一种波长复用的微环调制器及波长锁定方法与流程

1.本发明涉及光纤通信领域的硅基调制器领域，具体涉及一种硅光子集成多波长的控制器件及方法。


背景技术：

2.针对未来提高多核处理器计算速率、突破信息传输速率和功耗瓶颈的需求，业界提出了采用片上光互连取代电互连的方案。基于硅基光子集成平台的微环谐振器型调制器兼具高集成度、低功耗、与cmos工艺兼容的特点，是目前最能适用于超短距离传输的片上光互连技术，同时具有50gbaud符号率以上的调制能力。
3.但是，现有硅基微环调制器的波分复用应用中，没有一种较优的锁定不同的微环调制器的调制波长的方法：图1为现有的微环调制器的波长锁定方法，入射光信号经微环调制器调制后输出调制光信号，调制光信号经过分光器后，分一个十分之一的光到光电检测pd，pd光电转换生成电信号，输入给反馈控制电路，反馈控制电路控制输入给加热电阻的电流，改变微环的温度，来使微环调制器的调制效率总是最优。但是这种方法在波分复用的微环调制系统中就不能使用了，如图2所示，分光器和光电检测pd都没有区分波长的功能，无法判定是哪个微环调制器的调制效率下降。
4.综上所述，现有硅基微环调制器的波分复用应用中，没有一种好的锁定不同微环调制波长的方法。


技术实现要素：

5.针对上述问题和不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种波长复用的微环调制器及波长锁定方法。
6.为了解决上述问题，本发明采用了以下的技术方案。
7.一种波长复用的微环调制器，其特征在于，它包括：微环调制主臂、反馈控制电路单元和n个加热电阻；
8.所述微环调制主臂与第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器依次相耦合；
9.所述第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器依次与第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂相对应耦合；
10.第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂输出的n路调制光信号分别通过各自分光器分光后馈入所述1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn；
11.所述1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn的输出端与反馈控制电路单元的n路输入端对应相连接；所述反馈控制电路单元的n路输出端与第1加热电阻、第2加热电阻
…
和第n加热电阻分别对应电连接；
12.所述第1加热电阻、第2加热电阻
…
和第n加热电阻分别对应置于第1微环调制器、
第2微环调制器
…
和第n微环调制器环内。
13.进一步的，所述反馈控制电路单元包括跨阻放大器和控制微机；
14.同时，本发明还提供一种波长复用的微环调制器波长锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.s1、多波长复用光信号的调制：将多波长复用光信号送入微环调制主臂后依次经过与所述微环调制的主臂相耦合的第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器后生成生成调制的多波长复用光信号；
16.s2、各个微环当前调制的谐振波长的光信号的获取：所述第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器在调制光信号的同时，由所述第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂取出n路谐振波长的光信号的部分光能量作为n路反馈信号；
17.s3、微环调制器工作波长的锁定：步骤s2获取的n路反馈信号分别经第1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn进行光电转换后的得到n路反馈输入电信号，反馈控制电路单元根据n路反馈输入电信号分别得到n路反馈输出控制电信号，所述n路反馈输出控制电信号分别对应控制n个加热电阻的加热。
18.本发明具有如下有益效果：
19.传统的微环调制器的波长锁定方法在波分复用的微环调制系统中不能使用，这是因为分光器和光电检测pd都没有区分波长的功能，无法判定是哪个微环调制器的调制效率下降，如何想要判定那个波长对应的微环的效率下降，还需要增设分波器件，使整个调制系统复杂化，成本也较高。与现有技术相比，本发明提出了一种使用双臂的波导的微环调制器的多波长锁定的方法，利用微环调制具有选波长的功能，主臂调制波长，副臂选择波长，这样可以省去传统波分复用系统中的比较复杂和昂贵的波分解复用器件。
附图说明
20.图1现有的微环调制器波长锁定方案
21.图2波分复用的微环调制方案
22.图3加入分波气的波分复用的微环调制方案
23.图4双臂微环的示意图
24.图5本发明提出的双臂微环耦合方案的示意图
25.图6本发明的微环调制器波长锁定方案
26.图7反馈控制电路
27.图8本发明的实施例方案
具体实施方式
28.如背景技术部分所述，图1为现有的微环调制器的波长锁定方法，入射光信号经微环调制器调制后输出调制光信号，调制光信号经过分光器后，分一个十分之一的光到光电检测pd，pd光电转换生成电信号，输入给反馈控制电路，反馈控制电路控制输入给加热电阻的电流，改变微环的温度，来使微环调制器的调制效率总是最优。但是这种方法在波分复用的微环调制系统中就不能使用了，如图2所示，分光器和光电检测pd都没有区分波长的功
能，无法判定是哪个微环调制器的调制效率下降，如何想要判定那个波长对应的微环的效率下降，还需要如图3所示的分波器件，使整个调制系统复杂化，成本也较高。
29.本发明提出一种波分复用的微环调制器以及基于该微环调制器的波长锁定方法。
30.一种波分复用的微环调制器的机构如图6所示，它包括：微环调制主臂、n个微环调制器、反馈控制电路单元和n个加热电阻；n的数量通常为：粗波分复用主要是4波复用和6波复用为主。
31.微环调制主臂与第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器依次相耦合；
32.第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器依次与第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂相对应耦合；
33.第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂与n个光电检检测器分别实现光连接，因此，微环调制器的副臂输出的n路调制光信号分别通过各自分光器分光后馈入1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn；
34.第1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn的输出端与反馈控制电路单元的n路输入端对应相连接；反馈控制电路单元的n路输出端与第1加热电阻、第2加热电阻
…
和第n加热电阻分别对应电连接；也及时反馈控制电路单元能够根据从第1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn获取的电信号实现对应输出n路控制电信号，n路控制电信号能控制第1加热电阻、第2加热电阻
…
和第n加热电阻的通电电流，从而控制其加热。(当然，第1加热电阻、第2加热电阻
…
和第n加热电阻分别对应置于第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器环内。)
35.需要指出的是，如图7所示，反馈控制电路单元包括跨阻放大器和控制微机；跨阻放大器实现将各个光电检检测器输出的电流信号转换为电压信号，跨阻放大器输出的电压信号经控制微机采集并计算处理后经数模转换电路转换后用于控制发热电阻工作，反馈控制电路单元采用现有成熟电路结构，不属于本发明改进之处，因此此处不展开赘述。
36.本发明一种波长复用的微环调制器要解决的主要技术问题的本质是实现锁定不同微环调制波长，因此其工作原理也即是实现锁定不同微环调制波长的光信号以及电信号处理过程，这一过程可以概括为以下步骤：
37.s1、多波长复用光信号的调制：将多波长复用光信号送入微环调制主臂后依次经过与微环调制的主臂相耦合的第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器后生成生成调制的多波长复用光信号；简言之：将多波长光信号输入，经过微环调制的主臂后，再经微环调制器1至微环调制器n,依次调制后，输出多波长的调制光信号。
38.s2、各个微环当前调制的谐振波长的光信号的获取：第1微环调制器、第2微环调制器
…
和第n微环调制器在调制光信号的同时，由第1微环调制器的副臂、第2微环调制器的副臂
…
和第n微环调制器的副臂取出n路谐振波长的光信号的部分光能量作为n路反馈信号；例如：第1微环调制器1在调制光信号的同时，由第1微环调制器的副臂取出当前调制的谐振波长的光信号的部分光能量作为反馈信号。
39.s3、微环调制器工作波长的锁定：步骤s2获取的n路反馈信号分别经第1光电检检测器pd1、第2光电检检测器pd2
…
和第n光电检检测器pdn进行光电转换后的得到n路反馈输入电信号，反馈控制电路单元根据n路反馈输入电信号分别得到n路反馈输出控制电信号，n路反馈输出控制电信号分别对应控制n个加热电阻的加热使微环调制器总是工作在效率最
佳位置。
40.本发明充分利用了微环调制器可以选择波长的特性，主臂的波导传输调制的多波长信号，对应的微环的副臂，通过调整波导臂与微环的耦合系数，取出微环调制器的对应的谐振波长的波分光信号，输入给光电检测pd,作为反馈信号来控制微环调制器中间的加热电阻，使微环调制器工作在调制效率的最佳状态。
41.双臂微环调制器如图4所示，e
i1
,e
i2
,e
t2
,e
t2
,分别是耦合区输入输出电场，k1，k2，t1，t2分别为两耦合区的振幅耦合比率和振幅透射比率，由此
42.可得到各个变量间的关系为：
[0043][0044]
微环发生谐振的时候对应的传输函数为：
[0045][0046][0047]
理想情况当|t1|＝α|t2|时，主臂输出为光强为0，下载端输出达到最大，即临界耦合条件。但是在实际工作中很难做，如图5所示本专利在耦合区引入一段直波导(图5相比图4新增了一段条纹部件即为直波导)，提高了直波导和耦合区的耦合效率，经过仿真计算可以做主臂输出到为输入光强为10％左右，下载端输出达为输入光强到60％左右，其中部分光能量在微环中振荡损失。
[0048]
实施例1
[0049]
如图所示图8，四波长复用的光信号101，输出给微环调制器的主波导臂201，经过微环调制器微环1
‑
401，微环2
‑
402，微环3
‑
403，微环4
‑
404依次调制后，生成调制的多波长复用光信号102，微环调制的微环1
‑
401在对主波导臂201的多波长信号中的波长101λ1进行调制，微环中锁定的的光的波长是λ1，这时调整微环1副波导臂102与微环1
‑
401的耦合系数，可以取出波长为λ1的微环1调制波长103，此信号做为反馈信号输出到光电检测pd 405，光电转换后输入给反馈控制电路302，控制输入给加热电阻303的电流，来锁定微环调制器的微环1
‑
401的工作波长，使其总是工作在对于波长λ1调制效率最佳的状态；同样的方法对微环1
‑
402，微环1
‑
403，微环1
‑
404，进行工作波长的锁定。
[0050]
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。