CN103529521A - 基于串联光开关的光延迟结构及数控集成光子延迟装置 - Google Patents

Abstract

一种基于串联光开关的光延迟结构，所述光延迟结构由多个光开关和多段单模波导组成；第一光开关的其中一个输入端与输入光纤连接，第一光开关的另一个输入端闲置；第一光开关的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关的两个输入端连接；其余光开关按第一光开关和第二光开关的连接方式依次串联；第N光开关的其中一个输出端与输出光纤连接；第N光开关的另一个输出端闲置；连接每两个光开关的第一单模波导和第二单模波导，第一单模波导的长度大于第二单模波导的长度。本发明的有益技术效果是：具有调谐速度快、工作稳定、可控性好的优点，并且能够借由成熟的CMOS工艺实现批量化生产，数控集成光子延迟装置集成于SOI硅片上，体积小、集成度高。

Description

基于串联光开关的光延迟结构及数控集成光子延迟装置

技术领域

    本发明涉及一种可动态改变光传输延时的技术，尤其涉及一种基于串联光开关的光延迟结构及数控集成光子延迟装置。

背景技术

可调光子延迟器是一种用于动态改变光传输延时的装置，目前这种器件被广泛地应用于通信、量子信息处理与存储、射电天文学等领域中，用来对光信号进行延迟处理，并且这种器件还有可能在未来的光子计算机中具有重要的应用前景。

不同的射频信号和应用领域，对可调光子延迟器的延迟范围和精度要求都各不相同，但随着通讯速率、工作频段的提升，可调光延迟器总的发展方向是向高精度、大范围、快速可调方面发展，并且可调光延迟器还应具备体积小、功耗低等特点。

目前，现有技术中主要采用原子蒸汽、光纤、晶体等材料，通过电磁诱导透明、四波混频、受激布里渊散射、光学谐振储能等慢光效应来实现可调光延迟器，但由于这些技术都存在这样或那样的固有缺陷，导致其难以满足工程界对可调光延迟器性能越来越高的要求；

原子蒸汽实现方式和晶体材料实现方式都难以获得小体积的装置，这不仅使其成本居高不下，更重要的是大大制约了其应用范围；原子蒸汽实现方式需要在高温高压条件才能产生延迟效应，能量消耗巨大，虽然原子蒸汽实现方式能够实现大范围光延迟，但其所利用的色散慢光效应却严重限制了其工作带宽（带宽值一般在MHz量级），无法满足目前GHz量级的通讯带宽要求，而且原子蒸汽实现方式的延迟调谐极为困难，调节的灵活性很差；常规的光纤延迟实现方式需要配合光开关才能完成延迟调谐，但因光纤长度受加工精度以及环境温度、应力影响，难以在高精度、稳定性上取得突破，这也是目前光控相控阵发展受制约的重要因素之一。

为了解决上述问题，本领域技术人员也进行了不懈的探索，在探索过程中就出现了一种硅基的超紧凑集成光子延迟器件（参见Fengnian Xia，Lidija Sekaric and Yurii Vlasov，“Ultracompact optical buffers on a silicon chip”，Nature Photonics,Vol.1,2007,65-71），该器件在SOI硅片上通过半导体工艺，以纳米尺寸的波导为基础，通过级联多达上百个微环谐振结构构成延迟器件，可实现500ps的信号延迟，该方法虽然延迟量大，但无法实现调谐，不适应动态调谐的需求。此后还出现了很多以微环谐振结构为基础的延迟装置，比如Jaime Cardenas, etc,“Wide bandwidth continuously tunable optical delayline using silicon microring resonator”，Oprics Express,Vol.18,No.25以及Qing Li,etc,“Low loss microdisk-based delay line dor narrowband optical filters”,Photonics Technology Letter,Vol.24,No.15等，其中都描述了基于微环或微盘等谐振结构的延迟装置，这种延迟装置虽然克服了体积功耗以及延迟可调的障碍，但受带宽和时间的乘积常数的制约，无法实现大带宽下大延迟调谐，同时目前硅基延迟器件基本采用热光效应进行延迟调谐，其调谐速度在百微秒量级，同样不适用于高速应用场合。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：所述数控集成光子延迟装置由两段耦合光纤、两个模斑转换器、多个光开关和多段单模波导组成；两段耦合光纤分别记为输入耦合光纤和输出耦合光纤；所述模斑转换器为形状呈等腰梯形的波导，等腰梯形的长底边形成模斑转换器的输入端，等腰梯形的窄底边形成模斑转换器的输出端，两个模斑转换器分别记为输入模斑转换器和输出模斑转换器；所述光开关为SOI-MMI光开关，光开关采用双输入双输出模式；

输入耦合光纤的输出端与输入模斑转换器的输入端连接，输入模斑转换器的输出端与第一光开关的其中一个输入端连接，第一光开关的另一个输入端闲置；第一光开关的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关的两个输入端连接；其余光开关按第一光开关和第二光开关的连接方式依次串联，所串联的光开关数量计为N个（由N个光开关形成的数控集成光子延迟装置可提供N-1 bit数的信号）；

输出耦合光纤的输出端与输出模斑转换器的输入端连接，输出模斑转换器的输出端与第N光开关的其中一个输出端连接，第N光开关的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关的两段单模波导分别记为第一单模波导和第二单模波导，第一单模波导的长度大于第二单模波导的长度。

前述方案的原理是：从前述方案中不难看出，SOI-MMI光开关是本发明中的核心部件，我们先来介绍下SOI-MMI光开关：SOI-MMI光开关是现有技术中常用的光开关，其所依赖的基本原理是多模波导“配对干涉”产生的自镜像效应，这种光开关的常用类型有3×3和2×2两种，本发明中的双输入双输出光开关即为2×2型，通过光开关对光路的选择作用，我们可以人为选择让输入光从哪个输出端输出，也即可以让光按我们设定的路径传输，当将多个光开关串联后，我们就可以通过对多个光开关的路径进行选择性控制，从而获得多种路径方案，这是本发明发挥作用的基础；介绍完了SOI-MMI光开关后，我们再来看看本发明的方案：

基于前述的由串联光开关所能提供的多种路径，本发明将连接每两个光开关之间的第一单模波导和第二单模波导的长度设置为不同长度，本领域技术人员应该明白，光在波导中穿行的时间与波导长度成正比，当光从一个光开关进入另一个光开关时，光在第一单模波导中穿行的时间肯定大于光在第二单模波导中的穿行时间，通过光开关对光路的切换作用，我们就可以人为地选择使光从哪条单模波导（即第一单模波导和第二单模波导中的任一者）中通过，具体来说，当我们需要使光信号延迟一定时间时，可以通过控制光开关的动作，使光通过第一单模波导从前一个光开关中进入下一个光开关中，从而实现对光信号的延迟处理，当我们不需要信号延迟时，可以直接让光从第二单模波导中通过；在阐明了前述原理的基础上，我们就能看出，只需要控制每两个光开关之间的光路及不同光路之间的组合方式，就能得到时延量不同的多种路径，从而获得一种调节灵活性极大的可调光子延迟装置。

除此之外，本发明的方案还具有射频宽带透明、调谐速度快的优点：采用原子蒸汽或微环谐振结构的延迟装置无法避免“时间带宽乘积常数”的制约，因此在宽带应用领域受到极大限制。在极为有限的带宽下(1~4GHz)，现有技术为了实现光信号的真延迟调谐，必须采取特殊的电光转换机制，比如载波抑制的单边带调制方式等，这种妥协方式牺牲了系统光传输链路其他方面的性能指标。而基于MMI自镜像效应的光开关实际上是一个MZ型的双光束干涉结构，由于两个调相臂的物理长度相等，即使在开关切换时，也只会带来几飞秒的延迟量，所以其工作带宽极宽（>>10nm,超过THz），所以该光开关几乎是对微波、毫米波信号透明的，完全能够胜任目前、以及未来大多数领域的带宽要求；同时，由于MMI光开关采用了基于PIN结构的等离子体色散效应，所以其调谐速度在本质上比热光效应至少高1000倍，所以快速的延迟切换能力可保证该器件在高速领域中灵活应用。

另外，本发明还具有工作稳定、可控性好的优点：传统的光开关延迟切换网络由于全部采用分立的光纤段和开关构成，其庞大的组成体积以及功耗均无法适应系统需求，而且受环境影响极大，无法保证稳定的延迟调谐；本发明由于是集成的光子芯片，所以其抗环境干扰能力极强，同时本发明还可采用自动的制冷器，可基本保证其恒温工作，从而完全避免了环境温度的影响，保证器件性能的稳定性；同时该器件在调谐过程中没有诸如微环延迟器陡峭的延迟响应，所以相应的可控制性也将大大提高。

最后，本发明还适合于批量化生产：本发明中的模斑转换器、光开关和单模波导均采用波导结构实现，因此可利用现有成熟的微电子器件加工技术将模斑转换器、光开关和单模波导全部集成于SOI硅片上，器件尺寸十分小巧；其制作可完全采用与CMOS兼容的工艺进行，并且现有的MMI器件具有制作容差大的特点，所以本发明的光子延迟装置本质上具有单片光电集成的优势，基于硅基微电子的成熟的工艺平台，可实现低成本批量的生产，这可解决现有技术的光延迟装置存在难以大规模应用的瓶颈问题。

优选地，所述耦合光纤为拉锥棱镜光纤，耦合光纤上的拉锥棱镜对从耦合光纤的输入端进入的光进行聚焦。通过拉锥棱镜光纤的聚焦作用，其输出光的光斑尺寸与普通单模光纤光斑比较要小很多，模斑直径通常为2~4mm，采用这种拉锥棱镜光纤的目的是尽量使光纤模斑与SOI波导所激励的模场匹配，减少耦合损耗。

前述的基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，是基于本发明的核心“光延迟结构”所演生出的一种完整的光子延迟装置，发明人还希望本发明的光延迟结构也获得专利保护，因此，本发明还提出了如下方案：

一种基于串联光开关的光延迟结构，其结构为：所述光延迟结构由多个光开关和多段单模波导组成；所述光开关为SOI-MMI光开关，光开关采用双输入双输出模式；第一光开关的其中一个输入端与输入光纤连接，用于将输入光导入光延迟结构内，第一光开关的另一个输入端闲置；第一光开关的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关的两个输入端连接；其余光开关按第一光开关和第二光开关的连接方式依次串联，所串联的光开关数量计为N个；第N光开关的其中一个输出端与输出光纤连接，用于将调制后的光从光延迟结构内导出；第N光开关的另一个输出端闲置；连接每两个光开关的两段单模波导分别记为第一单模波导和第二单模波导，第一单模波导的长度大于第二单模波导的长度。

前述的光延迟结构，其原理和功能前文已作了详细的阐释，在此不再赘述。

为了便于对延迟量进行控制，以及提供更为灵活的调整控制，本发明还针对第一单模波导和第二单模波导提出了如下的优选方案：每两个光开关之间的第二单模波导的长度一致；每两个光开关之间的第一单模波导的长度不同。之所以将每两个光开关之间的第二单模波导的长度设置为一致，是为了保证在不需要调节延迟量时，光信号能够以均一的通过时间通过每两个光开关；之所以将每两个光开关之间的第一单模波导的长度设置为不同，是为了使不同两个光开关之间的第一单模波导能够提供不同的延迟量，从而提供多变的延迟量组合方式。

为了便于制订控制策略，本发明还作了如下改进：设第一光开关和第二光开关之间的第一单模波导长度为L，则第二光开关和第三光开关之间的第一单模波导长度为2L，第三光开关和第四光开关之间的第一单模波导长度为4L，……第N-1光开关和第N光开关之间的第一单模波导长度为2^N-2L。

虽然SOI-MMI光开关的原理和结构在现有技术中均有充分论述，但为了便于本领域技术人员实施本发明的方案，本发明还公开了如下的优选光开关结构：所述光开关的结构为：光开关由两个MMI多模波导区、六条连接波导和两个调相区组成；六条连接波导分别形成两条输入波导、两条输出波导和两条调相臂；两条调相臂互相平行地设置于两个MMI多模波导区之间，两个调相区分别设置于两条调相臂上；两条输入波导设置于其中一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关的两个输入端，两条输出波导设置于另外一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关的两个输出端；其中，两条输入波导分别设置于MMI多模波导区的宽度中心线的两侧，且两条输入波导的位置互相对称，MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线（MMI多模波导区的宽度中心线如图2中虚线所示）相距We/6（如图2中长度标记B所示），We为MMI多模波导区的宽度；两条输出波导的位置与两条输入波导的位置对称；MMI多模波导区的长度为                                               

（MMI多模波导区的长度如图2中长度标记A所示），

为MMI多模波导区的干涉长度；所述调相区采用PIN结，PIN结的电极上设置有引脚。

另外，为了节省空间，还可使第一单模波导呈卷形分布。

当将本发明作具体应用时，还可通过如下方案形成一种新的延迟控制装置，其结构为：所述延迟控制装置由泵浦光源、电光调制器、数控集成光子延迟装置、光电探测器、PCB电路板Ⅰ和PCB电路板Ⅱ组成；

泵浦光源与电光调制器光路连接，电光调制器与数控集成光子延迟装置的输入端光路连接，数控集成光子延迟装置的输出端与光电探测器的输入端光路连接，光电探测器的输出端向外输出调制后的信号；PCB电路板Ⅰ与电光调制器连接，PCB电路板Ⅰ用于为电光调制器提供调制控制信号；PCB电路板Ⅱ通过外围电路与数控集成光子延迟装置上的光开关电气连接，PCB电路板Ⅱ用于控制各个光开关的动作；其中，数控集成光子延迟装置的结构与前述方案相同；

本发明的有益技术效果是：提供了一种新型的数控集成光子延迟装置，该装置具有射频宽带透明、调谐速度快、工作稳定、可控性好的优点，并且能够借由成熟的CMOS工艺实现批量化生产，数控集成光子延迟装置集成于SOI硅片上，体积小、集成度高。

附图说明

图1、本发明的数控集成光子延迟装置的结构原理示意图；

图2、本发明的光开关的结构原理示意图；

图3、本发明的延迟控制装置结构原理示意图；

附图中的各个标记所对应的部件名称分别为：输入耦合光纤1-1、输出耦合光纤1-2、输入模斑转换器2-1、输出模斑转换器2-2、光开关3、第一单模波导4-1、第二单模波导4-2、MMI多模波导区5、调相区6、调相臂7、光开关的输入端8、光开关的输出端9、MMI多模波导区的长度A、MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线之间的距离B、泵浦光源10、电光调制器11、数控集成光子延迟装置12、光电探测器13、PCB电路板Ⅰ 14、PCB电路板Ⅱ 15。

具体实施方式

一种基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，所述数控集成光子延迟装置由两段耦合光纤、两个模斑转换器、多个光开关3和多段单模波导组成；两段耦合光纤分别记为输入耦合光纤1-1和输出耦合光纤1-2；所述模斑转换器为形状呈等腰梯形的波导，等腰梯形的长底边形成模斑转换器的输入端，等腰梯形的窄底边形成模斑转换器的输出端，两个模斑转换器分别记为输入模斑转换器2-1和输出模斑转换器2-2；所述光开关3为SOI-MMI光开关，光开关3采用双输入双输出模式；

输入耦合光纤1-1的输出端与输入模斑转换器2-1的输入端连接，输入模斑转换器2-1的输出端与第一光开关3的其中一个输入端连接，第一光开关3的另一个输入端闲置；第一光开关3的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关3的两个输入端连接；其余光开关3按第一光开关3和第二光开关3的连接方式依次串联，所串联的光开关3数量计为N个；

输出耦合光纤1-2的输出端与输出模斑转换器2-2的输入端连接，输出模斑转换器2-2的输出端与第N光开关3的其中一个输出端连接，第N光开关3的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关3的两段单模波导分别记为第一单模波导4-1和第二单模波导4-2，第一单模波导4-1的长度大于第二单模波导4-2的长度。

进一步地，所述耦合光纤为拉锥棱镜光纤，耦合光纤上的拉锥棱镜对从耦合光纤的输入端进入的光进行聚焦。

进一步地，每两个光开关3之间的第二单模波导4-2的长度一致；每两个光开关3之间的第一单模波导4-1的长度不同。

进一步地，设第一光开关3和第二光开关3之间的第一单模波导4-1长度为L，则第二光开关3和第三光开关3之间的第一单模波导4-1长度为2L，第三光开关3和第四光开关3之间的第一单模波导4-1长度为4L，……第N-1光开关3和第N光开关3之间的第一单模波导4-1长度为2^N-2L。

进一步地，所述光开关3的结构为：光开关3由两个MMI多模波导区、六条连接波导和两个调相区组成；

六条连接波导分别形成两条输入波导、两条输出波导和两条调相臂；两条调相臂互相平行地设置于两个MMI多模波导区之间，两个调相区分别设置于两条调相臂上；两条输入波导设置于其中一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关3的两个输入端，两条输出波导设置于另外一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关3的两个输出端；

其中，两条输入波导分别设置于MMI多模波导区的宽度中心线的两侧，且两条输入波导的位置互相对称，MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线相距We/6，We为MMI多模波导区的宽度；两条输出波导的位置与两条输入波导的位置对称；MMI多模波导区的长度为

，

为MMI多模波导区的干涉长度；

所述调相区采用PIN结，PIN结的电极上设置有引脚。

一种基于串联光开关的光延迟结构，所述光延迟结构由多个光开关3和多段单模波导组成；所述光开关3为SOI-MMI光开关，光开关3采用双输入双输出模式；

第一光开关3的其中一个输入端与输入光纤连接，用于将输入光导入光延迟结构内，第一光开关3的另一个输入端闲置；第一光开关3的两个输出端分别通过两段单模波导4与第二光开关3的两个输入端连接；其余光开关3按第一光开关3和第二光开关3的连接方式依次串联，所串联的光开关3数量计为N个；第N光开关3的其中一个输出端与输出光纤连接，用于将调制后的光从光延迟结构内导出；第N光开关3的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关3的两段单模波导分别记为第一单模波导4-1和第二单模波导4-2，第一单模波导4-1的长度大于第二单模波导4-2的长度。

进一步地，每两个光开关3之间的第二单模波导4-2的长度一致；每两个光开关3之间的第一单模波导4-1的长度不同。

进一步地，设第一光开关3和第二光开关3之间的第一单模波导4-1长度为L，则第二光开关3和第三光开关3之间的第一单模波导4-1长度为2L，第三光开关3和第四光开关3之间的第一单模波导4-1长度为4L，……第N-1光开关3和第N光开关3之间的第一单模波导4-1长度为2^N-2L。

进一步地，所述光开关3的结构为：光开关3由两个MMI多模波导区、六条连接波导和两个调相区组成；

六条连接波导分别形成两条输入波导、两条输出波导和两条调相臂；两条调相臂互相平行地设置于两个MMI多模波导区之间，两个调相区分别设置于两条调相臂上；两条输入波导设置于其中一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关3的两个输入端，两条输出波导设置于另外一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关3的两个输出端；

其中，两条输入波导分别设置于MMI多模波导区的宽度中心线的两侧，且两条输入波导的位置互相对称，MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线相距We/6，We为MMI多模波导区的宽度；两条输出波导的位置与两条输入波导的位置对称；MMI多模波导区的长度为

，

为MMI多模波导区的干涉长度；

所述调相区采用PIN结，PIN结的电极上设置有引脚。

一种采用前述数控集成光子延迟装置的延迟控制装置，所述延迟控制装置由泵浦光源10、电光调制器11、数控集成光子延迟装置12、光电探测器13、PCB电路板Ⅰ14和PCB电路板Ⅱ15组成；

泵浦光源10与电光调制器11光路连接，电光调制器11与数控集成光子延迟装置12的输入端光路连接，数控集成光子延迟装置12的输出端与光电探测器13的输入端光路连接，光电探测器13的输出端向外输出调制后的信号；PCB电路板Ⅰ14与电光调制器11连接，PCB电路板Ⅰ14用于为电光调制器11提供调制控制信号；PCB电路板Ⅱ15通过外围电路与数控集成光子延迟装置12上的光开关3电气连接，PCB电路板Ⅱ15用于控制各个光开关3的动作；所述数控集成光子延迟装置12的结构与前述方案相同。

Claims (10)

1.一种基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：所述数控集成光子延迟装置由两段耦合光纤、两个模斑转换器、多个光开关（3）和多段单模波导组成；两段耦合光纤分别记为输入耦合光纤（1-1）和输出耦合光纤（1-2）；所述模斑转换器为形状呈等腰梯形的波导，等腰梯形的长底边形成模斑转换器的输入端，等腰梯形的窄底边形成模斑转换器的输出端，两个模斑转换器分别记为输入模斑转换器（2-1）和输出模斑转换器（2-2）；所述光开关（3）为SOI-MMI光开关，光开关（3）采用双输入双输出模式；

输入耦合光纤（1-1）的输出端与输入模斑转换器（2-1）的输入端连接，输入模斑转换器（2-1）的输出端与第一光开关（3）的其中一个输入端连接，第一光开关（3）的另一个输入端闲置；第一光开关（3）的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关（3）的两个输入端连接；其余光开关（3）按第一光开关（3）和第二光开关（3）的连接方式依次串联，所串联的光开关（3）数量计为N个；

输出耦合光纤（1-2）的输出端与输出模斑转换器（2-2）的输入端连接，输出模斑转换器（2-2）的输出端与第N光开关（3）的其中一个输出端连接，第N光开关（3）的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关（3）的两段单模波导分别记为第一单模波导（4-1）和第二单模波导（4-2），第一单模波导（4-1）的长度大于第二单模波导（4-2）的长度。

2.根据权利要求1所述的基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：所述耦合光纤为拉锥棱镜光纤，耦合光纤上的拉锥棱镜对从耦合光纤的输入端进入的光进行聚焦。

3.根据权利要求1所述的基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：每两个光开关（3）之间的第二单模波导（4-2）的长度一致；每两个光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）的长度不同。

4.根据权利要求3所述的基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：设第一光开关（3）和第二光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为L，则第二光开关（3）和第三光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为2L，第三光开关（3）和第四光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为4L，……第N-1光开关（3）和第N光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为2^N-2L。

5.根据权利要求1所述的基于串联光开关的数控集成光子延迟装置，其特征在于：所述光开关（3）的结构为：光开关（3）由两个MMI多模波导区、六条连接波导和两个调相区组成；

六条连接波导分别形成两条输入波导、两条输出波导和两条调相臂；两条调相臂互相平行地设置于两个MMI多模波导区之间，两个调相区分别设置于两条调相臂上；两条输入波导设置于其中一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关（3）的两个输入端，两条输出波导设置于另外一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关（3）的两个输出端；

其中，两条输入波导分别设置于MMI多模波导区的宽度中心线的两侧，且两条输入波导的位置互相对称，MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线相距We/6，We为MMI多模波导区的宽度；两条输出波导的位置与两条输入波导的位置对称；MMI多模波导区的长度为                                               

，为MMI多模波导区的干涉长度；

所述调相区采用PIN结，PIN结的电极上设置有引脚。

6.一种基于串联光开关的光延迟结构，其特征在于：所述光延迟结构由多个光开关（3）和多段单模波导组成；所述光开关（3）为SOI-MMI光开关，光开关（3）采用双输入双输出模式；

第一光开关（3）的其中一个输入端与输入光纤连接，用于将输入光导入光延迟结构内，第一光开关（3）的另一个输入端闲置；第一光开关（3）的两个输出端分别通过两段单模波导（4）与第二光开关（3）的两个输入端连接；其余光开关（3）按第一光开关（3）和第二光开关（3）的连接方式依次串联，所串联的光开关（3）数量计为N个；第N光开关（3）的其中一个输出端与输出光纤连接，用于将调制后的光从光延迟结构内导出；第N光开关（3）的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关（3）的两段单模波导分别记为第一单模波导（4-1）和第二单模波导（4-2），第一单模波导（4-1）的长度大于第二单模波导（4-2）的长度。

7.根据权利要求6所述的基于串联光开关的光延迟结构，其特征在于：每两个光开关（3）之间的第二单模波导（4-2）的长度一致；每两个光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）的长度不同。

8.根据权利要求7所述的基于串联光开关的光延迟结构，其特征在于：设第一光开关（3）和第二光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为L，则第二光开关（3）和第三光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为2L，第三光开关（3）和第四光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为4L，……第N-1光开关（3）和第N光开关（3）之间的第一单模波导（4-1）长度为2^N-2L。

9.根据权利要求6所述的基于串联光开关的光延迟结构，其特征在于：所述光开关（3）的结构为：光开关（3）由两个MMI多模波导区、六条连接波导和两个调相区组成；

六条连接波导分别形成两条输入波导、两条输出波导和两条调相臂；两条调相臂互相平行地设置于两个MMI多模波导区之间，两个调相区分别设置于两条调相臂上；两条输入波导设置于其中一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关（3）的两个输入端，两条输出波导设置于另外一个MMI多模波导区的外侧，形成光开关（3）的两个输出端；

其中，两条输入波导分别设置于MMI多模波导区的宽度中心线的两侧，且两条输入波导的位置互相对称，MMI多模波导区上连接输入波导的位置与MMI多模波导区的宽度中心线相距We/6，We为MMI多模波导区的宽度；两条输出波导的位置与两条输入波导的位置对称；MMI多模波导区的长度为

，为MMI多模波导区的干涉长度；

所述调相区采用PIN结，PIN结的电极上设置有引脚。

10.一种采用权利要求1所述数控集成光子延迟装置的延迟控制装置，其特征在于：所述延迟控制装置由泵浦光源（10）、电光调制器（11）、数控集成光子延迟装置（12）、光电探测器（13）、PCB电路板Ⅰ（14）和PCB电路板Ⅱ（15）组成；

泵浦光源（10）与电光调制器（11）光路连接，电光调制器（11）与数控集成光子延迟装置（12）的输入端光路连接，数控集成光子延迟装置（12）的输出端与光电探测器（13）的输入端光路连接，光电探测器（13）的输出端向外输出调制后的信号；PCB电路板Ⅰ（14）与电光调制器（11）连接，PCB电路板Ⅰ（14）用于为电光调制器（11）提供调制控制信号；PCB电路板Ⅱ（15）通过外围电路与数控集成光子延迟装置（12）上的光开关（3）电气连接，PCB电路板Ⅱ（15）用于控制各个光开关（3）的动作；

所述数控集成光子延迟装置（12）由两段耦合光纤、两个模斑转换器、多个光开关（3）和多段单模波导组成；两段耦合光纤分别记为输入耦合光纤（1-1）和输出耦合光纤（1-2）；所述模斑转换器为形状呈等腰梯形的波导，等腰梯形的长底边形成模斑转换器的输入端，等腰梯形的窄底边形成模斑转换器的输出端，两个模斑转换器分别记为输入模斑转换器（2-1）和输出模斑转换器（2-2）；所述光开关（3）为SOI-MMI光开关，光开关（3）采用双输入双输出模式；

输入耦合光纤（1-1）的输出端与输入模斑转换器（2-1）的输入端连接，输入模斑转换器（2-1）的输出端与第一光开关（3）的其中一个输入端连接，第一光开关（3）的另一个输入端闲置；第一光开关（3）的两个输出端分别通过两段单模波导与第二光开关（3）的两个输入端连接；其余光开关（3）按第一光开关（3）和第二光开关（3）的连接方式依次串联，所串联的光开关（3）数量计为N个；

输出耦合光纤（1-2）的输出端与输出模斑转换器（2-2）的输入端连接，输出模斑转换器（2-2）的输出端与第N光开关（3）的其中一个输出端连接，第N光开关（3）的另一个输出端闲置；

连接每两个光开关（3）的两段单模波导分别记为第一单模波导（4-1）和第二单模波导（4-2），第一单模波导（4-1）的长度大于第二单模波导（4-2）的长度。

Images