CN107870455A - 一种微环调制器、超宽带调制器以及调制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种微环调制器、超宽带调制器以及调制系统，涉及通信领域，衬底层、位于衬底层上方的波导层；衬底层，用于支撑波导层；波导层包括微环调制阵列以及位于微环调制阵列两侧的第一波导和第二波导，其中，第一波导和第二波导对称设置；微环调制阵列包括位于同一个平面的至少两个个调制单元，每个调制单元对应一个谐振波长，不同的调制单元对应不同的谐振波长，任一调制单元和第一波导之间的间距与该调制单元和第二波导之间的间距相等，任一调制单元，用于调制与调制单元对应的谐振波长谐振的光信号；第一波导用于输入光信号，第二波导用于输出经过每个所述调制单元调制后的光信号以及输出未被调制的光信号。

Description

一种微环调制器、超宽带调制器以及调制系统
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种微环调制器、超宽带调制器以及调制系统。
背景技术
硅基光调制器是硅光技术应用的最优前景，硅基光调制器是利用材料折射率的变化，对传输光的相位和波长进行调制的光导波器件，由于硅基光调制器中采用硅材料，而硅材料中的物理效应包含载流子色散效应，载流子色散效应指的是载流子的注入或抽取导致的半导体中自由载流子浓度的变化引起折射率的变化，因此硅基光调制器可以利用载流子色散效应，调节复折射率(又称光纳，吸收性介质最主要的光学常数)的虚部和实部来达到将电信号加载到光信号上的目的。
在波分系统中，需要对不同波长的光信号加载每个波长的光信号对应的调制信号，这就需要多波长的调制器。虽然通常的调制器有一定的波长相关性，但是这样的波长相关性和波分系统中所需要的100G，200G带宽间隔比是远远不够的，因此，当包含多个波长的光束进入调制器之前需要对光信号的波长进行区分。
微环具有很好的波长选择性，因此可以在调制器中增加微环，这样使得基于微环的调制器同时具有选择波长和调制的功能。现有技术中，如图1a所示的微环调制器，包括波导以及微环调制阵列，微环调制阵列包括至少一个微环，微环调制器中的微环一方面可以充当调制元件，另一方面同时充当了色散元件的作用，每个微环对应一个谐振波长，通过控制微环中波导的折射率从而控制与这些波长谐振与否，便可以在宽谱的光源上加载所需的调制信号，在调制过程中，光信号传播至耦合波导，当光信号的波长和微环对应的谐振波长谐振，光信号进入微环，并被微环调制，调制后的光信号通过波导传播出去，当光信号的波长和微环不谐振时，光信号直接通过波导的传播出去，因此，只有和微环共振的波长才可以被调制，这样使得能够与微环谐振的波长被微环损耗掉，同时，可以通过改变加载在微环上的电压，使微环的谐振波长发生移动，从而进行调制，如图1b所示。
但是，微环的耦合深度和两个因素有关：1、波导和微环之间的耦合强度；2、微环自身的损耗，且只有当这两个量匹配的时候微环达到最深的耦合，因此调制器也能够达到最深的调制深度。微环对其自身的耦合间隙非常敏感，耦合间隙大的时候，微环和波导之间的耦合强度很弱，耦合间隙小的时候微环和波导之间的耦合强度很强，耦合间隙在变化时会导致微环自身的损耗和波导和微环之间的耦合强度不匹配，因此会影响微环的耦合深度，且在实际制作当中，由于工艺误差的存在使得微环的耦合间隙很难精确控制，目前工艺上通常采用193或248nm紫外光刻工艺，这样的微环耦合间隙已经逼近了加工的极限，导致在工艺上比较困难，从而影响了微环的调制深度，同时，在调制过程中，需要精确控制耦合波导和微环之间的间距，以调节耦合强度和微环损耗的关系。
发明内容
本发明的实施例提供一种微环调制器、超宽带调制器以及调制系统，用以提供一种能够满足所需要调制深度的调制器。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种微环调制器，包括：衬底层、位于衬底层上方的波导层；该衬底层，用于支撑波导层；该波导层包括微环调制阵列以及位于所述微环调制阵列两侧的第一波导和第二波导，其中，第一波导和所述第二波导对称设置；该微环调制阵列包括位于同一个平面的至少两个调制单元，每个调制单元对应一个谐振波长，不同的调制单元对应不同的谐振波长，每个调制单元与第一波导和第二波导之间均存在间距，同一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距相等；任一所述调制单元，用于调制与该调制单元对应的波长谐振的光信号的强度；第一波导用于输入光信号，第二波导用于输出经过每个调制单元调制后的光信号。
本发明实施例提供一种微环调制器，包括：衬底层、位于衬底层上方的波导层；该衬底层，用于支撑波导层；波导层包括微环调制阵列以及位于微环调制阵列两侧的第一波导和第二波导，其中，第一波导和第二波导对称设置，微环调制阵列包括位于同一个平面的至少两个调制单元，每个调制单元对应一个谐振波长，不同的调制单元对应不同的谐振波长，这样可以通过本发明实施例提供的微环调制器来调节多波长的光，由于第一波导和第二波导对称设置，且同一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距相等，使得从第一波导耦合进入每个调制单元，调制单元为与其谐振波长一致的光加载调制信号，当光加载了调制信号之后，可以对称地从第二波导耦合出来，由于第一波导和第二波导对称设置，从每个调制单元出来出来多少已调制的光，该已调制的光便会通过第二波导耦合出来，使得耦合强度和损耗关系更容易匹配，同时也使得调制器中任意一个调制单元与第一波导的间距和第二波导之间的间距在制作工艺容忍度上得到改善，更容易获得好的调制深度，因此，本发明实施例提供的微环调制的耦合深度达到最深。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，第一波导和第二波导具有第一端口，该第一端口用于输入/输出光信号，该第一波导的第一端口和第二波导的第一端口相对设置；微环调制器还包括偏振分束单元，该偏振分束单元与第一波导和第二波导的第一端口相连，用于将传播至偏振分束单元的第一光束分解为具有第一偏振状态的光和具有第二偏振状态的光，以及将第一偏振状态的光从第一波导的第一端口输入至第一波导，将第二偏振状态的光从第二波导的第一端口输入至第二波导，其中，第一光束包括两个偏振状态的光分量。由于偏振分束单元可以将第一光束分解为两个偏振状态的光分量，因此当用本发明实施例提供的微环调制器时可以实现双偏振调制。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该偏振分束单元还用于接收经第一波导的第一端口输出的已经调制的第二偏振状态的光；以及接收经所述第二波导的第一端口输出的；以及将所述已经调制的第二偏振状态的光和所述已经调制的第一偏振状态的光合成第一光束。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，上述调制单元包括微环，该微环具有PIN调制结构，由于微环具有多波长选择性，当调制单元包括微环时可以使得微环调制器也具有波长选择性。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，每个微环由两个或两个以上的微环级联而成。
结合第一方面的第三种可能的实现方式或第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，在每个微环上设置有稳频单元，用于调节每个微环对应的谐振波长。这样可以对可能存在的漂移的谐振波长进行稳频用于降低调制器对环境、制作工艺的敏感性。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，稳频单元包括导线和加热电阻丝；其中，该加热电阻丝位于稳频单元对应的微环的一侧，该导线与加热电阻丝电连接，该加热电阻丝，用于通过热传导方式控制微环温度，以调节微环的谐振波长。
结合第一方面至第一方面的第六种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，上述微环调制阵列中的至少两个调制单元采用一字型排布方式。
结合第一方面至第一方面的第五种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，第一波导和第二波导均包括第一水平部，第二水平部以及垂直部；其中，第一水平部和第二水平部平行设置，垂直部与第一水平部和第二水平部的末端连接，且与第一水平部和第二水平部垂直；其中，第一波导的第一水平部和第二波导的第一水平部相对设置，第一波导的垂直部和第二波导的垂直部相对设置，第一波导的第二水平部和第二波导的第二水平部相对设置；第一波导的第一水平部和第二波导的第一水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元；第一波导的第二水平部和第二波导的第二水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元。
结合第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第八种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，上述第一波导和所述第二波导还具有第二端口，该第一波导的第二端口和第二波导的第二端口相对设置；在第一波导和第二波导的第二端口处分别设置有吸收器，该吸收器用于吸收未被调制的光信号。
第二方面，本发明实施例提供一种超宽带调制器，包括光环形器、设置在光环形器后方的色散元件以及设置在该色散元件后方的调制器阵列；该调制器阵列包括至少两个并联的如第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第九种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式所描述的微环调制器；其中，光环形器，用于接收输入光，以及将输入光传播至色散元件；该色散元件，用于将输入光分为不同波长的光信号，以及将不同波长的光信号传播至调制器阵列；一个微环调制器，用于对输入该微环调制器中的光信号进行调制。
第三方面，本发明实施例提供一种调制系统，包括：服务器机架、第一方面至第一方面的第七种可能的实现方式中任意一项所描述的微环调制器以及光环形器；该服务器机架包括至少一个服务器，该光环形器，用于接收光信号以及将光信号传导至微环调制器；该微环调制器，与至少一个服务器中的每个所述服务器相连，用于接收每个服务器输出的调制信号；以及将每个服务器输出的调制信号加载在输入微环调制器的光信号上，获取加载后的光信号，以及将所述加载后的光信号通过所述光环形器传递至接收机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为现有技术中提供的微环调制器的结构示意图；
图1b为现有技术中提供的微环调制器的调制原理图；
图2为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的微环调制器中微环的结构示意图；
图5为本发明实施例中微环调制器的调制原理图；
图6为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图三；
图7为图6提供的微环调制器的调制原理图；
图8为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图四；
图9为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图五；
图10为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图六；
图11为本发明实施例提供的微环调制器的结构示意图七；
图12为本发明实施例提供的一种超宽带调制器的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种调制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图2所示，本发明实施例提供一种微环调制器，包括：衬底层201、位于衬底层201上方的波导层202；衬底层201，用于支撑波导层202；波导层202包括微环调制阵列2021以及位于微环调制阵列2021两侧的第一波导2022和第二波导2023，其中，第一波导2022和第二波导2023对称设置；微环调制阵列2021包括位于同一个平面的至少两个调制单元20211，每个调制单元20211对应一个谐振波长，不同的调制单元20211对应不同的谐振波长，每个调制单元20211与第一波导2022和第二波导2023之间均存在间距，同一个调制单元与第一波导2022之间的间距和该调制单元与第二波导2023之间的间距相等；任意一个调制单元20211，用于调制与该调制单元20211对应的谐振波长谐振的光信号的强度；第一波导2022用于输入光信号，第二波导2023用于输出经过每个调制单元20211调制后的光信号。
本发明实施例提供一种微环调制器，包括：衬底层、位于衬底层上方的波导层；该衬底层，用于支撑波导层；波导层包括微环调制阵列以及位于微环调制阵列两侧的第一波导和第二波导，其中，第一波导和第二波导对称设置，微环调制阵列包括位于同一个平面的至少两个调制单元，每个调制单元对应一个谐振波长，不同的调制单元对应不同的谐振波长，这样可以通过本发明实施例提供的微环调制器来调节多波长的光，由于第一波导和第二波导对称设置，且同一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距相等，使得从第一波导耦合进入每个调制单元，调制单元为与其谐振波长一致的光加载调制信号，当光加载了调制信号之后，可以对称地从第二波导耦合出来，由于第一波导和第二波导对称设置，从每个调制单元出来出来多少已调制的光，该已调制的光便会通过第二波导耦合出来，使得耦合强度和损耗关系更容易匹配，同时也使得调制器中任意一个调制单元与第一波导的间距和第二波导之间的间距在制作工艺容忍度上得到改善，更容易获得好的调制深度，因此，本发明实施例提供的微环调制的耦合深度达到最深。其中，本发明实施例中的间距相等是指一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距误差在-20％～和+20％之间，示例的，该间距相等可以指一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距误差在-10％～和+10％之间.
其中，本发明实施例中第一波导2022和第二波导2023的宽度0.3-2微米(um)。
本发明实施例中的每个调制单元与第一波导之间的间距为10～500nm；每个调制单元与第二波导之间的间距为10～500nm，但是，同一个调制单元距离第一波导之间的间距和第二波导之间的间距相等，例如，第一调制单元距离第一波导的间距为150nm，那么该第一调制单元距离第二波导的间距为150nm。
本发明实施例中微环调制阵列中的不同调制单元距离第一波导和第二波导之间的间距可以相等，也可以不相等。可以理解的，本发明实施例中微环调制阵列中每个调制单元与第一波导之间的间距均相等；也可以是本发明实施例中微环调制阵列中每个调制单元与第一波导之间的间距均不相等；或者是，微环调制阵列中的一部分调制单元中的每个调制单元与第一波导之间的间距均相等，另一部分调制单元中的每个调制单元与第一波导之间的间距均相等。由于每个调制单元与第二波导之间的间距均相等，因此，也可以理解为：微环调制阵列中每个调制单元与第二波导之间的间距均相等；或者，也可以是本发明实施例中微环调制阵列中每个调制单元与第二波导之间的间距均不相等；或者是，微环调制阵列中的一部分调制单元中的每个调制单元与第二波导之间的间距均相等，另一部分调制单元中的每个调制单元与第二波导之间的间距均相等。
可以理解的是，本发明实施例中第一波导和第二波导包括多个波导段，一个调制单元分别于第一波导的一个波导段和第二波导的一个波导段对应，示例性的，如图3所示，第一波导2022包括第一波导段202201、第二波导段202202和第三波导段202203；第二波导包括第一波导段202301、第二波导段202302和第三波导段202303；其中，第一波导2022的第一波导段202201和第二波导2023的第一波导段202301关于其分别对应的第一调制单元20211a对称；第一波导2022的第二波导段202202和第二波导2023的第二波导段202302关于第二调制单元20211b对称；第一波导2022的第一波导段202201和第二波导2023的第一波导段202301关于第三调制单元20211c对称；第一调制单元20211a距离第一波导2022的第一波导段202201之间的间距为100nm；第二调制单元20211b距离第一波导2022的第一波导段202201之间的间距为150nm；第三调制单元20211c距离第一波导2022的第一波导段202201之间的间距为100nm。
需要说明的是，本发明实施例中从第一波导中进入调制单元的光能量与从第二波导中出来的光能量相等，示例性的，假设波长为λ1的光与第一调制单元的谐振波长一致，该波长为λ1的光的能量为γ；由于波长为λ1的光进入第一波导之后并非所有的光会进入第一调制单元被调制，有一部分光将沿着第一波导传播出去，假设沿着第一波导传播出去的光的能量为γ1；进入第一调制单元的光的能量为γ2，其中，γ＝γ1+γ2，那么在进入第一调制单元的波长为λ1的光被调制之后，会从第一调制单元中出来能量为γ2的已调制的光，该能量为γ2的已调制的光光则全部进入第二波导，并通过第二波导传播出去，因此，本发明实施例中通过第二波导传播出去的光均为已调制的光。这样可以提高微环调制器的耦合深度。
可选的，本发明实施例中微环调制阵列中每相邻两个调制单元间隔设置，该间隔为大于1um。这样设置可以防止相邻两个调制单元之间的调制信号或者光信号串扰。该微环调制阵列中每两个相邻的调制单元之间的间隔可以相等也可以不相等。示例性的，如图3所示，第一调制单元20211a和第二调制单元20211b之间的间隔可以为2um，第二调制单元20211b和第三调制单元20211c之间的间隔可以为3um。
本发明实施例中的衬底层采用厚度为0.2-0.4um的SOI芯层，具体的，该SOI芯层包括芯层(Si，硅片))和位于芯层上方的覆层(SiO2，二氧化硅层)，由于Si和SiO2存在巨大的折射率差，因此采用SOI芯层作为衬底层可以降低基光学器件的损耗以及尺寸。当然该衬底层还可以采用其他材料，本发明实施例对此不进行限定，具体可以根据需要进行设置。具体的该衬底层一方面用于支撑波导层，另一方面，还可以用于对波导层中的调制单元以及第一波导和第二波导形成包覆，形成光学模式，同时与外部灰尘、湿气隔离。如图2所示，本发明实施例中的每个调制单元还包括与电源连接的电光调制部分20212，该电光调制部分20212的具体作用为：通过控制注入与每个电光调制部分20212对应的调制单元的电流的大小，调节微环中波导的有效折射率，从而改变微环的谐振波长，以为相应的调制单元提供谐振波长。
示例性的，该电光调制部分20212包括与PIN节结构的P掺杂区域连接的第一导线，以及与PIN节结构的N掺杂区域连接的第二导线，其中，该第一导线和第二导线通过电源相连，具体的，可以通过调节注入PIN节结构的电流的大小以改变微环的谐振波长。
可选的，如图4所示，本发明实施例中的任意一个调制单元的截面呈脊波导状，这样，其中，脊波导中平板部分的厚度为0.09-0.16微米。
具体的，本发明实施例中的调制单元20211采用微环，这样由于微环具有很好的波长选择性，因此，可以增加本发明实施例提供的调制器的波长选择性。
如图4所示，每个微环的两侧分别为P掺杂区域和N掺杂区域，其中P掺杂区域和N掺杂区域用于形成PIN节结构，在PIN节结构中注入电流后可以利用载流子效应对微环进行调制，当然，还可以改变加载在每个微环上的电压，以改变微环的谐振波长。
可选的，本发明实施例中的任意一个微环可以采用一个微环形成满足所需要调制波长的微环，当然，任意一个微环也可以通过至少两个或两个以上的微环通过级联的方式形成满足所需要调制波长的微环，本发明实施例对此不进行限定。
本发明实施例提供的微环调制阵列中，任意一个微环的宽度为0.3-2微米，且每个微环的半径大于3微米，每个微环对应一个谐振波长，不同的微环对应不同的谐振波长，这样就可以通过本发明实施例提供的调制器来实现对多波长的调制。
可选的，微环调制阵列包括至少两个微环，微环调制阵列中每相邻两个微环之间存在间隔，该间隔大于1um，这样做可以避免两个微环之间的信号串扰。
为了介绍如图2所示的微环调制器的工作原理，本发明实施例现以第一光源和第二光源为例进行说明，其中，第一光源和第二光源具有不同的波长，如图5所示，当第一光源B(图5中所示的空心箭头)和第二光源A(图5中所示的实心箭头)进入本发明实施例提供的微环调制器时，首先，第一光源B和第二光源A进入第一波导2022中，若第一光源B对应的波长与第一调制单元20211对应的谐振波长谐振，第二光源A对应的波长与第二调制单元20212谐振，则第一光源B传播至第一调制单元20211处时，第一光源B被耦合入第一调制单元20211中，同时第一调制单元20211对该第一光源B加载调制信号，例如，该调制信号为1101110，被加载了调制信号1101110的第一光源B从第二波导2023中被耦合出来(如图5中所示的虚线波浪线B’)，由于第二光源的波长与第一调制单元20211的谐振波长不一致，因此当第二光源通过第一波导2022经过第一调制单元20211时，第二光源A与第一调制单元20211不谐振，因此，第二光源A继续沿着第一波导2022传播，直至传播与第二光源A对应的波长谐振的第二调制单元20212处，由于第二光源A与第二调制单元20212的谐振波长谐振，因此，第二光源A被耦合至第二调制单元20212中，在第二调制单元20212中加载调制信号，例如，1101111，被加载了调制信号的第二光源A从第二波导中耦合出来，如图5中所示的实线波浪线A’。
另一方面，由于现有技术中，本发明实施例提供的微环调制器中第一波导2022和第二波导2023分别具有第一端口，第一端口用于输入/输出光信号，第一波导2022的第一端口和第二波导2023的第一端口相对设置。
由于在实际使用过程中，耦合波导中有TE(Transverse electric，横电波)，TM(Transverse magnetic横磁波)两种模式，因此在微环中有不同的耦合强度和谐振波长，正是因为不同偏振在微环中的耦合强度和谐振波长都不一样，所以无法对两个偏振同时调制(一般调制波长带宽只有1nm附近，而不同偏振谐振波长差别能达到数个nm，所以原则上只能对一个偏振进行调制。因此为了对存在双偏振的光信号进行调制，如图6所示，本发明实施例提供的微环调制器还包括偏振分束单元2024，该偏振分束单元2024与第一波导2022和第二波导2023的第一端口相连，用于将传播至该偏振分束单元2024的第一光束分解为具有第一偏振状态的光和具有第二偏振状态的光，以及将该第一偏振状态的光从第一波导2022的第一端口输入至第一波导2022中，将第二偏振状态的光从第二波导2023的第一端口输入至第二波导2023，其中，第一光束包括两个偏振状态的光分量。具体的，如图6所示的调制器的结构可以称为双偏振调制器。
本发明实施例中的偏振分束单元2024可以位于波导层202之内，也可以位于波导层202外。
可选的，本发明实施例提供的偏振分束单元2024还用于接收经所述第一波导2022的第一端口输出的已经调制的第二偏振状态的光；以及接收经第二波导2023的第一端口输出的已经调制的第一偏振状态的光；以及将已经调制的第二偏振状态的光和所述已经调制的第一偏振状态的光合成第一光束。
示例性的，本发明实施例中的偏振分束单元2024采用偏振分离光栅耦合器。本发明实施例对偏振分束单元2024的具体结构不进行限定，只要偏振分束单元能够将包括两个偏振状态的光分量的光束分解为具有具有第一偏振状态的光和具有第二偏振状态的光即可。
当然，结合图6，如图7所示，本发明实施例提供的微环调制器还可以在偏振分束单元2024之前设置光环形器203，在光环形器203之前设置有输入光纤204，其中，输入光纤204用于将第一光束传播至光环形器203，该光环形器203具有三个端口，分别为第一输入端口，第二输入端口以及第一输出端口，其中，第一输入端口用于接收输入光纤204传播的第一光束，第二输入端口用于将该第一光束传播至偏振分束单元2024，偏振分束单元2024用于将第一光束分解为具有第一偏振状态的光和具有第二偏振状态的光，即图7中所示的X偏振状态光分量和Y偏振状态光分量。
具体的，如图7所示的微环调制器的调制原理为：示例性的，本发明实施例中的第一光束包括X偏振状态的光分量以及Y偏振状态的光分量，具体的，第一光束通过输入光纤204传播至光环形器203的第一输入端口，然后通过光环形器203的第二输入端口传播至偏振分束单元2024，偏振分束单元2024将第一光束分解为X偏振状态的光分量以及Y偏振状态的光分量，如图7所示，Y偏振状态的光分量向下传播至第二波导2023的第一端口，通过第二波导2023的第一端口在第二波导2023中传播(即图7中所示的位于第二波导下方且箭头向右的光信号)，直至传播至与该第一光束的波长谐振的第三微环20213处，被第三微环20213耦合，在第三微环20213中逆时针传播(即逆时针传播传播的为Y偏振状态的光分量)并加载调制信号，然后到从第一波导2022处被耦合出来(即图7中所示的位于第一波导上方且箭头向左的光信号)，同时，X偏振状态的光分量向上传播至第一波导2022的第一端口，通过第一波导2022的一端在第一波导2022中传播(即图7中所示的位于第一波导下方且箭头向右的光信号)，直至传播至与该第一光束的波长谐振的第三微环20213处，被第三微环20213耦合，在第三微环20213中顺时针传播并加载调制信号，然后到从第二波导2023处被耦合出来(即图7中所示的位于第二波导上方且箭头向左的光信号)，从第一波导2022耦合出的已加载调制信号的Y偏振状态的光分量和从第二波导2023耦合出的已加载调制信号的X偏振状态的光分量被传播至偏振分束单元2024中，由于光路可逆，已加载调制信号的X偏振状态的光分量和已加载调制信号的Y偏振状态的光分量在偏振分束单元2024中合为第一光束，并通过光环形器203的第一输出端口传播出去，由此，便可以通过本发明实施例提供的微环调制器实现与偏振无关的多波长调制。
可选的，本发明实施例的微环调制阵列中的第一波导2022和第二波导2023之间设置的微环调制阵列中的至少两个调制单元采用一字型排布方式，如图5、图6以及图7所示的结构，也即该微环调制阵列中的所有调制单元呈“一”字排列，每相邻两个调制单元之间存在间隔，且每个调制单元距离第一波导的间距和该调制单元距离第二波导的间距相等。
当然，为了减小微环调制器的体积，本发明实施例中的第一波导2022和第二波导2023均包括第一水平部，第二水平部以及垂直部；其中，第一水平部和第二水平部平行设置，垂直部与第一水平部和第二水平部的末端连接，且与第一水平部和所述第二水平部垂直；其中，第一波导的第一水平部和第二波导2023的第一水平部相对设置，第一波导2022的垂直部和第二波导2023的垂直部相对设置，第一波导2022的第二水平部和第二波导2023的第二水平部相对设置；第一波导的第一水平部和第二波导的第一水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元；第一波导的第二水平部和第二波导的第二水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元。
示例性的，如图8所示，本发明实施例在第一波导的第一水平部和第二波导的第一水平部之间放置有三个间隔设置的微环，在第一波导的第二水平部和第二波导的第二水平部之间放置有三个间隔设置的微环。其中，任一一个调制单元距离第一波导第一水平部的距离和该调制单元距离第二波导第一水平部的距离相等，任一一个调制单元距离第一波导第二水平部的距离和该调制单元距离第二波导第二水平部的距离相等。
其中，本发明实施例中的第一波导2022、第二波导2023的第一水平部、第二水平部和垂直部均由一个波导弯折形成，也即将该第一波导和第二波导弯折，使的弯折后的第一波导2022和第二波2023导形成形状，即包含第一水平部和第二水平部以及与第一水平部和第二水平部垂直的垂直部，或者，弯折后的第一波导和第二波导形成形状，即包含第一垂直部和第二垂直部以及与所述第一垂直部和第二垂直部垂直的水平部。
需要说明的是，本发明实施例中也可以在图8所示的结构中在第一波导和第二波导的垂直部设置至少一个间隔设置的调制单元，该任意一个调制单元距离第一波导垂直部之间的距离和该调制单元距离第二波导垂直部之间的距离相等。
其中，当微环调制阵列中包括至少两个或两个以上的调制单元时，本发明实施例中以包括第一水平部、第二水平部以及与第一水平部和第二水平部垂直的垂直部为例的排列方式为例进行说明，其中一部分调制单元间隔分布于第一波导和第二波导的第一水平部之间，另一部分调制单元间隔分布于第一波导和第二波导的第二水平部，其中，第一水平部中第一波导与一个调制单元之间的间距和第二波导与该调制单元之间的间距相等，但是位于第一水平部中两个或两个以上的调制单元分别距离第一波导的间距可以相等也可以不相等相等。需要。需要说明的是，位于第二水平部中的间隔设置有至少一个调制单元，且位于第二水平部中的每相邻两个调制单元之间的间隔与位于第一水平部中的每相邻两个调制单元之间的间隔可以相等也可以不相等，同时，第二水平部中第一波导和任意一个调制单元之间的间距与该调制单元与第二波导之间的间距相等。第一水平部中的任意一个调制单元与第一水平部的第一波导之间的间距和第二水平部中的任意一个调制单元与第二水平部的第一波导之间的间距可以相等，也可以不相等。
如图9所示，本发明实施例中的任意一个微环可以采用多个微环级联而成，如图9所示，在图9所示的结构中，任意一个微环为三个微环级联的形式，这样做可以一方面增加调制带宽，另一方面可以优化不同通道的串扰，增强多波长(偏振无关)调制器的性能。
在调制过程中，由于温度的影响可能存在某些微环的谐振波长存在漂移，因此，为了对可能存在漂移的谐振波长进行稳频，以降低调制器对环境、制作工艺的敏感性，如图10所示，本发明实施例中在每个微环上设置有热光稳频部分，该热光稳频部分一方面可以利用热光效应(是指材料折射率随温度变化的现象，与前面提到的载流子色散效应一致)来调节微环的谐振波长，另一方面，用于在对光信号调制前，用于将可能存在的漂移的谐振波长进行稳频用于降低调制器对环境、制作工艺的敏感性。
本发明实施例在每个微环上设置有稳频单元，用于调节每个微环对应的谐振波长。
示例性的，如图10所示，该稳频单元包括导线和加热电阻丝，其中，加热电阻丝位于稳频单元对应的微环的一侧，导线与加热电阻丝电连接，导线与电源连接，该导线用于通过导线加热加热电阻丝，该加热电阻丝，用于通过热传导方式控制微环温度，以调节微环的谐振波长。
如图11所示，本发明实施例中的第一波导2022和第二波导2023还具有第二端口，其中，第一波导2022的第二端口为远离第一波导2022的第一端口的一端，第二波导2023的第二端口为远离第一波导2022的第一端口的一端，第一波导2022的第二端口和第二波导2023的第二端口相对设置；在第一波导2022和第二波导2023的第二端口分别设置有吸收器205，吸收器205用于吸收未被调制的光信号。
由于一束光信号中可能会存在多种波长的光分量，光分量的波长与调制器中微环的谐振波长一致的光分量将进入微环中，并被微环调制，而光分量的波长在调制器中没有找到相应的用于调制其的微环时，该光分量将沿着第一波导输出，因此在第一波导和第二波导的第二端口设置吸收器用于吸收未被调制的光能量。
由于在实际工作中，多波长微环调制器的工作波长范围很难做到覆盖几百纳米，例如从1300～1700波长，因此，可以采用如图12所示的超宽带调制器，该超宽带调制器包括光环形器901、设置在该光环形器901后方的色散元件902以及设置在色散元件902后方的调制器阵列903；
该调制器阵列包括至少两个并联的如上述所描述的微环调制器9031；
其中，光环形器901，用于接收输入光，以及将输入光传播至色散元件902；
色散元件902，用于将输入光分为不同波长的光信号，以及将不同波长的光信号传播至调制器阵列903；
一个微环调制器，用于对输入该微环调制器中的光信号进行调制。
示例性的，色散元件902采用AWG(Arrayed Waveguide Grating，阵列波导光栅)。
如图13所示，本发明实施例提供一种调制系统，包括：服务器机架1201、上述描述的微环调制器1202以及光环形器1203；服务器机架包括至少一个服务器，
光环形器1203，用于接收光信号以及将光信号传导至微环调制器1202；
其中，该光信号可以为梳状光源。
微环调制器1202，与至少一个服务器中的每个服务器相连，用于接收每个服务器输出的调制信号；以及将每个服务器输出的调制信号加载在输入该微环调制器的光信号上，获取加载后的光信号，以及将所述加载后的光信号通过光环形器1203传递至接收机。
具体的，微环调制器1202中一个微环与一个服务器电相连，该服务器通过高速电缆用于为与其连接的微环提供调制信号，当与微环谐振的光信号被耦合至微环中时，微环调制器将该调制信号加载到被耦合至该微环的光信号上。
其中，机架上每台服务器和该微环调制器用高速电缆连接。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质是非短暂性(英文：non-transitory)介质，包括：快闪存储器、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种微环调制器，其特征在于，包括：衬底层、位于所述衬底层上方的波导层；
所述衬底层，用于支撑所述波导层；
所述波导层包括微环调制阵列以及位于所述微环调制阵列两侧的第一波导和第二波导，其中，所述第一波导和所述第二波导对称设置；
所述微环调制阵列包括位于同一个平面的至少两个调制单元，每个所述调制单元对应一个谐振波长，不同的调制单元对应不同的谐振波长，每个调制单元与第一波导和第二波导之间均存在间距，同一个调制单元与第一波导之间的间距和该调制单元与第二波导之间的间距相等；任一所述调制单元，用于调制与该调制单元对应的波长谐振的光信号的强度；
所述第一波导用于输入光信号，所述第二波导用于输出经过每个所述调制单元调制后的光信号。
2.根据权利要求1所述的微环调制器，其特征在于，所述第一波导和所述第二波导具有第一端口，所述第一端口用于输入/输出光信号，所述第一波导的第一端口和所述第二波导的第一端口相对设置；所述微环调制器还包括偏振分束单元，所述偏振分束单元与所述第一波导和所述第二波导的第一端口相连，用于将传播至所述偏振分束单元的第一光束分解为具有第一偏振状态的光和具有第二偏振状态的光，以及将所述第一偏振状态的光从第一波导的第一端口输入至所述第一波导，将所述第二偏振状态的光从第二波导的第一端口输入至所述第二波导，其中，所述第一光束包括两个偏振状态的光分量。
3.根据权利要求2所述的微环调制器，其特征在于，所述偏振分束单元还用于接收经所述第一波导的第一端口输出的已经调制的第二偏振状态的光；以及接收经所述第二波导的第一端口输出的已经调制的第一偏振状态的光；以及将所述已经调制的第二偏振状态的光和所述已经调制的第一偏振状态的光合成第一光束。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的微环调制器，其特征在于，所述调制单元包括微环，所述微环具有PIN调制结构。
5.根据权利要求4所述的微环调制器，其特征在于，在每个所述微环上设置有稳频单元，用于调节每个所述微环对应的谐振波长。
6.根据权利要求5所述的微环调制器，其特征在于，所述稳频单元包括导线和加热电阻丝；
其中，所述加热电阻丝位于所述稳频单元对应的微环的一侧，所述导线与所述加热电阻丝电连接，所述加热电阻丝，用于通过热传导方式控制微环温度，以调节微环的谐振波长。
7.根据权利要求1-6任一项所述的微环调制器，其特征在于，所述第一波导和所述第二波导之间设置的微环调制阵列中的至少两个调制单元采用一字型排布方式。
8.根据权利要求1-6任一项所述的微环调制器，其特征在于，所述第一波导和所述第二波导均包括第一水平部，第二水平部以及垂直部；其中，所述第一水平部和所述第二水平部平行设置，所述垂直部与所述第一水平部和所述第二水平部的末端连接，且与所述第一水平部和所述第二水平部垂直；
其中，所述第一波导的第一水平部和所述第二波导的第一水平部相对设置，所述第一波导的垂直部和所述第二波导的垂直部相对设置，所述第一波导的第二水平部和所述第二波导的第二水平部相对设置；
所述第一波导的第一水平部和所述第二波导的第一水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元；所述第一波导的第二水平部和所述第二波导的第二水平部之间用于设置呈一字型排列的至少一个调制单元。
9.根据权利要求2-8任一项所述的微环调制器，其特征在于，所述第一波导和所述第二波导还具有第二端口，所述第一波导的第二端口和所述第二波导的第二端口相对设置；
在所述第一波导和所述第二波导的第二端口处分别设置有吸收器，所述吸收器用于吸收未被调制的光信号。
10.一种超宽带调制器，其特征在于，包括光环形器、设置在所述光环形器后方的色散元件以及设置在所述色散元件后方的调制器阵列；
所述调制器阵列包括至少两个并联的如权利要求2-9任一项所述的微环调制器；
所述光环形器，用于接收输入光，以及将所述输入光传播至所述色散元件；
所述色散元件，用于将所述输入光分为不同波长的光信号，以及将所述不同波长的光信号传播至所述调制器阵列；
一个所述微环调制器，用于对输入所述微环调制器中的光信号进行调制。
11.一种调制系统，其特征在于，包括：服务器机架、权利要求1-9任意一项所述的微环调制器以及光环形器；所述服务器机架包括至少一个服务器，
所述光环形器，用于接收光信号以及将所述光信号传导至所述微环调制器；
所述微环调制器，与所述至少一个服务器中的每个所述服务器相连，用于接收每个所述服务器输出的调制信号；以及将每个所述服务器输出的调制信号加载在输入所述微环调制器的光信号上，获取加载后的光信号，以及将所述加载后的光信号通过所述光环形器传递至接收机。
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