CN103913803A - 基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，它包括串联分形拓扑结构微环阵列和串联微环结构。本发明综合了两种结构的延迟优势，实现了延迟均衡器。光信号首先从直波导输入端输入，通过波导耦合至2×2串联分形拓扑结构微环阵列中，然后光信号再耦合回波导，通过波导与串联四微环的耦合区输入串联四微环结构中进行传播，再耦合回波导，最后通过波导的输出端输出。2×2串联分形拓扑结构微环阵列在靠近中心频率处延迟较大，而串联四微环结构在远离中心频率处的延迟较大，综合两种结构的延迟优势，本发明涉及的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器具有多信道延迟强度相对均衡的特点。

Description

基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器

技术领域

本发明涉及一种基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，是一种基于串联分形拓扑结构微环谐振器的光学延迟均衡器，属于光波导器件领域。

技术背景

光器件是光纤通信系统的关键器件，在通信系统中起着至关重要的作用。硅基微环谐振器是众多光器件中的一种，1969年美国贝尔实验室就提出了微环的基本概念和结构，随着波导制造工艺水平的不断提高以及人们对器件性能的需求越来越大，各种高级的拓扑结构微环阵列被提出并制造，常见的有串联型微环、级联型微环、并联型微环以及微环阵列等。它们都有集成度高、光谱范围可调、稳定性好等优点，可作为高密度、大规模集成光路的基本构件，在光滤波器、光延迟线、光缓存器等各应用领域都取得了广泛的应用。光缓存器关键机理之一为慢光效应，即指光波在介质中传播的速度远小于其在真空中的传输速度，主流的实现方案有两种：一种是利用介质中各类物理效应来控制光的吸收、增益，从而改变光学介质的色散，常用相干布居振荡、受激布里渊散射等非线性光学技术，采用的物理材料主要有原子蒸汽、人工合成材料、光纤材料等，但是存在的宽带窄、系统庞大等缺点，难以在全光缓存中得到实际应用；另一种方法是通过人工结构中光学谐振效应导致的强色散来改变光速，从而实现延迟线型光缓存，例如微环，最早由加州理工大学提出将串联型微环CROW结构用于延迟线，之后也有级联多个微环、或级联上下载型微环等更多更为复杂的延迟线结构出现。这些结构的慢光特性主要由延迟和带宽来表征。光信号在微环结构中经历多次谐振回路传播，从而导致光延迟增大，但是较大的延迟通常伴随着较窄的带宽，一个理想的光缓存应该有较大的延迟、较宽的带宽和较小的插入损耗。

发明内容

       本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，可使器件多信道的延迟强度相对均衡。

       为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明提出的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器是串联分形拓扑结构的延迟线和串联微环结构级联而成。理论研究表明2×2的串联型分形拓扑结构微环阵列的延迟线和串联型微环结构的延迟线具有互补性，2×2的串联分形拓扑结构微环阵列在靠近中心频率处的延迟较大，而串联四微环结构在远离中心频率处的延迟较大。为了综合两类结构在延迟线方面的优势，我们提出了一种结合串联型分形拓扑结构微环阵列和串联型微环结构的新型结构——延迟均衡器，可使器件多信道的延迟强度相对均衡。 

发明所涉及的结构采用全通型微环，单个全通型微环模型为一个微环与波导进行直接耦合，综合考虑耦合损耗以及光场在微环中的传输损耗，输出端光场与输入光场比值为归一化响应函数，对其相角求导则得到归一化延迟，用来作为衡量模型延迟线效果的基本参量。

本发明提出的用于光学延迟线的串联型分形拓扑结构微环阵列具体结构如下所述：

1）将2×2的串联分形四微环与一波导直接耦合，靠近波导的输入端；

2）在该波导的另一段，用一个与串联分形结构中采用的微环完全相同的微环与该波导直接耦合；

3）用三个完全相同的微环与上述单个微环串联，并且这三个微环与波导以及2×2的串联分形微环结构没有耦合。

根据模型中各微环的耦合方式，从模型中提取四个基本微环单元，分别为耦合点分别在左、右的两种光场按逆时针传播的环谐振器；耦合点分别在左、右的两种光场按顺时针传播的环谐振器；光场从左向右传播的耦合器；光场从右向左传播的耦合器。当光信号从模型的波导一端输入，耦合到2×2的串联型分形拓扑结构微环阵列中，光信号经过串联型分形拓扑结构的微环阵列后耦合回光波导，再耦合进入串联四微环结构，经过串联结构之后耦合回光波导，再经过光波导的输出端输出，以达到延迟的光缓存的效果，并且本发明具有多信道的延迟强度相对均衡的特点。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

(1) 一种基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，包括波导、2×2的串联分形拓扑结构微环阵列和串联微环拓扑结构，其特征在于：将2×2的串联分形拓扑结构微环阵列和串联四微环拓扑结构级联在同一根波导上。

(2) 2×2串联分形拓扑结构微环阵列，由两个串联双微环耦合而成，其中只有一个中心微环与波导直接耦合。

(3) 串联四微环拓扑结构只有一端的一个微环与波导直接耦合，其余三个微环与该微环依次直接耦合。

(4) 所采用的微环是完全相同的，它们不仅大小完全相等，并且有相同的损耗系数，微环-微环耦合系数、微环-波导耦合系数均可在设定范围动态调整。

本发明与已有的微环结构的光学延迟器相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本发明提出的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器是基于已有结构的，有一定的器件加工基础，并且结构中存在多个可控因素，在具体应用实施光学延迟线时，可以通过实际情况的需求选择一个或者若干个可控因素，从而进一步进行延迟线效果的控制和调整。

附图说明

图1是基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器的结构示意图。

       图2是2×2的串联分形拓扑结构的延迟效果示意图。

       图3是串联型四微环拓扑结构的延迟效果示意图。

       图4是基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器的延迟效果示意图。

具体实施方法

       本发明的优选实施例并结合附图说明如下：

实施例一：

       参见图1，本基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器。

实施例二：

本实施例与实施例1基本相同，特别之处是：2×2串联分形拓扑结构微环阵列，由两个串联双微环耦合而成，其中只有一个中心微环与波导直接耦合；串联四微环拓扑结构只有一端的一个微环与波导直接耦合，其余三个微环与该微环依次直接耦合；所采用的微环是完全相同的，它们不仅大小完全相等，并且有相同的损耗系数，微环-微环耦合系数、微环-波导耦合系数均可在设定范围动态调整。

实施例三：

       图1为本基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器的结构示意图。假设输入/输出波导与微环之间的环-波导耦合系数为                                                ，相对应的传输系数为，其中的两个微环环-环耦合系数为，相对应的传输系数为，微环环程传输系数相等，均为为（越大，损耗越小），为归一化频率。

       图2为2×2的串联分形拓扑结构的延迟效果示意图（其中= 0.99，t ₀ = 0.5，t ₁ = 0.5）。延迟靠近中心谐振频率的两个峰值较大，远离中心频率的两个峰值较小。

       图3为串联型四微环拓扑结构的延迟效果示意图（其中= 0.99，t ₀ = 0.5，    t ₁ = 0.5）。延迟谱的远离中心谐振频率的两个峰值较大，而靠近中心谐振频率的两个峰值较小。并且这四个峰值所对应的谐振频率，与2×2的串联分形拓扑结构中的延迟谱的四个谐振峰对应的谐振频率相同，因而可存在互补性。

       图4为基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器的延迟效果示意图。相对于2×2串联分形拓扑结构微环阵列和串联四微环结构，每个谐振峰值近似相等，频率与另两种结构相同，同时谐振峰均大于其它两种结构的延迟最大值，实现了多信道延迟均衡。 

Claims (4)

1.一种基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，包括波导(1)、2×2的串联分形拓扑结构微环阵列和串联微环拓扑结构，其特征在于：将2×2的串联分形拓扑结构微环阵列和串联四微环拓扑结构级联在同一根波导(1)上。

2.根据权利要求1所述的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，其特征在于：2×2串联分形拓扑结构微环阵列，由两个串联双微环耦合而成，其中只有一个中心微环(2)与波导(1)直接耦合。

3.根据权利要求1所述的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，其特征在于：串联四微环拓扑结构只有一端的一个微环(3)与波导(1)直接耦合，其余三个微环与该微环(3)依次直接耦合。

4.根据权利要求1、或2、或3所述的基于串联分形拓扑结构的延迟均衡器，其特征在于：所采用的微环是完全相同的，它们不仅大小完全相等，并且有相同的损耗系数，微环-微环耦合系数、微环(2、3)-波导(1)耦合系数均可在设定范围动态调整。