長度。
[0013]前述的光延遲結(jié)構(gòu)，其原理和功能前文已作了詳細的闡釋，在此不再贅述。
[0014]為了便于對延遲量進行控制，以及提供更為靈活的調(diào)整控制，本發(fā)明還針對第一單模波導和第二單模波導提出了如下的優(yōu)選方案:每兩個光開關之間的第二單模波導的長度一致；每兩個光開關之間的第一單模波導的長度不同。之所以將每兩個光開關之間的第二單模波導的長度設置為一致，是為了保證在不需要調(diào)節(jié)延遲量時，光信號能夠以均一的通過時間通過每兩個光開關；之所以將每兩個光開關之間的第一單模波導的長度設置為不同，是為了使不同兩個光開關之間的第一單模波導能夠提供不同的延遲量，從而提供多變的延遲量組合方式。
[0015]為了便于制訂控制策略，本發(fā)明還作了如下改進:設第一光開關和第二光開關之間的第一單模波導長度為L，則第二光開關和第三光開關之間的第一單模波導長度為2L，第三光開關和第四光開關之間的第一單模波導長度為4L，……第N-1光開關和第N光開關之間的第一單模波導長度為2n_2L。
[0016] 雖然SO1-MMI光開關的原理和結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中均有充分論述，但為了便于本領域技術(shù)人員實施本發(fā)明的方案，本發(fā)明還公開了如下的優(yōu)選光開關結(jié)構(gòu):所述光開關的結(jié)構(gòu)為:光開關由兩個麗I多模波導區(qū)、六條連接波導和兩個調(diào)相區(qū)組成；六條連接波導分別形成兩條輸入波導、兩條輸出波導和兩條調(diào)相臂；兩條調(diào)相臂互相平行地設置于兩個麗I多模波導區(qū)之間，兩個調(diào)相區(qū)分別設置于兩條調(diào)相臂上；兩條輸入波導設置于其中一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關的兩個輸入端，兩條輸出波導設置于另外一個麗I多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關的兩個輸出端；其中，兩條輸入波導分別設置于麗I多模波導區(qū)的寬度中心線的兩側(cè)，且兩條輸入波導的位置互相對稱，麗I多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與麗I多模波導區(qū)的寬度中心線(麗I多模波導區(qū)的寬度中心線如圖2中虛線所示)相距We/6 (如圖2中長度標記B所示)，We為麗I多模波導區(qū)的寬度；兩條輸出波導的位置與兩條輸入波導的位置對稱多模波導區(qū)的長度為￡?/2 (麗I多模波導區(qū)的長度如圖2中長度標記A所不)，Lr為麗I多模波導區(qū)的干涉長
度；所述調(diào)相區(qū)采用PIN結(jié)，PIN結(jié)的電極上設置有引腳。
[0017]另外，為了節(jié)省空間，還可使第一單模波導呈卷形分布。
[0018]當將本發(fā)明作具體應用時，還可通過如下方案形成一種新的延遲控制裝置，其結(jié)構(gòu)為:所述延遲控制裝置由泵浦光源、電光調(diào)制器、數(shù)控集成光子延遲裝置、光電探測器、PCB電路板I和PCB電路板II組成；
泵浦光源與電光調(diào)制器光路連接，電光調(diào)制器與數(shù)控集成光子延遲裝置的輸入端光路連接，數(shù)控集成光子延遲裝置的輸出端與光電探測器的輸入端光路連接，光電探測器的輸出端向外輸出調(diào)制后的信號；PCB電路板I與電光調(diào)制器連接，PCB電路板I用于為電光調(diào)制器提供調(diào)制控制信號；PCB電路板II通過外圍電路與數(shù)控集成光子延遲裝置上的光開關電氣連接，PCB電路板II用于控制各個光開關的動作；其中，數(shù)控集成光子延遲裝置的結(jié)構(gòu)與前述方案相同；
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:提供了一種新型的數(shù)控集成光子延遲裝置，該裝置具有射頻寬帶透明、調(diào)諧速度快、工作穩(wěn)定、可控性好的優(yōu)點，并且能夠借由成熟的CMOS工藝實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，數(shù)控集成光子延遲裝置集成于SOI硅片上，體積小、集成度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1、本發(fā)明的數(shù)控集成光子延遲裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖2、本發(fā)明的光開關的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖3、本發(fā)明的延遲控制裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖中的各個標記所對應的部件名稱分別為:輸入稱合光纖1-1、輸出稱合光纖1-2、輸入模斑轉(zhuǎn)換器2-1、輸出模斑轉(zhuǎn)換器2-2、光開關3、第一單模波導4-1、第二單模波導4-2、麗I多模波導區(qū)5、調(diào)相區(qū)6、調(diào)相臂7、光開關的輸入端8、光開關的輸出端9、麗I多模波導區(qū)的長度A、MMI多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與MMI多模波導區(qū)的寬度中心線之間的距離B、泵浦光源10、電光調(diào)制器11、數(shù)控集成光子延遲裝置12、光電探測器13、PCB電路板I 14、PCB 電路板 II 15。
【具體實施方式】
[0020]一種基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，所述數(shù)控集成光子延遲裝置由兩段耦合光纖、兩個模斑轉(zhuǎn)換器、多個光開關3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1-1和輸出耦合光纖1-2 ;所述模斑轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸入端，等腰梯形的窄底邊形成模斑轉(zhuǎn)換器的輸出端，兩個模斑轉(zhuǎn)換器分別記為輸入模斑轉(zhuǎn)換器2-1和輸出模斑轉(zhuǎn)換器2-2 ;所述光開關3為SO1-MMI光開關，光開關3米用雙輸入雙輸出模式；
輸入稱合光纖1-1的輸出端與輸入模斑轉(zhuǎn)換器2-1的輸入端連接,輸入模斑轉(zhuǎn)換器2-1的輸出端與第一光開關3的其中一個輸入端連接，第一光開關3的另一個輸入端閑置；第一光開關3的兩個輸出端分別通過兩段單模波導與第二光開關3的兩個輸入端連接；其余光開關3按第一光開關3和第二光開關3的連接方式依次串聯(lián)，所串聯(lián)的光開關3數(shù)量計為N個；
輸出I禹合光纖1-2的輸出端與輸出模斑轉(zhuǎn)換器2-2的輸入端連接,輸出模斑轉(zhuǎn)換器2-2的輸出端與第N光開關3的其中一個輸出端連接，第N光開關3的另一個輸出端閑置；連接每兩個光開關3的兩段單模波導分別記為第一單模波導4-1和第二單模波導4-2，第一單模波導4-1的長度大于第二單模波導4-2的長度。
[0021]進一步地，所述耦合光纖為拉錐棱鏡光纖，耦合光纖上的拉錐棱鏡對從耦合光纖的輸入端進入的光進行聚焦。
[0022]進一步地，每兩個光開關3之間的第二單模波導4-2的長度一致；每兩個光開關3之間的第一單模波導4-1的長度不同。
[0023]進一步地，設第一光開關3和第二光開關3之間的第一單模波導4-1長度為L，則第二光開關3和第三光開關3之間的第一單模波導4-1長度為2L，第三光開關3和第四光開關3之間的第一單模波導4-1長度為4L，……第N-1光開關3和第N光開關3之間的第一單模波導4-1長度為2n_2L。
[0024]進一步地，所述光開關3的結(jié)構(gòu)為:光開關3由兩個MMI多模波導區(qū)、六條連接波導和兩個調(diào)相區(qū)組成；
六條連接波導分別形成兩條輸入波導、兩條輸出波導和兩條調(diào)相臂；兩條調(diào)相臂互相平行地設置于兩個MMI多模波導區(qū)之間，兩個調(diào)相區(qū)分別設置于兩條調(diào)相臂上；兩條輸入波導設置于其中一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關3的兩個輸入端，兩條輸出波導設置于另外一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關3的兩個輸出端；
其中，兩條輸入波導分別設置于麗I多模波導區(qū)的寬度中心線的兩側(cè)，且兩條輸入波導的位置互相對稱，MMI多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與MMI多模波導區(qū)的寬度中心線相距We/6, We為MMI多模波導區(qū)的寬度；兩條輸出波導的位置與兩條輸入波導的位置對稱；MMI多模波導區(qū)的長度為匕/2^為麗I多模波導區(qū)的干涉長度；
所述調(diào)相區(qū)采用PIN結(jié)，PIN結(jié)的電極上設置有引腳。
[0025]一種基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，所述光延遲結(jié)構(gòu)由多個光開關3和多段單模波導組成；所述光開關3為SO1-MMI光開關,光開關3米用雙輸入雙輸出模式；
第一光開關3的其中一個輸入端與輸入光纖連接,用于將輸入光導入光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)，第一光開關3的另一個輸入端閑置；第一光開關3的兩個輸出端分別通過兩段單模波導4與第二光開關3的兩個輸入端連接；其余光開關3按第一光開關3和第二光開關3的連接方式依次串聯(lián)，所串聯(lián)的光開關3數(shù)量計為N個；第N光開關3的其中一個輸出端與輸出光纖連接，用于將調(diào)制后的光從光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)導出；第N光開關3的另一個輸出端閑置；
連接每兩個光開關3的兩段單模波導分別記為第一單模波導4-1和第二單模波導4-2，第一單模波導4-1的長度大于第二單模波導4-2的長度。
[0026]進一步地，每兩個光開關3之間的第二單模波導4-2的長度一致；每兩個光開關3之間的第一單模波導4-1的長度不同。
[0027]進一步地，設第一光開關3和第二光開關3之間的第一單模波導4-1長度為L，則第二光開關3和第三光開關3之間的第一單模波導4-1長度為2L，第三光開關3和第四光開關3之間的第一單模波導4-1長度為4L，……第N-1光開關3和第N光開關3之間的第一單模波導4-1長度為2n_2L。
[0028]進一步地，所述光開關3的結(jié)構(gòu)為:光開關3由兩個MMI多模波導區(qū)、六條連接波導和兩個調(diào)相區(qū)組成；
六條連接波導分別形成兩條輸入波導、兩條輸出波導和兩條調(diào)相臂；兩條調(diào)相臂互相平行地設置于兩個MMI多模波導區(qū)之間，兩個調(diào)相區(qū)分別設置于兩條調(diào)相臂上；兩條輸入波導設置于其中一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關3的兩個輸入端，兩條輸出波導設置于另外一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關3的兩個輸出端；
其中，兩條輸入波導分別設置于麗I多模波導區(qū)的寬度中心線的兩側(cè)，且兩條輸入波導的位置互相對稱，MMI多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與MMI多模波導區(qū)的寬度中心線相距We/6, We為MMI多模波導區(qū)的寬度；兩條輸出波導的位置與兩條輸入波導的位置對
稱；MMI多模波導區(qū)的長度為iv/2，之為麗I多模波導區(qū)的干涉長度；
所述調(diào)相區(qū)采用PIN結(jié)，PIN結(jié)的電極上設置有引腳。[0029]一種采用前述數(shù)控集成光子延遲裝置的延遲控制裝置，所述延遲控制裝置由泵浦光源10、電光調(diào)制器11、數(shù)控集成光子延遲裝置12、光電探測器13、PCB電路板I 14和PCB電路板II 15組成；
泵浦光源10與電光調(diào)制器11光路連接，電光調(diào)制器11與數(shù)控集成光子延遲裝置12的輸入端光路連接，數(shù)控集成光子延遲裝置12的輸出端與光電探測器13的輸入端光路連接，光電探測器13的輸出端向外輸出調(diào)制后的信號；PCB電路板I 14與電光調(diào)制器11連接，PCB電路板I 14用于為電光調(diào)制器11提供調(diào)制控制信號；PCB電路板II 15通過外圍電路與數(shù)控集成光子延遲裝置12上的光開關3電氣連接，PCB電路板II 15用于控制各個光開關3的動作；所述數(shù)控集成光子延遲裝置12的結(jié)構(gòu)與前述方案相同。
【權(quán)利要求】
1.一種基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:所述數(shù)控集成光子延遲裝置由兩段耦合光纖、兩個模斑轉(zhuǎn)換器、多個光開關(3)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(1-1)和輸出耦合光纖(1-2);所述模斑轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸入端，等腰梯形的窄底邊形成模斑轉(zhuǎn)換器的輸出端，兩個模斑轉(zhuǎn)換器分別記為輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)和輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2);所述光開關(3)為SO1-MMI光開關,光開關(3)米用雙輸入雙輸出模式； 輸入稱合光纖(1-1)的輸出端與輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)的輸入端連接,輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)的輸出端與第一光開關(3)的其中一個輸入端連接,第一光開關(3)的另一個輸入端閑置；第一光開關(3)的兩個輸出端分別通過兩段單模波導與第二光開關(3)的兩個輸入端連接；其余光開關(3)按第一光開關(3)和第二光開關(3)的連接方式依次串聯(lián)，所串聯(lián)的光開關(3)數(shù)量計為N個； 輸出I禹合光纖(1-2)的輸出端與輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2)的輸入端連接,輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2)的輸出端與第N光開關(3)的其中一個輸出端連接,第N光開關(3)的另一個輸出端閑置； 連接每兩個光開關(3)的兩段單模波導分別記為第一單模波導(4-1)和第二單模波導(4-2)，第一單模波導(4-1)的長度大于第二單模波導(4-2)的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:所述耦合光纖為拉錐棱鏡光纖，耦合光纖上的拉錐棱鏡對從耦合光纖的輸入端進入的光進行聚焦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:每兩個光開關(3)之間的第二單模波導(4-2)的長度一致；每兩個光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)的長度不同。`
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:設第一光開關(3)和第二光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為L，則第二光開關(3)和第三光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為2L，第三光開關(3)和第四光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為4L，……第N-1光開關(3)和第N光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為2n_2L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于串聯(lián)光開關的數(shù)控集成光子延遲裝置，其特征在于:所述光開關(3)的結(jié)構(gòu)為:光開關(3)由兩個MMI多模波導區(qū)、六條連接波導和兩個調(diào)相區(qū)組成； 六條連接波導分別形成兩條輸入波導、兩條輸出波導和兩條調(diào)相臂；兩條調(diào)相臂互相平行地設置于兩個MMI多模波導區(qū)之間，兩個調(diào)相區(qū)分別設置于兩條調(diào)相臂上；兩條輸入波導設置于其中一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關(3)的兩個輸入端,兩條輸出波導設置于另外一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關(3)的兩個輸出端； 其中，兩條輸入波導分別設置于麗I多模波導區(qū)的寬度中心線的兩側(cè)，且兩條輸入波導的位置互相對稱，MMI多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與MMI多模波導區(qū)的寬度中心線相距We/6, We為MMI多模波導區(qū)的寬度；兩條輸出波導的位置與兩條輸入波導的位置對稱；MMI多模波導區(qū)的長度為，久為麗I多模波導區(qū)的干涉長度；所述調(diào)相區(qū)采用PIN結(jié)，PIN結(jié)的電極上設置有引腳。
6.一種基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光延遲結(jié)構(gòu)由多個光開關(3)和多段單模波導組成；所述光開關(3)為SO1-MMI光開關,光開關(3)米用雙輸入雙輸出模式； 第一光開關(3)的其中一個輸入端與輸入光纖連接,用于將輸入光導入光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)，第一光開關(3)的另一個輸入端閑置；第一光開關(3)的兩個輸出端分別通過兩段單模波導(4)與第二光開關(3)的兩個輸入端連接；其余光開關(3)按第一光開關(3)和第二光開關(3)的連接方式依次串聯(lián)，所串聯(lián)的光開關(3)數(shù)量計為N個；第N光開關(3)的其中一個輸出端與輸出光纖連接，用于將調(diào)制后的光從光延遲結(jié)構(gòu)內(nèi)導出；第N光開關(3)的另一個輸出端閑置； 連接每兩個光開關(3)的兩段單模波導分別記為第一單模波導(4-1)和第二單模波導(4-2)，第一單模波導(4-1)的長度大于第二單模波導(4-2)的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于:每兩個光開關(3)之間的第二單模波導(4-2)的長度一致；每兩個光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)的長度不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于:設第一光開關(3)和第二光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為L，則第二光開關(3)和第三光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為2L，第三光開關(3)和第四光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為4L，……第N-1光開關(3)和第N光開關(3)之間的第一單模波導(4-1)長度為 2n_2L。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于串聯(lián)光開關的光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光開關(3)的結(jié)構(gòu)為:光開關(3)由兩個MMI多模波導區(qū)、六條連接波導和兩個調(diào)相區(qū)組成； 六條連接波導分別形成兩條輸入波導、兩條輸出波導和兩條調(diào)相臂；兩條調(diào)相臂互相平行地設置于兩個MMI多模波導區(qū)之間，兩個調(diào)相區(qū)分別設置于兩條調(diào)相臂上；兩條輸入波導設置于其中一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關(3)的兩個輸入端,兩條輸出波導設置于另外一個MMI多模波導區(qū)的外側(cè)，形成光開關(3)的兩個輸出端； 其中，兩條輸入波導分別設置于麗I多模波導區(qū)的寬度中心線的兩側(cè)，且兩條輸入波導的位置互相對稱，MMI多模波導區(qū)上連接輸入波導的位置與MMI多模波導區(qū)的寬度中心線相距We/6, We為麗I多模波導區(qū)的寬度；兩條輸出波導的位置與兩條輸入波導的位置對稱；MMI多模波導區(qū)的長度為夂/2 , Zw.為麗I多模波導區(qū)的干涉長度； 所述調(diào)相區(qū)采用PIN結(jié)，PIN結(jié)的電極上設置有引腳。
10.一種采用權(quán)利要求1所述數(shù)控集成光子延遲裝置的延遲控制裝置，其特征在于:所述延遲控制裝置由泵浦光源(10)、電光調(diào)制器(11)、數(shù)控集成光子延遲裝置(12)、光電探測器(13)、PCB電路板I (14)和PCB電路板II (15)組成； 泵浦光源(10)與電光調(diào)制器(11)光路連接，電光調(diào)制器(11)與數(shù)控集成光子延遲裝置(12)的輸入端光路連接，數(shù)控集成光子延遲裝置(12)的輸出端與光電探測器(13)的輸入端光路連接，光電探測器(13)的輸出端向外輸出調(diào)制后的信號；PCB電路板I (14)與電光調(diào)制器(11)連接，PCB電路板I (14)用于為電光調(diào)制器(11)提供調(diào)制控制信號；PCB電路板II (15)通過外圍電路與數(shù)控集成光子延遲裝置(12)上的光開關(3)電氣連接，PCB電路板II (15)用于控制各個光開關(3)的動作； 所述數(shù)控集成光子延遲裝置(12)由兩段耦合光纖、兩個模斑轉(zhuǎn)換器、多個光開關(3)和多段單模波導組成；兩段稱合光纖分別記為輸入稱合光纖(1-1)和輸出稱合光纖(1-2)；所述模斑轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸入端，等腰梯形的窄底邊形成模斑轉(zhuǎn)換器的輸出端，兩個模斑轉(zhuǎn)換器分別記為輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)和輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2);所述光開關(3)為SO1-MMI光開關,光開關(3)米用雙輸入雙輸出模式； 輸入稱合光纖(1-1)的輸出端與輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)的輸入端連接,輸入模斑轉(zhuǎn)換器(2-1)的輸出端與第一光開關(3)的其中一個輸入端連接,第一光開關(3)的另一個輸入端閑置；第一光開關(3)的兩個輸出端分別通過兩段單模波導與第二光開關(3)的兩個輸入端連接；其余光開關(3)按第一光開關(3)和第二光開關(3)的連接方式依次串聯(lián)，所串聯(lián)的光開關(3)數(shù)量計為N個； 輸出I禹合光纖(1-2)的輸出端與輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2)的輸入端連接,輸出模斑轉(zhuǎn)換器(2-2)的輸出端與第N光開關(3)的其中一個輸出端連接,第N光開關(3)的另一個輸出端閑置； 連接每兩個光開關(3)的兩段單模波導分別記為第一單模波導(4-1)和第二單模波導(4-2)，第一單模波導(4·-1)的長度大于第二單模波導(4-2)的長度。
【文檔編號】G02B6/12GK103529521SQ201310523252
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】瞿鵬飛, 孫力軍 申請人:中國電子科技集團公司第四十四研究所