CN103904555B - 光学器件、可调激光器以及实现可调激光器的方法 - Google Patents

Abstract

现有的可调激光器成本高。本发明提供了光学器件、可调激光器以及实现可调激光器的方法，该光学器件包括：第一端口(1)，用于接收多纵模光信号；第二端口(4)，用于输出所选纵模的光信号；耦合器(2)，连接到该第一端口和一微环(3)，用于将所述多纵模光信号提供给该微环；微环(3)，谐振频率与该所选纵模相匹配，以将该所选纵模的光信号从所述多纵模光信号中选出，并将该所选纵模的光信号提供回所述耦合器；所述耦合器将被选出的该所选纵模的光信号提供给该第二端口以输出。优选地，还包括温控部件(5)，耦接到所述微环，用于控制所述微环的温度，以调节所述微环的谐振频率与该多纵模光信号中的任一个纵模相匹配。

Description

光学器件、可调激光器以及实现可调激光器的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，尤其涉及光通信技术中的可调激光器。

背景技术

目前，虽然GPON(千兆无源光网络)和EPON(以太无源光网络)已经被部署，而10G无源光网络(XGPON)的标准化也已经完成，但是带宽消耗的增长趋势仍然在迅猛增加，这是由于数据业务量的增加以及对更高质量的视频的需求。根据下一代PON2(NGPON2)白皮书中的运营商要求，在数年的时间内，预计带宽需求将超过250Mbit/s，因此，该带宽的增长可能造成目前的GPON部署的一个瓶颈。甚至，已经标准化的XGPON技术都无法满足这一持续增长的带宽消耗。因此，具有40Gbit/s能力以及大量用户数的光接入技术应被开发出来。

对于40Gbit/s PON，时分和波分复用PON(TWDM-PON)是一个很有竞争力的解决方案，并且它也被运营商选为它们主要的“下一代PON2的解决方案”。TWDM-PON的关键技术在于ONU中的两个可调设备的实现，如图1所示。其中的可调激光器将它的波长调节到上行波长中的任一个；而可调的滤波器将它的波长调节到下行波长中的任一个。但是，商用的可调器件的成本很高，这限制了TDWM-PON的广泛应用。

现有的可调激光器有以下一些较为成熟的方案：

-带有温度控制的分布式反馈(DFB)激光器；

-不带冷却的多段DFB；

-不带冷却的、具有机械控制的外腔激光器(ECL)；

-不带冷却的、具有热/电/压/磁-光控制的ECL。

为了减少可调器件的成本，推荐使用基于硅的集成电路，近几年，提出了几种基于微环(micro-ring)可调激光器的解决方案。大体上说，它们可以划分为两类：主动式微环和被动式微环。其中，主动式微环同时提供增益和滤波功能，而被动式微环是作为模式选择性滤波器。

图2中示出了一种主动式微环。它可以产生直接单个模式。但是，主动式微环通常由复合材料组成，III-V微环和硅的微型碟，它们的可调特性并不足够好。

图3中示出了被动式微环，其中包括两种构思的实现。(a)中，环谐振腔被放置在回路镜的路径上；而在(b)中，使用布拉格镜。通过改变微环的谐振波长(谐振频率)，这些结构能够改变输出的纵模，而改变谐振波长可以通过图中的加热电极来实现：加热电极改变硅波导的折射率，从而谐振波长(频率)被容易地调节到所需的波长(频率)。

对于被动式微环来说，存在一些问题。首先，调节范围和谐振曲线的稳定性无法满足TDWM-PON的需求。通过计算在1550nm附近的、谐振的温度相关性，可以发现谐振曲线的移位是每摄氏度0.085nm。因此，为了在红移方向实现4.25nm的移位，需要50摄氏度的温度增加，这对于光接入网的ONU设备来说是很难接受的。除了调节范围的问题之外，谐振曲线的稳定性也是一个问题。第二，在所选波长上的调制信号的质量应能得到改善。在TDWM-PON中，单个波长的比特率必须支持2.5G-10Gbit/s，因此，直接调制的可调光器方案可能遭遇严重的啁啾(chirp)问题，它恶化了信号质量并且缩短了传输距离。

发明内容

基于现有技术中的缺点，应能利用硅光学领域的新近成果，设计出具有大可调范围和良好稳定性的可调激光器，并且，调制信号的质量也应能得到改善。

根据本发明的优选的实施方式，提供了一种新颖的结构，它能够同时完成选择上行波长(纵模)的功能，以及将待调制的信息(电信号)调制在该波长上的功能，图4示出了这种实施方式的结构，图5示出了这种实施方式的光路图。优选地，能够使用相兼容的CMOSSOI工艺，将该设计制作在单个硅片上，从而一个额外的硅片就能够提供波长调节和外调制功能。该结构的关键创新点至少包括以下：

1.使用FP-LD(法布里-珀罗激光源)来提供多个纵模，多个纵模的频谱间隔满足上行波长的需求

FP-LD的输出纵模应能够覆盖波分复用中的各个上行波长，并且，FP-LD提供了增益功能并且输出多纵模的激光信号。

2.使用一个新颖的、集成了调制功能的热可调滤波器，同时完成选择所需的上行波长以及将电信号调制在该波长上的功能。

根据微环分插滤波器(add/drop filter)的特性，该结构能够滤出谐振波长。通过热力地调节谐振波长，被选出的上行波长可以被改变。优选地，为了解决在直接调制激光中的啁啾(chirp)问题，本发明的实施方式重用该微环作为外微环调制器。在该方案中，待调制的电信号改变施加在微环上的电压，以改变微环的谐振曲线，从而使得被选出的上行波长上的光信号的强度变化，因此该电信号被相应地调制在该上行波长上，且微环实现了调制器的功能。

3.在微环上提供偏置电压控制，以补偿微环等硅波导的频率漂移，该频率漂移由温度、半导体工艺等等因素所导致

微环的折射率相对温度的敏感程度要大于相对电压的敏感程度。但是，纯热可调的滤波器的谐振曲线的稳定性仍然有改善空间，以增强纵模选择和调制的性能。由于折射率相对电压的改变与相对温度的改变相反，本发明的实施方式可以提供偏置电压来补偿温度波动的影响。此外，由于半导体工艺的偏差，也可能使得微环的谐振曲线发生变化，本发明的实施方式提供偏置电压也可以用于补偿这种频率偏移。具体实现上来说，可以如图4所示使用一个光检测器，以检测微环的频率漂移，并相应地根据频率偏移来提供偏置电压，将微环的谐振曲线补偿至所需的纵模上。

4.在多纵模输入和微环之间使用一个2x2的耦合器

为了利于激光器的锁模，优选地，可以将所需纵模的光信号馈回给激光器。为了实现这一功能，使用一个2x2的耦合器，如图5所示。该结构通过热可调滤波器取代了环形波导。使用合适的耦合参数，可以控制第一端口和第二端口输出的纵模光信号。优选地，所选择的耦合参数使得第一端口和第二端口输出的纵模光信号的强度相同，这样既输出了所需强度的纵模信号，也有利于激光器进行锁模。

以上实施方式能够提供低成本的可调激光器，并且仅对现有的激光器结构进行微小的改动，加上一片光学器件即可。所以，本实施方式能够与GPON和XGPON的ONU结构兼容。并且，本发明的实施方式是基于硅光学技术，这一技术本身正在步入成熟期，所以也十分有利于本发明的实施方式的性能优化和改善。

基于以上发明构思，根据本发明的一个方面，提供了一种光学器件，包括如下部件：

-第一端口，用于接收多纵模光信号；

-第二端口，用于输出所选纵模的光信号；

-耦合器，连接到该第一端口和一微环，用于将所述多纵模光信号提供给该微环；

-微环，谐振频率与该所选纵模相匹配，以将该所选纵模的光信号从所述多纵模光信号中选出，并将该所选纵模的光信号提供回所述耦合器；

所述耦合器将被选出的该所选纵模的光信号提供给该第二端口以输出。

该实施方式提供了一种基于微环的纵模滤波器件。

根据一个优选的实施方式，该光学器件还包括温控部件，耦接到所述微环，用于控制所述微环的温度，以调节所述微环的谐振频率与该多纵模光信号中的任一个纵模相匹配。

该实施方式提供了可调的纵模滤波器件，具有较强的适用性。

根据一个优选的实施方式，所述微环的谐振频率的各谐振峰所间隔的自由频谱范围(FSR)与所述多纵模光信号的各纵模的频谱间隔不同，所述温控部件控制所述微环的温度，以使所述微环的谐振频率移动，并且在不同温度时分别使所述微环的谐振频率中的不同谐振峰与该多纵模光信号中的不同纵模匹配。

在该实施方式，利用了微环谐振频率的多个谐振峰一一进行纵模选择，使得谐振频率移动较少的距离就可以覆盖整个多纵模光信号的多个纵模，因此对微环的温度改变的范围要求较少，纵模选择范围广，易于实现。

根据一个进一步优选的实施方式，所述微环的谐振频率的自由频谱范围(FSR)比所述多纵模光信号的频谱间隔小，且两者的频谱差(Δf_T)为ΔF/(N+1)，其中，ΔF是所述多纵模光信号的频谱间隔，N是所述多纵模光信号中的纵模数量，

在第一温度时，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有第一谐振峰与所述多纵模光信号的一个第一纵模匹配，

所述温控部件能够改变所述微环的温度至第二温度，使所述微环的谐振频率移动一个或多个该频谱差(Δf_T)，从而在该第二温度时，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有与该第一谐振峰间隔一个或多个自由频谱范围的第二谐振峰与所述多纵模光信号的与所述第一纵模相邻一个或多个频谱间隔的一个第二纵模相匹配。

该实施方式提供了利用了微环谐振频率的多个谐振峰一一进行纵模选择进一步优选的一种实现。

根据一个优选的实施方式，所述耦合器是一个2x2的耦合器，它将所述多纵模光信号分为第一和第二部分，并分别通过第一波导和第二波导将两个部分分别提供给该微环，

该微环分别从该第一和第二部分中选出所选纵模的光信号，并通过波导将分别对应于第一和第二部分的所选纵模的光信号提供回耦合器，

该耦合器将分别对应于第一和第二部分的所选纵模的光信号合成并分在第二端口输出，以及经第一端口馈回。

该实施方式允许所选纵模的光信号馈回光源，利于多纵模光源锁模。

根据一个进一步优选的实施方式，所述耦合器使在第二端口输出的该所选纵模的光信号与经第一端口馈回的所选纵模的光信号的强度相等，所述耦合器的耦合参数为：δ＝0.9239且κ＝0.3827。

在该实施方式中，所选择的耦合参数使得第一端口和第二端口输出的纵模光信号的强度相同，这样既输出了所需强度的纵模信号，也有利于多纵模激光器进行锁模。

根据一个优选的实施方式，所述光学器件还包括调制部件，用于响应于被调制的信息向所述微环施加调制电压，所述调制电压控制所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配或不相匹配，以将该被调制的信息调制在该所选纵模的光信号上。

该实施方式在该光学器件中集成了调制功能，避免了啁啾。

对于调制的具体电平选择，所述调制电压与所述被调制的信息的极性相同，所述调制电压与所述微环被配置为当调制电压为低电平时，谐振频率与该所选纵模不相匹配；当调制电压为高电平时，谐振频率与该所选纵模相匹配；或，

所述调制电压的极性是所述被调制的信息的反码，所述调制电压与所述微环被配置为当调制电压为低电平时，所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配；当调制电压为高电平时，所述微环的谐振频率与该所选纵模不相匹配。

该实施方式提供了调制电压的编码方式。

根据一个优选的实施方式，所述光学器件还包括：偏置电压部件，用于向所述微环提供偏置电压，所述偏置电压用于补偿所述微环的谐振频率的漂移以与该所选纵模相匹配。

该实施方式能够补偿微环等硅波导的频率漂移，消除温度、半导体工艺等等因素对微环的影响。

根据一个优选的实施方式，所述微环包括硅基的微环，所述光学器件被制作在硅片上。

该实施方式基于硅光学技术，使得该光学器件的制造成本很低，并且硅片形式的光学器件也很容易被附加于现有的ONU上，易于部署。

根据本发明的第二个方面，提供了一种可调激光器，包括，多纵模光源；根据本发明第一个方面所述的光学器件，该光学器件的该第一端口连接到该多纵模光源。

优选地，所述多纵模光源包括法布里-珀罗激光源(FP-LD)。

该实施方式提供了集成了光源和该光学器件的可调激光器的整体设备。

相应地，根据本发明的第三个方面，提供了一种实现可调激光器的方法，包括如下步骤：

i.接收多纵模光信号；

ii.将所述多纵模光信号提供给微环；

iii.控制所述微环的温度，以调节所述微环的谐振频率与该多纵模光信号中的任一个所选纵模相匹配；

iv.使用谐振频率与该所选纵模相匹配的微环，将该所选纵模的光信号从所述多纵模光信号中选出；

v.输出该被选出的该所选纵模的光信号。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1是带有可调激光器和可调滤波器的无色ONU的结构；

图2是现有的带有主动式微环的可调激光器的结构图；

图3是现有的两种带有被动式微环的可调激光器的结构图；

图4是根据本发明的实施方式的光学器件的结构图；

图5是根据本发明的实施方式的微环、温控部件和调制部件的放大图；

图6是根据本发明的实施方式的微环谐振频谱和多纵模光信号的示意图；

图7是根据本发明的实施方式的调整微环温度改变谐振频谱进行纵模选择的频谱图；

图8是根据本发明的实施方式的光学器件中的光路图；

图9是根据本发明的实施方式的调整施加于微环的电压来改变谐振频率，以进行调制和频率补偿的示意图。

具体实施方式

如图4所示，该光学器件由框线内的部件所组成，其中，基本的组成部件包括：

第一端口1，用于接收多纵模光信号；

第二端口4，用于输出所选纵模的光信号；

耦合器2，连接到该第一端口和一微环3，用于将多纵模光信号提供给该微环；

微环3，谐振频率与该所选纵模相匹配，以将该所选纵模的光信号从多纵模光信号中选出，并将该所选纵模的光信号提供回耦合器；耦合器将被选出的该所选纵模的光信号提供给该第二端口以输出。

优选地，为了实现纵模的可选择性，该光学器件还包括温控部件5，耦接到微环，用于控制微环的温度，以调节微环的谐振频率与该多纵模光信号中的任一个纵模相匹配。

优选地，为了将信号调制功能集成进来，该光学器件还包括调制部件6，用于响应于被调制的信息向微环施加调制电压，调制电压控制微环的谐振频率与该所选纵模相匹配或不相匹配，以将该被调制的信息调制在该所选纵模的光信号上。

优选地，为了补偿微环的频率漂移，该光学器件还包括偏置电压部件，用于向微环提供偏置电压，偏置电压用于补偿微环的谐振频率的漂移以与该所选纵模相匹配。由于偏置电压部件和调制部件6都是向微环施加电压，它们可以被整合在同一对电极之中，调制电压和偏置电压叠加以施加给微环。

图5是微环、温控部件以及作为电极的调制部件(可选地还整合了偏置电压部件)的放大示意图。其中，深色圆环3为微环，微环3的内侧和外侧的斜线条所示部分是电极，而与微环3大致重合的淡色圆表示温控部件5，它例如是加热元件。

优选地，该光学器件可以自身包括对微环的频率漂移进行检测的部件，其中，包括：

-光检测器8，用于检测微环选出的该所选纵模的光信号(连接方式未示出)，或检测该所选纵模的光信号被选出后的该多纵模光信号(如图4中所示)；

-处理器，用于根据该光检测器的检测结果判断微环的谐振频率是否与该所选纵模相匹配；

-控制器，用于根据处理器的判断结果来控制偏置电压部件来调整微环的谐振频率与该所选纵模相匹配。

替代地，对微环的该频率漂移的检测也可以由外部设备来完成，并通过以上偏置电压部件来实现补偿功能。

多纵模光源9可以与光学器件整合为一个可调激光器运作，优选地，多纵模光源9包括法布里-珀罗激光源(FP-LD)，可以理解，其他任何能够提供多纵模光信号的光源都能够适用。

以上介绍了根据本发明的实施方式的光学器件以及可调激光器的结构。下面将以足够允许本领域的技术人员实施本发明的各实施方式的详尽程度，更加详细地描述本发明的实施方式。

●热可调滤波器的设计

在本发明中，热可调滤波器本身是典型的分插微环。但是，使用了新颖的热波长调节方式。具体的，微环的谐振频率的各谐振峰所间隔的自由频谱范围(FSR)与多纵模光信号的各纵模的频谱间隔不同，温控部件控制微环的温度，以使微环的谐振频率移动，并且分别在不同温度时使微环的谐振频率中的不同谐振峰与该多纵模光信号中的不同纵模匹配。因此，微环的直径被设计为产生该相应的自由频谱范围。

图6是根据本发明的实施方式的微环谐振频谱和多纵模光信号的示意图。其中，多纵模光信号的各纵模及其频谱间隔如上部所示，微环的谐振频率的各谐振峰及其所间隔的自由频谱范围(FSR)如下部所示。

其中，在I温度时，微环的谐振频率的各谐振峰分别由P1、P2、P3、P4(还包括其他未示出的谐振峰)所示。在该温度下，谐振峰P1与多纵模光信号(从左向右数)的第一个纵模匹配，并且，其他的谐振峰都不与多纵模的其他纵模匹配，从而该温度的微环能够将该第一个纵模的信号滤出。在温度II时，微环的谐振频率移动，各个谐振峰也相应移动，其中，谐振峰P2正好移动P2’频率，该频率正好与多纵模(从左向右数)的第二个纵模频率相同，而其他的谐振峰都与多纵模的其他纵模错开，从而该温度的微环能够将该第二个纵模的信号滤出。相应地，在温度III时，谐振峰P3移动到P3”频率，它唯一地与多纵模(从左向右数)的第三个纵模匹配，而其他的谐振峰都与多纵模的其他纵模错开，继而能够将第三个纵模滤出。在温度IV时，谐振峰P4移动到P4”’频率，它唯一地与多纵模(从左向右数)的第四个纵模匹配，而其他的谐振峰都与多纵模的其他纵模错开，继而能够将第四个纵模滤出。

优选地，微环的谐振频率的自由频谱范围(FSR)比多纵模光信号的频谱间隔小，且两者的频谱差Δf_T为ΔF/(N+1)，其中，ΔF是多纵模光信号的频谱间隔，N是多纵模光信号中的纵模数量，

在第一温度时，微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有第一谐振峰与多纵模光信号的一个第一纵模匹配，

温控部件能够改变微环的温度至第二温度，使微环的谐振频率移动一个或多个该频谱差Δf_T，从而在该第二温度时，微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有与该第一谐振峰间隔一个或多个自由频谱范围的第二谐振峰与多纵模光信号的与第一纵模相邻一个或多个频谱间隔的一个第二纵模相匹配。

需要改变所选纵模时，温度的改变可以根据当前纵模至所需纵模需要移动的Δf_T的个数计算得到。

在1550nm附近，温度每变化1摄氏度，硅材料的谐振曲线移动10GHz频率(Po Dong,Roshanak Shafiiha,"Wavelength-tunable silicon microring modulator,"OE 18(11):10941-10946(2010))。在现有技术中，仅适用同一个谐振峰来选择纵模。在多纵模的频谱间隔是200GHz的情况下，如果需要选择4个纵模，那么需要移动600GHz的频谱以覆盖4.8nm的波长，需要改变的温度范围大约是56.5摄氏度，这相当难以实现。而通过本发明的上述实施方式，取FSR＝160GHz，与多纵模的频谱间隔的差是40GHz，那么微环的谐振频谱只需移动3x40GHz＝120GHz即可覆盖4个纵模，需要改变的温度范围大约是12摄氏度，易于实现。

图7是根据本发明的实施方式的调整微环温度改变谐振频谱进行纵模选择的频谱图。其中，在32摄氏度时，谐振频谱由实线所示，其谐振峰匹配且仅匹配多纵模(从左向右数)的第一个纵模，继而选出该第一个纵模；在28摄氏度时，谐振频谱由点线所示，其谐振峰匹配且仅匹配多纵模(从左向右数)的第二个纵模，继而选出该第二个纵模；在24摄氏度时，谐振频谱由点划线所示，其谐振峰匹配且仅匹配多纵模(从左向右数)的第三个纵模，继而选出该第三个纵模；在20摄氏度时，谐振频谱由划线所示，其谐振峰匹配且仅匹配多纵模(从左向右数)的第四个纵模，继而选出该第四个纵模。

以上的实施方式中，多纵模信号包括四个纵模。可以理解，本发明并不限于此，本发明适用于多纵模信号中的任何数量个纵模，例如2、4、8等等。并且以上纵模间的频率间隔是200GHz也仅仅是示例，本发明也适用于其他间隔，例如100GHz。通过改变本发明中微环的具体实现，即可适用于这些需求。

出于对多纵模光源的锁模需要，优选地可以将所选出的纵模信号通过第一端口1馈回给多纵模光源。本发明的实施方式使用一个2x2的耦合器2。图8是根据本发明的实施方式的光学器件中的光路图。首先，多纵模光源提供的多纵模光信号E₁进入耦合器2，并被分为多纵模光信号E₂和E₃。E₂和E₃如以下等式所描述：

E₂和E₃分别经过各自的波导到达微环3。经微环3折射后形成所选纵模的折射信号E_2r和E_3r，又经过波导进入耦合器2。

耦合器2将分别所选纵模的折射信号E_2r和E_3r合成并分在第二端口4输出E₄，以及经第一端口1馈回E_1r给多纵模光源9。E₄和E_1r如以下等式所描述：

优选地，耦合器2使在第二端口4输出的该所选纵模的光信号与经第一端口1馈回的所选纵模的光信号的强度相等，耦合器2的耦合参数为：δ＝0.9239且κ＝0.3827。在该实施方式中，所选择的耦合参数使得第一端口和第二端口输出的纵模光信号的强度相同，这样既输出了所需强度的纵模信号，也有利于多纵模激光器进行锁模。

●调制功能和偏置补偿功能

除了控制微环的温度之外，通过对微环施加电压，也能够改变微环的谐振频谱。而且，使用电压来改变微环谐振频谱的速率远远高于使用温度(温度变化速度较慢)。因此，在通过温度将微环的谐振峰匹配于所选纵模后，可以使用相应于被调制的信息的变化电压来控制所选纵模的光信号的高/低光强，继而将被调制的信息调制在所选纵模的光信号上。

图9是根据本发明的实施方式的调整施加于微环的电压来改变谐振频率的示意图。可见，电压从0V改变为4V时，原频谱谐振峰所在频率的调制带宽可以达到10GHz，消光比为10dB。

调制电压的极性可以与被调制的信息的极性相同或者不同：

当调制电压与被调制的信息的极性相同，调制电压与微环被配置为当调制电压为低电平时，谐振频率与该所选纵模不相匹配；当调制电压为高电平时，谐振频率与该所选纵模相匹配。参照图9，可以将4V时谐振峰所处的频谱位置设定于所选纵模的频率，4V作为调制电压的高电平与被调制信息的“1”对应；0V作为调制电压的低电平与被调制信息的“0”对应。

或者，调制电压的极性是被调制的信息的反码，调制电压与微环被配置为当调制电压为低电平时，微环的谐振频率与该所选纵模相匹配；当调制电压为高电平时，微环的谐振频率与该所选纵模不相匹配。参照图9，可以将0V时谐振峰所处的频谱位置设定于所选纵模的频率，0V作为调制电压的低电平与被调制信息的“1”对应；4V作为调制电压的高电平与被调制信息的“0”对应。

在微环上实现调制功能具有至少两个效应：1)对于调制原理的自由载波耗散；2)对于波长选择原理的热光效应。

现有技术中，纵模选择和调制分别由不同部件所实现，增加了研发的成本并且降低了调制信号的质量和收发机的可靠性。而本发明的实施方式将纵模选择和调制集成于微环中，降低了成本，并且具有平滑的可测量性。

除了调制功能外，对微环还可以施加电压以补偿谐振频率的漂移。例如，温度变化速度过慢，导致谐振频率无法快速达到所需纵模，发生漂移。又例如，由于半导体工艺等原因，按照给定纵模所设计的微环实际制造出来后，其谐振频率可能会与所需的纵模有差异。这些漂移都会降低微环的性能。处于解决这些问题的考虑，可以提供偏置电压以进行补偿。

对于温度来说，假定温度的变化范围是±1℃，那么-4V至+4V的偏置电压就足以补偿该温度的变化。

进一步优选地，本光学器件还可以包括自动的控制偏置电压的功能。具体来说，光学器件还可以包括：

-光检测器8，用于检测微环选出的该所选纵模的光信号，或该所选纵模的光信号被选出后的该多纵模光信号。图4示出了后一种实施方式时光检测器8的配置方式，而对前一种实施方式，光检测器8可以位于第二端口附近。

-处理器，用于根据该光检测器的检测结果判断微环的谐振频率是否与该所选纵模相匹配。处理器的具体实现技术，包括算法是本领域的一般技术人员所熟知的，这里不在赘述。

-控制器，用于根据处理器的判断结果来控制偏置电压部件来调整微环的谐振频率与该所选纵模相匹配。

以上所举的例子中，频谱漂移由温度或半导体工艺所引起，可以理解，本发明并不限于此。只要任何导致微环的谐振频谱与所需纵模不相匹配的问题出现，都可以使用本发明的这一原理进行补偿。

在具体实现中，偏置电压部件和调制部件可以整合于一对电极上，偏置电压和调制电压能够直接地叠加并施加于微环上。微环上镀有相应的电端子以接受偏置电压和调制电压。

可以理解，以上调制和偏置补偿的功能并非本发明所必需的，它们可以全部被省去，或者可以择一地存在。例如，外部的额外调制光路基于该光学器件所提供的选定纵模的光信号进行调制。

●器件设计

为了确认纵模选择和调制的正常工作，硅传输波导和总线波导的间距，以及微环波导应该被根据需求所设计。

考虑微环的热调节特性，微环的直径可以较大。例如，根据图7和图9中的需求，微环的直径可以是175.6μm。当然，根据实际需求不同、微环材料不同、工艺不同，微环还可以有其他各种各样的设计。微环的设计本身属于本领域技术人员所熟知的技术，本发明在此不再赘述。任何设计和结构的微环都应落入权利要求中所定义的“微环”的范围。

可以理解，以上所举的热调谐的参数以及调制器所加电压和微环谐振频率偏移的关系是根据本发明的估计值。基于不同的实际的波导结构的细节设计，其参数值也会相应地改变。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (15)

1.一种光学器件，包括如下部件：

-第一端口(1)，用于接收多纵模光信号；

-第二端口(4)，用于输出所选纵模的光信号；

-耦合器(2)，连接到该第一端口和一微环，用于将所述多纵模光信号提供给该微环；

-微环(3)，谐振频率与该所选纵模相匹配，以将该所选纵模的光信号从所述多纵模光信号中选出，并将该所选纵模的光信号提供回所述耦合器；

所述耦合器将被选出的该所选纵模的光信号提供给该第二端口以输出；

-温控部件(5)，耦接到所述微环，用于控制所述微环的温度，以调节所述微环的谐振频率与该多纵模光信号中的任一个纵模相匹配；

所述温控部件控制所述微环的温度，以使所述微环的谐振频率移动，并且在不同温度时分别使所述微环的谐振频率中的不同谐振峰与该多纵模光信号中的不同纵模匹配。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述微环的谐振频率的各谐振峰所间隔的自由频谱范围FSR与所述多纵模光信号的各纵模的频谱间隔不同。

3.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述微环的谐振频率的自由频谱范围FSR比所述多纵模光信号的频谱间隔小，且两者的频谱差△f_T为△F/(N+1)，其中，△F是所述多纵模光信号的频谱间隔，N是所述多纵模光信号中的纵模数量，

在第一温度时，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有第一谐振峰与所述多纵模光信号的一个第一纵模匹配，

所述温控部件能够改变所述微环的温度至第二温度，使所述微环的谐振频率移动一个或多个该频谱差△f_T，从而在该第二温度时，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有与该第一谐振峰间隔一个或多个自由频谱范围的第二谐振峰与所述多纵模光信号的与所述第一纵模相邻一个或多个频谱间隔的一个第二纵模相匹配。

4.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述耦合器是一个2x2的耦合器，它将所述多纵模光信号分为第一和第二部分，并分别通过第一波导和第二波导将两个部分分别提供给该微环，

该微环分别从该第一和第二部分中选出所选纵模的光信号，并通过波导将分别对应于第一和第二部分的所选纵模的光信号提供回耦合器，

该耦合器将分别对应于第一和第二部分的所选纵模的光信号合成并分在第二端口输出，以及经第一端口馈回。

5.根据权利要求4所述光学器件，所述耦合器使在第二端口输出的该所选纵模的光信号与经第一端口馈回的所选纵模的光信号的强度相等，所述耦合器的耦合参数为：

δ＝0.9239且κ＝0.3827；

其中，δ为耦合器的直通臂之间的耦合系数，κ为耦合器的直通臂到耦合臂的耦合系数。

6.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，还包括：

-调制部件(6)，用于响应于被调制的信息向所述微环施加调制电压，所述调制电压控制所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配或不相匹配，以将该被调制的信息调制在该所选纵模的光信号上。

7.根据权利要求6所述的光学器件，其特征在于，所述调制电压与所述被调制的信息的极性相同，所述调制电压与所述微环被配置为当调制电压为低电平时，谐振频率与该所选纵模不相匹配；当调制电压为高电平时，谐振频率与该所选纵模相匹配；或，

所述调制电压的极性是所述被调制的信息的反码，所述调制电压与所述微环被配置为当调制电压为低电平时，所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配；当调制电压为高电平时，所述微环的谐振频率与该所选纵模不相匹配。

8.根据权利要求1或6所述的光学器件，其特征在于，还包括：

-偏置电压部件，用于向所述微环提供偏置电压，所述偏置电压用于补偿所述微环的谐振频率的漂移以与该所选纵模相匹配。

9.根据权利要求8所述的光学器件，其特征在于，还包括：

-光检测器(8)，用于检测所述微环选出的该所选纵模的光信号，或该所选纵模的光信号被选出后的该多纵模光信号；

-处理器，用于根据该光检测器的检测结果判断所述微环的谐振频率是否与该所选纵模相匹配；

-控制器，用于根据所述处理器的判断结果来控制所述偏置电压部件来调整所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配。

10.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述微环包括硅基的微环，所述光学器件被制作在硅片上。

11.一种可调激光器，包括，

-多纵模光源(9)；

-根据权利要求1至10中任一项所述的光学器件，该光学器件的该第一端口连接到该多纵模光源。

12.根据权利要求11所述的可调激光器，其特征在于，所述多纵模光源包括法布里-珀罗激光源FP-LD。

13.一种实现可调激光器的方法，包括如下步骤：

i.接收多纵模光信号；

ii.将所述多纵模光信号提供给微环；

iii.控制所述微环的温度，以调节所述微环的谐振频率移动，并且在不同温度时分别使所述微环的谐振频率中的不同谐振峰与该多纵模光信号中的不同纵模匹配；

iv.使用谐振频率与所选纵模相匹配的微环，将该所选纵模的光信号从所述多纵模光信号中选出；

v.输出被选出的该所选纵模的光信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微环的谐振频率的各谐振峰所间隔的自由频谱范围FSR比所述多纵模光信号的各纵模的频谱间隔小，且两者的频谱差△f_T为△F/(N+1)，其中，△F是所述多纵模光信号的频谱间隔，N是所述多纵模光信号中的纵模数量，

在所述步骤iii中：

在第一温度时，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有第一谐振峰与所述多纵模光信号的一个第一纵模匹配，

在第二温度时，所述微环的谐振频率移动一个或多个该频谱差△f_T，所述微环的谐振频率的多个谐振峰中仅有与该第一谐振峰间隔一个或多个自由频谱范围的第二谐振峰与所述多纵模光信号的与所述第一纵模相邻一个或多个频谱间隔的一个第二纵模相匹配。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

-与所述步骤iv同时地，响应于被调制的信息向所述微环施加调制电压，所述调制电压控制所述微环的谐振频率与该所选纵模相匹配或不相匹配，以将该被调制的信息调制在该所选纵模的光信号上；以及

-在该方法中的任何时候，向所述微环提供偏置电压，所述偏置电压用于补偿所述微环的谐振频率的漂移以与该所选纵模相匹配。