[发明专利]一种Sagnac耦合微环阵列结构的读写可控的硅基集成光缓存器

说明书

本发明公开一种Sagnac耦合微环阵列结构的读写可控的硅基集成光缓存器，包括左右依次设置的Sagnac环和微环谐振腔阵列；所述微环谐振腔阵列为1×n个串联的微环；所述与Sagnac环耦合的微环Rn的非耦合区集成有相变材料；所述相变材料通过对其施加光脉冲或电脉冲的方式调控相变材料的晶态，决定Rn与Rn‑1间是否耦合，决定进入所述微环谐振腔阵列耦合Sagnac环的可调光学缓存器信号光能否耦合输出，实现对光缓存器读/写的控制。本发明的读写可控的硅基集成光缓存器能够高精度延时、突破时延带宽积，并实现方便可调、低损耗的信号光写入与读出光缓存器操作的效果。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，尤其涉及一种Sagnac环耦合微环阵列结构的读写可控的硅基集成光缓存器。

背景技术

在大数据的时代背景下，以数据为中心的应用程序，如网络电视、视频点播等的流行使得网络对传输带宽的要求不断提高。以光纤为核心的光通信系统可以有效解决数据网络负载率过高的问题。光分组交换技术不仅可以满足网络传输中日益增长的带宽需求，还具有低延迟、高带宽和高吞吐量等优点，使数据的存储完全在光域中进行，不需要进行光-电-光转换，避免产生“电子瓶颈”，这无论从提高速率、改善信号质量以及降低能耗等各个角度看都是有利的。光缓存技术作为光分组交换技术中的关键技术，既可以提供可调的缓存时间以便节点进行帧头处理，同时还可以解决光路由器同一端口的竞争问题。因此光缓存技术是全光路由控制和解决通道竞争的一个关键技术，该技术技术直接决定了信息处理的性能，光缓存器的研究对未来光通信网络的发展具有重要的意义。

目前在所有研究中，各种结构的光缓存器具有其各自的优势与挑战：基于电诱导透明(EIT)效应的慢光缓存器成本高、系统结构及制造工艺复杂，因此难以实现。基于光纤延迟线(FDL)的光缓存器虽可以提供较大的延迟，但其分辨率受到调谐步骤的限制，并且尺寸大，不易集成到微系统中。基于光子晶体(PC)慢光效应的光缓存器，存在与受激布里渊散射(SBS)慢光效应的相同难题，其总延迟时间不足纳秒量级，并且延迟时间动态范围小。而采用光开关和波导延迟线多级级联的结构虽然能够实现光延迟量的大范围调节，但是从真正意义上来讲它只是暂存器，并不能被称为缓存器。此外，这些类型的缓存器都受制于带宽与延迟时间的限制，即存储能量时间与系统带宽的乘积固定，有Δt·Δω～2π的极限。在光缓存器内无法长时间存储大数据。

国际上对于非互易波导的研究虽然有一些，但大都集中在利用非互易波导实现光隔离器、光环形器等非互易器件，目前还没有将其应用于光缓存器的相关研究报道。此外，该项研究大都集中在太赫兹波段，并没有找到在光通信波段的相关研究报道，但基于太赫兹波段的光器件无法与已有光通信系统节点设备兼容，若要更换已架设的架构及硬件成本太大、实现难度大，并且太赫兹器件的尺寸大都在毫米量级，系统尺寸难以实现微型化。

光缓存器中信号光的“写入”与“读取”操作的难易程度是评价其性能的一个重要的方面。传统基于半导体SOA放大器的全光缓存器中，由于光信号需要反复通过光放大器，容易引起噪声的积累，而且控制技术相对复杂。

发明内容

本发明之目的在于提供一种读写可控的硅基集成光缓存器，便捷可控，还可以实现在光通信C波段信号光的缓存与读写控制。

为实现上述目的，本发明提供一种读写可控的硅基集成光缓存器，包括左右依次设置的Sagnac环和微环谐振腔阵列，所述微环谐振腔阵列为1×n个串联的微环；所述与Sagnac环耦合的微环Rn的非耦合区上方集成相变材料；

所述1×n个串联的微环，n为2以上的任意实数；

所述相变材料通过对其施加光脉冲或电脉冲的方式调控相变材料的晶态，决定Rn与Rn-1间是否耦合，决定进入所述微环谐振腔阵列耦合Sagnac环的可调光学缓存器信号光能否耦合输出，实现对光缓存器读/写的控制。

优选地，对所述相变材料施加单一脉冲，相变材料相变为晶态，所述微环Rn与Rn-1断开耦合，光信号被缓存在所述1×n-1微环阵列Rn-1至R1中，实现对缓存器写的控制；