[发明专利]一种采用多模干涉耦合的光延时器

说明书

技术领域

本发明涉及全光分组交换网的光缓存技术领域，特别涉及一种采用多模干涉耦合的光延时器。

背景技术

光缓存技术是全光分组交换网必不可少的组成部分，在网络节点光交换中，光缓存负责解决冲突，是实现光-光交换的基础器件。光延时线是最常见的光缓存器件，其作用是延长光的传播路径，产生光延时。随着光网络信息传输的速度与容量的急剧增长，要求光延时器应该具有大延时、小尺寸和大工作带宽的特点。绝缘硅(SOI)材料是单片光子集成的绝佳平台，硅波导与氧化硅等覆层间的高折射率差使硅波导具有很小的低损耗转弯半径，可以大大降低器件尺寸，因此采用截面尺寸为亚微米的硅纳米线波导，并且设计级联微环谐振腔结构，使光信号在微环谐振腔中循环多次，延长光传播路径，产生光延时，从而进一步降低器件的尺寸，使得制作可密集集成的片上超小型光延时器件成为可能。近期Nature Photonics报道了基于SOI材料的超小型光延时线最新研究成果(F.N.Xia，L.Sekaricand Y.Vlasov，“Ultracompact optical buffers on a silicon chip，”Nature Photon.1，65-71，2007)，一种56环级联的APF结构的光延时线获得了大于500ps的光延时，器件整体尺寸小于0.09mm²。

通常波导和谐振腔波导间采用狭缝结构的消逝场耦合方式，调节波导间的缝隙宽度可以改变耦合系数，从而调节谐振腔的Q值和带宽。高速传输的光信号传输需要光延时器件有很大的工作带宽，因此需要通路波导与谐振腔间有较高耦合系数。对于消逝场耦合方式，可以通过减小狭缝的宽度增大耦合系数使器件获得较大的工作带宽。但是，随着狭缝的宽度减小，使得器件的制作越来越困难，需要很高精度的曝光设备和刻蚀工艺，并且工艺重复性很难保证。更为不幸的是，采用消逝场耦合的谐振腔结构，在波导间的缝隙降至120nm以下时，光在波导间的非绝热光模式转换会导致很大的模式变换损耗(F.N.Xia，L.Sekaric and Y.Vlasov，“Mode conversionlosses in silicon-on-insulator photonic wire based racetrack resonators，”Opt.Express 14，3872-3886，2006)，这种损耗的引入使器件的插入损耗变大，降低器件的传输性能。总之，狭缝结构的消逝场耦合方式使光延时器件很难获得较大的工作带宽，过窄的带宽使得高速传输的光信号发生畸变，会大大增加系统的误码率，从而成为微环级联结构光延时器件在高速光网络应用中的障碍，所以需要开发一种新的耦合结构来取代消逝场耦合。

多模干涉耦合被广泛应用于光子集成回路，它的主要功能是光耦合与光分束/合波。与消逝场耦合相比具有以下优势：多模干涉耦合结构很容易实现高耦合系数，采用多模干涉耦合的微环谐振腔具有较低的Q值和较大的带宽，进一步通过调节输出端口分光比，可以适当调节谐振腔的Q值和带宽，增加了器件设计的灵活性；多模干涉耦合对输入光偏振态和波长的变化不敏感，制作工艺冗余度大，工艺重复性高，易于加工制作；根据自成像理论计算，采用亚微米硅纳米线波导的2×2多模干涉耦合器的可以做到很小尺寸(3μm×10μm以下)，使它可以应用于可密集集成的光延时器的耦合。诸多的优点使得多模干涉耦合方式成为取代消逝场耦合的理想选择。本发明通过采用多模干涉耦合结构，增加了光延时器的工作带宽，改变端口分光比可以调节光延时器的带宽和光延时，它克服了消逝场耦合结构对光延时器带宽的限制，使多模干涉耦合的新型光延时器更加适于在高速光网络中应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于解决在硅基微环级联结构的光延时器件中狭缝结构的消逝场耦合方式难以使器件获得大的工作带宽的问题，而提供了一种采用多模干涉耦合的大带宽光延时器。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用多模干涉耦合的光延时器，采用全通滤波器结构，该全通滤波器结构是若干个微环谐振腔依次与总线波导耦合的结构，其中微环谐振腔与总线波导之间的耦合段为2×2多模干涉耦合器。

上述方案中，所述多模干涉耦合结构采用硅纳米线波导作为输入输出波导，根据多模干涉自成像理论的重叠成像条件设计2×2多模干涉耦合器。

上述方案中，根据多模干涉自成像理论的一般重叠成像条件，通过调节多模干涉耦合器的结构参数改变耦合器的分光比，进而调节微环谐振腔的带宽与光延时。