CN104865772A - 一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件，由四个微环谐振器和两个Y分支耦合器组成，该三值光学可逆逻辑器件有三个待计算的电脉冲序列输入，输出的是经过计算后的光脉冲序列，本发明三值光学可逆逻辑器件制作工艺与COMS工艺完全兼容，使得器件体积小、速度快、功耗低、便于集成，有望在光子计算机中发挥重要的作用。

Description

一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件

技术领域

本发明属于光学逻辑计算领域，涉及一种适用于光通信和光计算领域的基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件。

背景技术

随着科技的发展，人们日常生活中所面临的待处理的信息量大大增加，如：视频会议、可视电话、智能家居、物联网等。面对这种情况，传统的电子学的信息处理与计算无论是在功耗还是在速度方面都存在很大的弊端。光信息处理与光计算作为代替电信息处理与计算的最有效的途径之一，越来越受到科研人员的重视，而作为光信息处理与光计算的最基本的构造单元之一的光学逻辑门也正逐渐成为科研人员的研究热点。

历史上曾经有两次大规模的光逻辑与光计算的研究热潮。当时集成光学还未得到充分发展，体光学元件实现的光信息处理系统往往体积庞大而且可编程性极低，与集成度高、可编程性能优越的微电子技术相比优势非常少。时至今日，在光通信产业的推动下，借鉴微电子工艺实现的集成光学器件性能已经有了长足进步，能实现的功能越来越丰富，工作模式也越来越灵活。基于这些集成光学器件的光信息处理研究重新获得了重视。

随着信息技术的发展，芯片的集成度越来越高，单位面积中的器件数量不断增多，产生的热量也会越来越多，最终将达到芯片所能承受的极限；同时芯片的功能也会受到量子效应的干扰，这些问题将成为严重制约硅片发展的瓶颈。

计算机运算都是二进制数计算，而现有的传统不可逆逻辑器件，主要是二输入一输出的非可逆逻辑门，输入信息经过该门就会丢失一个输出信息位，早在1960年R.Landauer就已经证明了不可逆计算每一次运算都会引起比特位的丢失，并且每丢失一比特信息就会有kTln2热能散发，室温下虽然能量散失很少但对于低功耗器件设计不能忽略。同时，能耗产生的热量会极大地限制芯片的性能和计算速度。而可逆逻辑器件由于既能传递逻辑门的输出值，也能传递它的输入值，这样就不会有信息位丢失，因此没有比特位丢失，这样可以很好的解决由比特位丢失引起的热能散发问题，从而大大降低计算机在逻辑上的能耗，提高计算速度；但是现有的可逆逻辑器件需要强激光作为泵浦光，不易操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件，不需要使用强激光作为泵浦光，易于操作。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件，由用绝缘体上的半导体材料制成的四个微环谐振器MRR和两个Y分支耦合器构成。

本发明三值光学可逆逻辑器件具有如下优点：

1、利用光的自然特性实现的三值光学可逆逻辑器件代替传统的电学逻辑器件，没有传统电学器件的电磁效应以及寄生电阻电容的影响，从而可以实现高速大容量的信息处理。

2、利用光的自然特性实现的三值光学可逆逻辑器件代替传统的逻辑器件，可以实现双控制非门逻辑运算，且没有传统逻辑器件比特位丢失引起的热能散发，从而可以大大降低计算机在逻辑上的能耗。

3、采用的是绝缘衬底上的硅材料SOI，是指在SiO₂绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si（折射率为3.45），包层是SiO₂（折射率为1.45），这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光场的限制能力很强使得其弯曲半径可以很小，利于大规模集成。

4、仅由四个微环谐振器和两个Y分支耦合器、四根直波导、两根弯曲波导构成，其中没有交叉，故整体器件损耗较小。

5、采用现有的CMOS工艺制成，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与其他元件整合。

附图说明

图1是本发明三值光学可逆逻辑器件的结构示意图。

图2是本发明三值光学可逆逻辑器件中第一Y分支耦合器的结构示意图。

图3是本发明三值光学可逆逻辑器件中第一微环谐振器的结构示意图。

图4是本发明三值光学可逆逻辑器件中第二微环谐振器的结构示意图。

图5是本发明三值光学可逆逻辑器件中第二Y分支耦合器的结构示意图。

图6是本发明三值光学可逆逻辑器件中第三微环谐振器的结构示意图。

图7是本发明三值光学可逆逻辑器件中第四微环谐振器的结构示意图。

图8是本发明三值光学可逆逻辑器件中带硅基热光调制器的微环谐振器MRR的电极的结构示意图。

图9是本发明三值光学可逆逻辑器件中带硅基电光调制器的微环谐振器MRR的电极的结构示意图。

图中：1.第一Y分支耦合器，2.第一微环谐振器，3.第二微环谐振器，4.第二Y分支耦合器，5.第三微环谐振器，6.第四微环谐振器，7.Si衬底，8.SiO2层，9.硅基光波导，10.发热电极；

11.第一输入光波导，12.第一Y分支第一直通光波导，13.第一Y分支第二直通光波导，21.第二输入光波导，22.第一直通光波导，23.第二直通光波导，24.第三输入光波导，31.第四输入光波导，32.第一输出光波导，41.第五输入光波导，42.第二输出光波导，43.第二Y分支直通光波导，51.第六输入光波导，52.第三直通光波导，53.第一下载光波导，61.第七输入光波导，62. 第四直通光波导，63.第三输出光波导，64.第八输入光波导，T.光卸载端口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明三值光学可逆逻辑器件，包括：

结构如图2所示的第一Y分支耦合器1，第一Y分支耦合器1包括第一直波导、第一分支直波导和第二分支直波导，第一分支直波导的一端和第二分支直波导的一端均与第一直波导的一端相连接，构成Y形分支耦合器，第一直波导上设有第一输入光波导11，第一分支直波导上设有第一Y分支第一直通光波导12，第二分支直波导上设有第一Y分支第二直通光波导13；

结构如图3所示的第一微环谐振器2，第一微环谐振器2包括第一硅基纳米线微环R1、第二直波导和第三直波导；第二直波导和第三直波导平行设置，第一硅基纳米线微环R1位于第二直波导和第三直波导之间，第二直波导与第二分支直波导相连接，该第二直波导上、沿远离第二分支直波导的方向依次设有第二输入光波导21和第一直通光波导22；第三直波导上设有第二直通光波导23和第三输入光波导24；第一微环谐振器2带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

结构如图4所示的第二微环谐振器3，第二微环谐振器3包括第二硅基纳米线微环R2和第四直波导，第四直波导与第二直波导相平行，第四直波导与第一分支直波导相连接，第二硅基纳米线微环R2位于第四直波导和第二直波导之间；第四直波导上、沿远离第一分支直波导的方向依次设有第四输入光波导31和第一输出光波导32；第二微环谐振器3带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

结构如图5所示的第二Y分支耦合器4，第二Y分支耦合器4包括第五直波导、第三分支直波导和第四分支直波导，第五直波导的一端与第二直波导的另一端相连接，第三分支直波导的一端和第四分支直波导的一端均与第五直波导的另一端相连接；第五直波导上设有第五输入光波导41，第三分支直波导上设有第二输出光波导42，第四分支直波导上设有第二Y分支直通光波导43；

结构如图6所示的第三微环谐振器5，第三微环谐振器5包括第三硅基纳米线微环R3、第六直波导和第七直波导；第六直波导和第七直波导相平行，第三硅基纳米线微环R3位于第六直波导和第七直波导之间，第六直波导的一端与第四分支直波导的另一端相连接，第六直波导上、沿远离第四分支直波导的方向依次设有第六输入光波导51和第三直通光波导52；第七直波导的一端与第三直波导的一端相连接，第七直波导上设有第一下载光波导53；第三微环谐振器5带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

结构如图7所示的第四微环谐振器6，第四微环谐振器6包括第四硅基纳米线微环R4、第八直波导、第九直波导和第十直波导，第八直波导、第九直波导和第十直波导平行设置，第四硅基纳米线微环R4位于第八直波导和第九直波导之间，第八直波导的一端与第三直波导的另一端相连接，第八直波导上、沿远离第八直波导与第三直波导连接点的方向依次设有第七输入光波导61、第四直通光波导62和光卸载端口T；第九直波导的一端与第六直波导的另一端相连接，使得第九直波导和第六直波导形成U形结构，第九直波导上、沿远离第九直波导与第六直波导连接点的方向依次设有第八输入光波导64和第三输出光波导63；第九直波导的另一端与第十直波导的一端相连接，使得第九直波导和第十直波导也形成U形结构；第四微环谐振器6带有硅基电光调制器或硅基热光调制器。

硅基热光调制器的微环谐振器R的电极，如图8所示，Si衬底7上有SiO₂层8，SiO₂层8上有硅基光波导9，在硅基光波导9的上方铺设了一层发热电极10。在发热电极10的引线上施加电压，会有电流通过电极，该电流会产生热量通过热辐射的方式改变硅基光波导9的温度，从而改变环形波导的有效折射率N_eff，继而改变微环谐振器R的谐振波长，实现动态滤波。

硅基电光调制器的调制原理图，如图9所示。从图8和图9可以看出硅基热光调制器和硅基电光调制器的调制原理是不相同的。硅基热光调制器是依靠改变硅基光波导的温度来改变波导的有效折射率。硅基电光调制器是依靠改变轨迹光波导中的载流子浓度来改变波导的折射率；由于热辐射的速度远远慢于载流子湮灭的速度。所以电光调制的速度远远大于热光调制的速度，但因为对波导掺杂的原因，电光调制器的结构要比热光调制器的结构更复杂，制作过程也更简单。故一般在需要高速的情形下使用硅基电光调制，而在对器件响应速度要求不高的场合采用硅基热光调制。

第一硅基纳米线微环R1的结构参数、第二硅基纳米线微环R2的结构参数、第三硅基纳米线微环R3的结构参数、第四硅基纳米线微环R4的结构参数稍有不同，但通过对其中一个微环热调制或者p-i-n机构光电调制将该微环工作谐振波与另一微环工作波长调制一致，此波长即为输入光信号的波长。当入射的光信号满足谐振条件（m×λ=N_eff×2π×r）时，光信号会通过倏逝场耦合作用从波导耦合进入微环，此时，如有除入射以外的光波导存在，微环中的光信号同样会通过倏逝场耦合作用从微环耦合进波导；谐振条件（m×λ=N_eff×2π×r）中的m表示微环谐振级次，其值为正整数，λ为谐振波长，N_eff为波导的有效折射率，r为微环的半径。

下面通过分析光信号在图2、图3、图5、图6所示的微环谐振器以及图1和图4所示的Y分支耦合器中光的传输过程，简要说明本发明三值光学可逆逻辑器件的工作原理：

对于图2所示的第一Y分支耦合器1，当光信号从第一输入光波导11输入，通过第一Y分支耦合器1将光信号均分为两束，分别从第一Y分支耦合器第一直通光波导12和第一Y分支耦合器第二直通光波导13输出。

对于图3所示的第一微环谐振器2，假定光信号由第一输入光波导21输入，当光信号经过耦合区（第二输入光波导21和第一直通光波导22与第一硅基纳米线微环R1距离最近的一个范围）时，光信号通过倏逝场耦合作用进入第一硅基纳米线微环R1中，第一硅基纳米线微环R1中的光信号也会通过倏逝场耦合作用耦合进入第二直通光波导23中。对于满足谐振条件（m×λ=N_eff×2π×r）的光信号，在从第一硅基纳米线微环R1耦合到第一直通光波导22时，由于两路光信号的相位差导致的相消干涉，会在第一直通光波导22中发生消光现象；而不满足该谐振条件的光由于相位差不能满足相消干涉条件，故光信号可以看作毫无影响的通过耦合区从第一直通光波导22输出。

对于图4所示的第二微环谐振器3，假定光信号由第四输入光波导31输入，当光信号经过耦合区（第四输入光波导31和第二直通光波导32与第二硅基纳米线微环R2距离最近的一个范围）时，对于满足谐振条件的光信号，在第一输出光波导32中检测不到谐振波长处的光波，而不满足谐振条件的光可以看作毫无影响的通过耦合区第一输出光波导32输出。

对于图5所示的第二Y分支耦合器4，当光信号从第五输入光波导41输入，通过第二Y分支耦合器4将光信号均分为两束，分别从第二输出光波导42和第二Y分支直通波导43输出。

对于图6所示的第三微环谐振器5，假定光信号由第六输入光波导51输入（从第二输入端21输入的光信号不满足第一硅基纳米线微环R1的谐振条件），当光信号经过耦合区（第六输入光波导51和第三直通光波导52与第三硅基纳米线微环R1距离最近的一个范围）时，对于满足谐振条件的光信号,光信号可以看作从第一下载光波导53输出；而不满足该谐振条件的光信号可以看作毫无影响的通过耦合区从第三直通光波导52输出。

对于图7所示的第四微环谐振器6，假定光信号由第七输入光波导61输入（从第三输入端24输入的光信号不满足第一硅基纳米线微环R1的谐振条件且从第六输入端51输入的光信号满足第三硅基纳米线微环R3的谐振条件），当光信号经过耦合区（第七输入光波导61和第四直通光波导62与第四硅基纳米线微环R4距离最近的一个范围）时，满足谐振条件的光信号通过第三输出光波导63输出，而不满足谐振条件的光可以看作毫无影响的通过耦合区从第四直通光波导62光卸载端口T卸载。当光信号由第八输入光波导64输入（从第三输入端24输入的光信号不满足第一硅基纳米线微环R1的谐振条件且从第六输入端输入的光信号不满足第三硅基纳米线微环R3的谐振条件）时，光信号经过耦合区（第八输入光波导64与第四硅基纳米线微环R4距离最近的一个范围）时，满足谐振条件的光信号也会通过倏逝场耦合作用耦合进入第四直通光波导62从光卸载端口T卸载；而不满足谐振条件的光可以看作毫无影响的通过耦合区从第三输出光波导63输出。

需要说明的是：当光信号由第三输入光波导24输入时，永远不会满足第一微环谐振器2的谐振条件。

上面分析的是静态的微环谐振器工作特性，总结而言，微环谐振器会固定的是某些波长（满足谐振条件的波长）的信号被下载，某些波长的信号直通（不满足谐振条件的波长）；本器件工作时，还需要微环谐振器的谐振波长动态可调。由谐振条件（m×λ=N _eff ×2π×r）看出，改变微环谐振器的半径R和有效折射率N _eff 都将改变微环谐振器的谐振波长。此处通过调节微环波导的有效折射率N _eff 来改变微环谐振器的谐振波长。有效折射率与制造微环谐振器材料的折射率有关，而改变该材料的折射率有两种方法：一是对材料加热，改变材料的温度，利用热光效应改变材料折射率，即上述的硅基热光调制器；二是利用电光效应通过载流子注入改变材料的折射率，即上述的硅基电光调制器。由于热调制速度受热对流速度影响，而电调制速度取决于载流子寿命，故电调制速度较快，在高速系统中采用电调制。

下面以热调制机构为例说明本发明三值光学可逆逻辑器件的工作过程：

首先，定义第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3的谐振波长λ_A为工作波长，第四硅基纳米线微环R4的谐振波长为λ_B；对于第四硅基纳米线微环R4，通过对其热电极加一个正向电压，改变其有效折射率以便改变其谐振波长，并使之与第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2、第三硅基纳米线微环R3的谐振波长一致。

对于图1所示的三值光学可逆逻辑器件，在光信号输入端（input）输入处于工作波长的连续信号光（cw），然后分别对四个硅基纳米线微环加上调制电压，对硅基纳米线微环加热从而改变硅基纳米线微环的谐振波长，设定第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2、第三硅基纳米线微环R3在工作波长处谐振（第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3所加调制电压完全同步），第四硅基纳米线微环R4在工作波长处不谐振（加高电平使之谐振波长与工作波长一致），并假定输出端口有光输出时用逻辑“1”表示，输出端口无光输出时用逻辑“0”表示，该三值光学可逆逻辑器件共有八种工作状态。

下面结合结构图详细分析本发明三值光学可逆逻辑器件的工作原理：当第一硅基纳米线微环R1加低电平（逻辑“0”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3也加低电平（逻辑“0”）、第四硅基纳米线微环R4也加低电平（逻辑“0”）时，这时第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3都处于谐振状态，第四硅基纳米线微环R4处于非谐振状态，在光的输出端口X、Y和Z都没有光输出（逻辑值都为“0”）；当第一硅基纳米线微环R1加低电平（逻辑“0”）、第二微硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3也加低电平（逻辑“0”）、第四硅基纳米线微环R4加高电平（逻辑“1”）时，这时四个微环都处于谐振状态，在光的输出端口X、Y都没有光输出（逻辑值都为“0”），在端口Z有光输出（逻辑值为“1”）。当第一硅基纳米线微环R1加低电平（逻辑“0”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3加高电平（逻辑“1”）、第四硅基纳米线微环R4加低电平（逻辑“0”），这时第二硅基纳米线微环R2、第三硅基纳米线微环R3和第四硅基纳米线微环R4处于非谐振状态，第一硅基纳米线微环R1处于谐振状态，在光的输出端口Y有光输出（逻辑值为“1”），在光的输出端口X、Z无光输出（逻辑值为“0”）。当第一硅基纳米线微环R1加低电平（逻辑“0”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3加高电平（逻辑“1”）、第四硅基纳米线微环R4也加高电平（逻辑“1”）时，第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3处于非谐振状态，第一硅基纳米线微环R1和第四硅基纳米线微环R4处于谐振状态，在光的输出端口Y、Z有光输出（逻辑值为“1”），在光的输出端口X无光输出（逻辑值为“0”）。当第一硅基纳米线微环R1加高电平（逻辑“1”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3加低电平（逻辑“0”）、第四硅基纳米线微环R4也加低电平（逻辑“0”）时，第一硅基纳米线微环R1、第四硅基纳米线微环R4处于非谐振状态，这时第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3处于谐振状态，在光的输出端口X有光输出（逻辑值为“1”），在光的输出端口Y、Z无光输出（逻辑值为“0”）。当第一硅基纳米线微环R1加高电平（逻辑“1”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3加低电平（逻辑“0”）、第四硅基纳米线微环R4加高电平（逻辑“1”）时，第一硅基纳米线微环R1处于非谐振状态，第二硅基纳米线微环R2、第三硅基纳米线微环R3和第四硅基纳米线微环R4处于谐振状态，在光的输出端口X、Z有光输出（逻辑值为“1”），在光的输出端口Y无光输出（逻辑值为“0”）。当第一硅基纳米线微环R1加高电平（逻辑“1”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3也加高电平（逻辑“1”）、第四硅基纳米线微环R4加低电平（逻辑“0”）时，这时四个微环都处于非谐振状态，在光的输出端口X、Y、Z都有光输出（逻辑值为“1”）。当第一硅基纳米线微环R1加高电平（逻辑“1”）、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3也加高电平（逻辑“1”）、第四硅基纳米线微环R4也加高电平（逻辑“1”）时，第一硅基纳米线微环R1处、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3处于非谐振状态，第四硅基纳米线微环R4处于谐振状态，在光的输出端口X、Y有光输出（逻辑值为“1”），在光的输出端口Z无光输出（逻辑值为“0”）。本发明光学可逆器件完成双控制非门计算的真值表如表1所示。

表1三值光学可逆逻辑器件的真值表

注：表1中的A、B、C分别表示对第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2（第三硅基纳米线微环R3）、第四硅基纳米线微环R4所施加的电平信号。由于在第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3上总是同时施加高电平或低电平，故统一用B表示。

可以看出本发明光学逻辑器件输入的是三个待计算的一位二进制高低电平电信号和一个处于工作波长处的连续激光信号，输出的是经过双控制非门的光信号；因此本光学可逆器件可以完成三个一位二进制数的双控制非门运算。各微环谐振器MRR的基本单元为带热调制机构或电调制机构的微环谐振器MRR光开关，待计算的3位电信号对各自的MRR的作用方式如下：设定微环R1、R2（R3）在未加调制的谐振波长为工作波长，因此当加在微环R1、R2（R3）上的调制电信号为高电平时，硅基纳米线微环的谐振频率发生偏移，在输入激光的波长处失谐；当加在第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2和第三硅基纳米线微环R3上的调制电信号为低电平时，该三个硅基纳米线微环在输入激光的波长处谐振，光信号被下载；当加在第四硅基纳米线微环R4上的调制电信号为高电平时，第四硅基纳米线微环R4在输入激光的波长处谐振，光信号被下载；当加在第四硅基纳米线微环R4上的调制电信号为低电平时，因为第四硅基纳米线微环R4与工作波长稍有不同，所以在输入激光的波长处失谐。在本三值光学可逆逻辑器件的一个光学端口输入特定工作波长的连续激光，待计算的3位高低电平电信号分别作用于第一硅基纳米线微环R1、第二硅基纳米线微环R2、第三硅基纳米线微环R3和第四硅基纳米线微环R4，在三个信号输出端口就以光逻辑的形式输出与3位输入的电信号相对应的双控制非门计算结果，从而完成了三值光学可逆逻辑器件的功能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述的仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，同等替换，改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件，其特征在于，该三值光学可逆逻辑器件由用绝缘体上的半导体材料制成的四个微环谐振器MRR和2根Y分支耦合器构成。

2. 根据权利要求1所述的基于微环谐振器的三值光学可逆逻辑器件，其特征在于，所述的四个微环谐振器MRR为第一微环谐振器（2）、第二微环谐振器（3）、第三微环谐振器（5）和第四微环谐振器（6），2根Y分支耦合器为第一Y分支耦合器（1）和第二Y分支耦合器（4）；

所述的第一Y分支耦合器（1）包括第一直波导、第一分支直波导和第二分支直波导，第一分支直波导的一端和第二分支直波导的一端均与第一直波导的一端相连接，构成Y形分支耦合器，第一直波导上设有第一输入光波导（11），第一分支直波导上设有第一Y分支第一直通光波导（12），第二分支直波导上设有第一Y分支第二直通光波导（13）；

所述的第一微环谐振器（2）包括第一硅基纳米线微环（R1）、第二直波导和第三直波导；第二直波导和第三直波导平行设置，第一硅基纳米线微环（R1）位于第二直波导和第三直波导之间，第二直波导与第二分支直波导相连接，该第二直波导上、沿远离第二分支直波导的方向依次设有第二输入光波导（21）和第一直通光波导（22）；第三直波导上设有第二直通光波导（23）和第三输入光波导（24）；第一微环谐振器（2）带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

所述的第二微环谐振器（3）包括第二硅基纳米线微环（R2）和第四直波导，第四直波导与第二直波导相平行，第四直波导与第一分支直波导相连接，第二硅基纳米线微环（R2）位于第四直波导和第二直波导之间；第四直波导上、沿远离第一分支直波导的方向依次设有第四输入光波导（31）和第一输出光波导（32）；第二微环谐振器（3）带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

所述的第二Y分支耦合器（4）包括第五直波导、第三分支直波导和第四分支直波导，第五直波导的一端与第二直波导的另一端相连接，第三分支直波导的一端和第四分支直波导的一端均与第五直波导的另一端相连接；第五直波导上设有第五输入光波导（41），第三分支直波导上设有第二输出光波导（42），第四分支直波导上设有第二Y分支直通光波导（43）；

所述的第三微环谐振器（5）包括第三硅基纳米线微环（R3）、第六直波导和第七直波导；第六直波导和第七直波导相平行，第三硅基纳米线微环（R3）位于第六直波导和第七直波导之间，第六直波导的一端与第四分支直波导的另一端相连接，第六直波导上、沿远离第四分支直波导的方向依次设有第六输入光波导（51）和第三直通光波导（52）；第七直波导的一端与第三直波导的一端相连接，第七直波导上设有第一下载光波导（53）；第三微环谐振器（5）带有硅基电光调制器或硅基热光调制器；

所述的第四微环谐振器（6）包括第四硅基纳米线微环（R4）、第八直波导、第九直波导和第十直波导，第八直波导、第九直波导和第十直波导平行设置，第四硅基纳米线微环（R4）位于第八直波导和第九直波导之间，第八直波导的一端与第三直波导的另一端相连接，第八直波导上、沿远离第八直波导与第三直波导连接点的方向依次设有第七输入光波导（61）、第四直通光波导（62）和光卸载端口（T）；第九直波导的一端与第六直波导的另一端相连接，使得第九直波导和第六直波导形成U形结构，第九直波导上、沿远离第九直波导与第六直波导连接点的方向依次设有第八输入光波导（64）和第三输出光波导（63）；第九直波导的另一端与第十直波导的一端相连接，使得第九直波导和第十直波导也形成U形结构；第四微环谐振器（6）带有硅基电光调制器或硅基热光调制器。