[发明专利]一种稳定微环谐振器光谱的装置

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种稳定微环谐振器光谱的装置。

背景技术

随着光通信系统向高速、高容量、低损耗、低成本的方向发展，对光学器件提出了越来越高的要求。近几年，随着光波导工艺技术的提高，光子集成技术倍受关注。微环谐振器具有高品质因数(Q值)、结构紧凑、集成度高、与现有CMOS工艺兼容等优点，在光通信网络中有着广泛的应用前景。

在硅基材料中，主要的物理效应有载流子色散效应、热光效应等。载流子色散效应指的是载流子的注入或抽取导致光波导中自由载流子的变化引起折射率的变化，具有高速、偏振不敏感、折射率变化大等优势，在微环中可以利用载流子色散效应实现高速开关或调制。热光效应是利用光波导的折射率随温度变化而发生变化，从而改变微环的谐振波长。现有CMOS工艺的加工精度很难实现与理想设计完全匹配，可以通过热光效应来弥补工艺误差所导致的谐振波长漂移问题。然而，微环谐振器对温度极为敏感，其开关光谱易受芯片温度的影响，进而劣化微环光开关的工作性能。为了稳定微环谐振器的开关光谱，不仅需要高精度的调节电路，而且需要对微环工作温度进行及时有效的控制。

在现有技术中，由于微纳光学器件的尺寸很小，只有微米量级，在这么小的尺度内进行温度的监控是一大难点。近年发展起来的复合材料光学集成器件，利用其对温度不敏感的特殊材料特性，可以实现温度性质稳定的光学器件，但复合材料的加工工艺不能与CMOS工艺兼容，且成本高昂。因此在硅基材料中，为了实现对微环谐振器工作温度的精准控制，采用在微环器件的上方覆盖一层金属薄膜进行加热，虽然现有的加工工艺已能够将微加热器和PIN结制作在微环谐振器芯片中，但并不能在微环芯片中集成温度传感器，检测出微环芯片的工作温度，并通过温度的改变量来稳定微环谐振器的光谱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳定微环谐振器光谱的装置，通过检测微环谐振器因温度变化引起微环谐振器PIN结两端电压的变化量来稳定微环谐振器的光谱，具有设计工艺简单和低成本的特点。

为实现上述发明目的，本发明一种稳定微环谐振器光谱的装置，其特征在于包括：

一微环谐振器，包括加热器和PIN结，通过源表功能模块加载给PIN结上的电流实现微环谐振器的开或关，同时检测微环谐振器的温度变化；

一信号处理单元，包括放大、整形、滤波电路和高精度的模拟/数字转换器(AD)，用于将源表功能模块反馈的电压变化量ΔU依次经过放大、整形、滤波处理后输入到高精度的模拟/数字转换器(AD)，将模拟信号转换成数字信号反馈给FPGA控制单元；

一FPGA控制单元，用于生成a路的开关驱动信号，同时接收来自信号处理单元的数字信号，通过对数字信号进行拟合、分析输出b路的电压驱动信号；a路的开关驱动信号输入给源表功能模块，b路的电压驱动信号输入给加热器驱动单元模块；

一源表功能模块，包括电流型数字/模拟转换器(DA)和电压跟随器；源表功能模块接收到a路的开关驱动信号后，通过高精度的DA转换成恒定电流i，再将恒定电流i输入到微环谐振器的右半臂PIN结；同时检测微环谐振器因温度变化引起微环谐振器PIN结两端电压的变化量ΔU，并将电压变化量ΔU反馈给信号处理单元；

一加热器驱动单元，包括DA和外围匹配电路；加热器驱动单元接收到b路的电压驱动信号后，先通过高精度的DA转换成模拟电压驱动信号，再将模拟电压驱动信号经过外围匹配电路实现阻抗匹配后加载到微环谐振器的加热器，通过改变加载到加热器两端的电压产生热量来调节微环谐振器温度变化；

装置启动后，由FPGA控制单元输出a路开关驱动信号到源表功能模块，经源表功能模块中的DA转换后生成恒定电流i，再将恒定电流i输入到微环谐振器的右半臂PIN结控制微环谐振器的开或关；PIN结在输入电流后能检测出微环谐振器的温度变化量，得到由温度变化引起微环谐振器PIN结两端电压的变化量ΔU，将电压变化量ΔU经过信号处理单元的放大、整形、滤波、AD处理后得到数字信号，数字信号输入到FPGA控制单元，经拟合、分析后，输出b路的电压驱动信号加载到加热器驱动单元模块，b路的电压驱动信号经加热器驱动单元的DA转换后生成模拟电压驱动信号，与加热器驱动单元的外围匹配电路实现阻抗匹配后加载到微环谐振器的加热器，通过改变加载到加热器两端的电压产生热量来调节微环谐振器温度变化，从而保持微环谐振器的光谱稳定。

进一步地，所述a路的开关驱动信号在FPGA控制单元对数字信号进行分析之前输入给源表功能模块。