反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時方法及延時器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光延時器領(lǐng)域，具體為一種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時方法及延時器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光延時器作為一種光無源器件在通訊領(lǐng)域和相控陣?yán)走_(dá)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 在光通訊時分復(fù)用系統(tǒng)中，光延時器用于產(chǎn)生高比特率的復(fù)用信號和實現(xiàn)光緩沖區(qū)，減少 分組丟失，提高通訊系統(tǒng)的性能;在相控陣?yán)走_(dá)中，光延時器在減少天線陣列重量，提高雷 達(dá)分辨率、識別能力、解決多目標(biāo)成像、抗電磁干擾、簡化結(jié)構(gòu)等方面具有巨大的優(yōu)勢。
[0003] 光延時器的傳統(tǒng)光路一般采用增加光路長度的方式得到合適的延時，以獲得預(yù)期 的延時效果。
[0004] 近年來，隨著現(xiàn)代通訊系統(tǒng)和相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)對系統(tǒng)尺寸、功耗等方面的要求不 斷提高，芯片可集成型的光延時器成為了目前光延時系統(tǒng)的主要研究方向。但是，光延時器 的尺寸直接限制了延時器中所能獲得的光路長度，導(dǎo)致芯片可集成型的光延時器除了利用 傳統(tǒng)光路的延時方式外還需進(jìn)一步利用額外色散造成的延時。這種類型的光延時器通常集 成光學(xué)微諧振腔(簡稱光學(xué)微腔），利用其對光波的諧振效應(yīng)，使光波在環(huán)形腔內(nèi)往返多次 傳輸從而對光波產(chǎn)生一定的延時，此外，芯片的延時器件要求在微小的頻率范圍內(nèi)需產(chǎn)生 較大的相位突變，才能獲得較好的延時效果，因此高品質(zhì)系數(shù)(Q)的回音壁模式光學(xué)微腔成 為目前芯片可集成型光延時器的首選。但是傳統(tǒng)光路下單個光學(xué)微腔Q值有限，因此研究者 逐步發(fā)展采用串聯(lián)光學(xué)微腔或者耦合光學(xué)微腔波導(dǎo)的形式來獲得更長的延時，通常通過合 理設(shè)計微環(huán)腔結(jié)構(gòu)和級聯(lián)一定數(shù)目的微環(huán)腔就可以達(dá)到對延時量的良好控制，如中國專利

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，無須級聯(lián)多個光學(xué)微腔的反 饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時方法及延時器。
[0006] 為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時方法，光信號通過耦合器件注入光學(xué)微腔并從光學(xué) 微腔耦合輸出，輸出的光信號再次通過耦合器件重新注入光學(xué)微腔后并從光學(xué)微腔最終輸 出，從而實現(xiàn)對光信號的延時。
[0008] 該延時方法具備以下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] 利用反饋機(jī)制將出射光反饋并注入光學(xué)微腔腔內(nèi)，增加了光信號傳輸?shù)挠行窂?以及額外色散的可調(diào)延時，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下改善了光學(xué)微腔延時器的效果； 同時能夠通過對反饋條件的控制，進(jìn)一步調(diào)節(jié)光學(xué)微腔延時器的延時效果，從而達(dá)到光學(xué) 微腔延時器的可調(diào)。
[0010]作為優(yōu)選，所述光信號兩次注入光學(xué)微腔從光學(xué)微腔的同一位置注入；同一位置 耦合，耦合結(jié)構(gòu)簡單。
[0011]作為優(yōu)選，所述光信號兩次注入光學(xué)微腔從光學(xué)微腔的不同位置注入;不同位置 耦合，耦合部分調(diào)節(jié)更加靈活多變。
[0012] 為實現(xiàn)上述延時方法，本發(fā)明提供一種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時器，技術(shù)方案包 括兩種：
[0013] 第一種技術(shù)方案為:一種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時器，包括光信號輸入端、光信號 輸出端和光學(xué)微腔，還包括親合器件、第一親合器和第二親合器，所述第一親合器的端口 A 與光信號輸入端相連，端口 B通過親合器件與光學(xué)微腔親合，端口 C與第二親合器的端口 C相 連，所述第二親合器的端口 A通過親合器件與光學(xué)微腔親合，端口 B與光信號輸出端相連。
[0014] 該延時器具備以下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 利用反饋機(jī)制將出射光反饋并注入光學(xué)微腔腔內(nèi)，增加了光信號傳輸?shù)挠行窂?以及額外色散的可調(diào)延時，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下改善了光學(xué)微腔延時器的效果； 同時能夠通過對反饋條件的控制，進(jìn)一步調(diào)節(jié)光學(xué)微腔延時器的延時效果，從而達(dá)到光學(xué) 微腔延時器的可調(diào)。
[0016] 第二種技術(shù)方案為:一種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時器，包括光信號輸入端、光信號 輸出端和光學(xué)微腔，還包括2個耦合器件和耦合器，所述光信號輸入端和耦合器的端口 A通 過其中一個耦合器件在光學(xué)微腔的一側(cè)與光學(xué)微腔耦合，所述光信號輸出端和耦合器的端 口 C通過另一個耦合器件在光學(xué)微腔的另一側(cè)與光學(xué)微腔耦合。
[0017] 該延時器具備以下優(yōu)點(diǎn)：除具有第一種技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)外，與第一種技術(shù)方案相 比：結(jié)構(gòu)更為簡單，光學(xué)微腔耦合位置有兩個，耦合部分調(diào)節(jié)更加靈活多變。
[0018] 上述兩種技術(shù)方案中：
[0019] 作為優(yōu)選，所述光學(xué)微腔的結(jié)構(gòu)為微環(huán)、微球、微盤、微柱、微芯圓環(huán)和變形腔的任 意一種;光學(xué)微腔多種結(jié)構(gòu)可選，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0020] 作為優(yōu)選，所述光學(xué)微腔的制成材料為二氧化硅、聚合物、半導(dǎo)體和氟化鈣的任意 一種;根據(jù)不同制成材料各自的優(yōu)點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0021] 作為優(yōu)選，所述耦合器件為光纖錐、一端斜拋光的光纖、波導(dǎo)和棱鏡的任意一種； 多種耦合器件可選，根據(jù)不同耦合器件各自的特點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0022] 作為優(yōu)選，所述第一耦合器為光纖型耦合器、微器件型耦合器、平面波導(dǎo)耦合器和 倏逝波導(dǎo)耦合器的任意一種;根據(jù)不同類型耦合器各自的優(yōu)點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0023] 作為優(yōu)選，所述第二耦合器為光纖型耦合器、微器件型耦合器、平面波導(dǎo)耦合器和 倏逝波導(dǎo)耦合器的任意一種;根據(jù)不同類型耦合器各自的優(yōu)點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用。
[0024] 作為優(yōu)選，所述耦合器為光纖型耦合器、微器件型耦合器、平面波導(dǎo)耦合器和倏逝 波導(dǎo)耦合器的任意一種;根據(jù)不同類型耦合器各自的優(yōu)點(diǎn)，選擇適合的場合應(yīng)用
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是實施例1的光場示意圖；
[0027] 圖3是實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4是實施例2的光場不意圖；
[0029] 附圖標(biāo)記：1.光信號輸入端、2.光信號輸出端、3.光學(xué)微腔、4.親合器件、5.第一親 合器、6.第二親合器、7.親合器。
【具體實施方式】
[0030] 結(jié)合圖1和圖2,詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例1，但不對本發(fā)明的權(quán)利要求做任何限 定。
[0031] 如圖1所示，一種反饋式可調(diào)光學(xué)微腔延時器，包括光信號輸入端1、光信號輸出端 2、光學(xué)微腔3、親合器件4、第一親合器5和第二親合器6;第一親合器5的端口 A與光信號輸入 端1相連，端口 B通過耦合器件4與光學(xué)微腔3耦合，端口 C與第二耦合器6的端口 C相連;第二 親合器6的端口 A通過親合器件4與光學(xué)微腔3親合，端口 B與光信號輸出端2相連。
[0032] 其中，光學(xué)微腔3采用微環(huán)結(jié)構(gòu)，耦合器件4采用光纖錐。
[0033]工作時，光信號的傳輸過程為：
[0034] 1.光信號輸入端1的光信號由第一親合器5的端口 A輸入到第一親合器5，然后從端 口 B輸出；
[0035] 2.第一耦合器5端口 B輸出的光信號通過耦合器件4注入到光學(xué)微腔3，然后再通過 親合器件4親合輸出到第二親合器6的端口 A;
[0036] 3.進(jìn)入第二親合器6的光信號一部分通過端口B直接輸出到光信號輸出端2,另一 部分通過與第一耦合器5相連的端口 C重新注入到第一耦合器5;
[0037] 4.達(dá)到穩(wěn)定輸出的總延時后的光信號由光信號輸出端2輸出。
[0038] 光信號的延時效果，具體計算方法如下：
[0039] 如圖2所示，為實施例1的光場示意圖。
[0040] 設(shè)Einl為光信號輸入光場，Ein2為輸入光場與反饋光通過第一親合器親合的光場， Es為光學(xué)微腔內(nèi)的光場，Emjtl為光學(xué)微腔親合的輸出光場，Emjt2為整個系統(tǒng)的輸出光場。
[0041] 設(shè)p、k為對光場Ein2輸入到光學(xué)微腔的透射系數(shù)和親合系數(shù)，P'為光場Es輸入 到光學(xué)微腔的透射系數(shù)和耦合系數(shù)，有pip'，k = k'且phfiUao為光學(xué)微腔的線性衰減 因子，光學(xué)微腔半徑長度為a，Lo = 2皿為腔的長度，ns為腔內(nèi)折射率，c為光速，光學(xué)微腔的延 時％ = 傳播過程中額外獲取的相位外為由于耦合模式引起的損耗，δ〇為 C A 腔內(nèi)的本征損耗，ω為輸入光的頻率，ω〇為光學(xué)微腔內(nèi)的共振頻率，△ ?為光學(xué)微腔中心 頻率的失諧，△ ω = ω 〇- ω 〇
[0042] 對于外反饋的情況，設(shè)η為光纖中的折射率，αι為外反饋部分線性衰減因子肩為外 反饋部分附加相移，Li為Emjtl到Ein2的總長度，T^SLl段光纖延時，滿足h = ?ii/e =灼/〇 ;識2 為EQUtl到第二耦合器附加相移，LdEouu到第二耦合器的長度，段光纖延時，滿足 r: = ;Π?為輸入光與第一親合器的親合系數(shù)，Π 2為第二親合器與輸出光的親 合系數(shù)。
[0043] 光場基本方程有：
[0044]