CN103744251A - 基于非线性微环谐振腔的全光触发器 - Google Patents

基于非线性微环谐振腔的全光触发器 Download PDF

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李齐良
袁洪良
胡淼
唐向宏
曾然
魏一振
李冬强
张真
朱梦云
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Abstract

本发明公开了一种基于非线性微环谐振腔的全光触发器。本发明中的第二微环谐振腔通过第一耦合器C1和第一主波导BW1相联，其中，重置reset端是该非线性微环谐振腔的全光触发信号输入端，第二微环谐振腔通过第二耦合器C2和第四主波导BW4相联，其中，偏置bias端是该非线性微环谐振腔的全光信号输入端。第一微环谐振腔通过第三耦合器C3和第二主波导BW2相联，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。第一微环谐振腔通过第四耦合器C4和第三主波导BW2相联，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。本发明具有体积小、易于光纤系统集成、灵敏度高，调谐速度快等优点。

Description

基于非线性微环谐振腔的全光触发器
技术领域
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于非线性微环谐振腔的全光触发器。 
背景技术
基于消逝波传播和回音壁（whispering gallery (WG)）模型的微型谐振腔体积小，便于集成，能广泛应用于光学各个领域，像全光非线性开关、调制器、全光信号处理、生物传感、慢光传输、波分复用等，这种器件将光约束在一个小的体积内。通过调整谐振腔的尺寸、形状、谐振腔的构成材料等，谐振腔可以设计成支持需要的偏振、频率模式。 
光在谐振腔内反复循环后从该结构的直通端(through)和下路端(drop)输出：当光波与谐振腔达到相位匹配时，光才能从系统的下路端输出，此时的光波波长便是谐振腔系统的谐振波长。而非谐振波长的光将从该结构的直通端输出，因此在直通端可以得到凹陷的传输曲线，从而实现了微环谐振腔的选频滤波功能；并且微环谐振腔波长选择具有很高的高灵敏度：即谐振腔有效折射率的微小变化就能引起输出波长的变化。非线性谐振腔具有双稳特性，即一种输入对应两种输出状态。利用这种特性，加上正反馈或者负反馈，能实现器件的信号输出在两者状态之间切换，即可以用来构造基于双稳特性的触发器，这种触发器开关速度快，能适应高速传输。 
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于非线性微环谐振腔的全光触发器。 
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案： 
本发明包括第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一主波导BW1、第二主波导BW2、第三主波导BW3、第四主波导BW4、第一耦合器C1、第二耦合器C2、第三耦合器C3、第四耦合器C4，第二微环谐振腔通过第一耦合器C1和第一主波导BW1相联，其中，重置reset端是该非线性微环谐振腔的全光触发信号输入端，第二微环谐振腔通过第二耦合器C2和第四主波导BW4相联，其中，偏置bias端是该非线性微环谐振腔的全光信号输入端。第一微环谐振腔通过第三耦合器C3和第二主波导BW2相联，其中， 
Figure 2013107073579100002DEST_PATH_IMAGE002
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。第一微环谐振腔通过第四耦合器C4和第三主波导BW2相联，其中，
Figure 2013107073579100002DEST_PATH_IMAGE004
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。
进一步说，四个耦合器的交叉耦合系数均为0.3。偏置bias端输入的是连续波信号。 
本发明的特点是第一微环谐振腔具有双稳特性，第二微环谐振腔不具有双稳特性。非线性材料为Al0.2Ga0.8As。其工作原理是基于器件的双稳特性：在外加正反馈设置信号或负反馈重置信号作用下，器件的工作状态实现翻转。 
本发明微型谐振腔的非线性来实现期间的双稳特性。当Q端没有信号输出时，第一微型谐振腔处于失谐状态，加入正反馈后，第一微型谐振腔产生谐振，Q端输出翻转，此时Q端——下路端有信号输出，
Figure 2013107073579100002DEST_PATH_IMAGE006
端没有光输出。加了负反馈，谐振腔失谐，Q端没有信号输出，当重置消失时，由于双稳记忆特性，谐振腔仍然处于失谐状态，Q端没有信号输出，信号从
Figure 2013107073579100002DEST_PATH_IMAGE008
输出，实现了器件工作状态的翻转，即器件的触发功能。这样，根据需要的码流，调整触发，可以得到需要的数字信号，从而实现编码。 
本发明非线性微环谐振腔的全光触发器具有体积小、易于与光纤系统集成、灵敏度高，调谐速度快等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。 
附图说明
图1为基于微环谐振腔的非线性微环谐振腔的全光触发器的结构示意图。图1中，Bias表示输入偏置光信号，set表示设置信号，reset 表示重置信号。 
图2为器件的双稳特性曲线，即输出功率与输入功率关系曲线。 
图3为触发信号作用下，Q和
Figure 2013107073579100002DEST_PATH_IMAGE010
端输出的码流。 
具体实施方式
如图1所示，基于微环谐振腔的非线性微环谐振腔的全光触发器，包括第一微环谐振腔1、第二微环谐振腔4、第一主波导BW1 7、第二主波导BW2 8、第三主波导BW3 9、第四主波导BW4 3、第一耦合器C1 5、第二耦合器C2 2、第三耦合器C3 6、第四耦合器C4 10；第二微环谐振腔4通过第一耦合器C1 5和第一主波导BW1 7相联，其中，重置reset端是该非线性微环谐振腔的全光触发信号输入端，第二微环谐振腔4通过第二耦合器C2 2和第四主波导BW4 3相联，其中，偏置bias端是该非线性微环谐振腔的全光信号输入端。第一微环谐振腔1通过第三耦合器C3 6和第二主波导BW2 8相联，其中，
Figure 729042DEST_PATH_IMAGE010
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。第一微环谐振腔1通过第四耦合器C4 10和第三主波导BW2 9相联，其中，Q端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。 
偏置bias光连续信号从第四主波导BW4的bias端输入，由于能量低，不会经耦合器C2耦合进入第二微型谐振腔，也不会经过耦合器C3耦合进入第一微型谐振腔，由第二主波导BW2的
Figure 364553DEST_PATH_IMAGE010
端——下路端输出，Q端没有光输出。当设置触发信号经耦合器C4耦合进入第一微型谐振腔，加入正反馈，引起第一微型谐振腔谐振，偏置信号光经耦合器C3耦合进入第一微型谐振腔，第一微型谐振腔输出翻转，Q端——下路端有信号输出，
Figure 631587DEST_PATH_IMAGE010
端没有光输出，设置信号消失后，由于器件的双稳记忆特性，保留既有输出状态。当重置信号经第一耦合器C2耦合进入第二微型谐振腔，第二微型谐振腔产生谐振，bias信号光进入第二微型谐振腔，对第一微型谐振腔，加了负反馈，谐振腔失谐，Q端没有信号输出，当重置消失时，由于双稳记忆特性，谐振腔仍然处于失谐状态，Q端没有信号输出，信号从输出，实现了器件工作状态的翻转，即器件的触发功能。 
本实施例中该非线性微环谐振腔的全光触发器的4个耦合器的交叉耦合系数均为0.3。该非线性微环谐振腔偏置输入的是连续波信号。该非线性微环谐振腔设置、重置信号的是宽度为3ps的高斯信号。非线性材料为Al0.2Ga0.8As，线性折射率n=2，非线性折射率n2=2×10-13cm2/W。 
如图2所示，第一微型谐振腔1在某输入功率，可以对应两种输出状态，因此设置相应的触发信号，可以实现输出的翻转。图3即为在设置和重置信号作用下， Q端和端输出的码流。说明可以通过调节触发信号来实现需要的码流，实现编码功能。 
本发明为非线性微环谐振腔的全光触发产生过程： 
1、根据所需的输出光信号码流，选择合适的设置和重置信号作用的时间点。
2、根据谐振腔的上升和下降时间，调整触发信号持续的时间。 
以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。 

Claims (3)

1. 基于非线性微环谐振腔的全光触发器，包括第一微环谐振腔(1)、第二微环谐振腔(4)、第一主波导BW1(7)、第二主波导BW2(8)、第三主波导BW3(9)、第四主波导BW4(3)、第一耦合器C1(5)、第二耦合器C2(2)、第三耦合器C3(6)、第四耦合器C4(10)，其特征在于：第二微环谐振腔(4)通过第一耦合器C1(5)和第一主波导BW1(7)相联，其中，重置reset端是该非线性微环谐振腔的全光触发信号输入端，第二微环谐振腔(4)通过第二耦合器C2(2)和第四主波导BW4(3)相联，其中，偏置bias端是该非线性微环谐振腔的全光信号输入端；第一微环谐振腔(1)通过第三耦合器C3(6)和第二主波导BW2(8)相联，其中，                                               
Figure 2013107073579100001DEST_PATH_IMAGE002
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端；第一微环谐振腔(1)通过第四耦合器C4(10)和第三主波导BW2(9)相联，其中，
Figure 2013107073579100001DEST_PATH_IMAGE004
端是该非线性微环谐振腔的全光信号输出端。
2.如权利要求1所述的全光触发器，其特征在于：四个耦合器的交叉耦合系数均为0.3。
3.如权利要求1所述的全光触发器，其特征在于：偏置bias端输入的是连续波信号。
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