CN114019611B - 一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线，包括N个波长选择性2×2光开关单元，N≥2，其中：N个波长选择性2×2光开关单元均包括2个左侧端口及2个右侧端口；每个波长选择性2×2光开关单元包括M个偶数阶微环谐振器，M≥1；所述N个波长选择性2×2光开关单元串联连接。

Description

一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线
技术领域
本发明涉及集成光电子器件领域，尤其涉及一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线。
背景技术
光延时线是光控相控阵雷达等微波光子系统的关键单元。目前，光延时线的实现方式大体分为两类：色散型延时线和路由型延时线。色散型延时线通常采用高阶或级联微环谐振器、布拉格光栅和光子晶体等结构，通过改变器件的群速度色散特性来调节光延时量。这种方案往往插损较大、延时量难以大幅调节。路由型延时线利用2×2光开关连接不同长度的延时单元，通过光传输路径选择来实现动态真延时，插损适中、可调延时范围大、扩展性好。路由型延时线的主要缺陷在于器件面积较大，在需要多路延时的场合，如果简单地增加延时线数量，这一缺陷将愈发明显，不利于系统的集成化与小型化。
为此，本发明提供了一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线，它在不显著增加传统光延时线面积的情况下，在一路光延时线中实现对多路不同波长光信号的独立延时。
发明内容
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线，包括N个波长选择性2×2光开关单元，N≥2，其中：N个波长选择性2×2光开关单元均包括2个左侧端口及2个右侧端口；每个波长选择性2×2光开关单元包括M个偶数阶微环谐振器，M≥1，每个波长选择性2×2光开关单元中的M个偶数阶微环谐振器串联连接；所述N个波长选择性2×2光开关单元串联连接。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：还包括光延时单元，所述N个波长选择性2×2光开关单元通过光延时单元串联连接。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：所述光延时单元包括两类，数量均为N-1个；第一类光延时单元具有同样的长度D0；第二类光延时单元的长度各不相同，假设将第二类延时单元由短到长排列，那么第i个(1≤i≤N－1)第二类光延时单元的长度为D0+2(i－1)×ΔD；两类光延时单元均包括左右2个端口。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：任意相邻的2个波长选择性2×2光开关单元，位于左侧的波长选择性2×2光开关单元的2个右侧端口与位于右侧的波长选择性2×2光开关单元的与2个左侧端口之间通过2个不同类的光延时单元互相连接。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：每个偶数阶微环谐振器包括大于零的偶数个上下排列的环形波导以及分别设置在上下排列的偶数个环形波导上部和下部的2个线型波导，M个偶数阶微环谐振器的上部线型波导和下部线型波导分别首尾相连，各形成一条长线型波导。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：环形波导是圆环形波导，线型波导是直波导。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：环形波导是跑道形波导，线型波导是直波导；1个跑道形波导包括2个间隔一定距离，平行排列的直波导；2个平行排列的直波导的2个左侧端口通过1个弧形波导相连，2个平行排列的直波导的2个右侧端口也通过1个弧形波导相连。
8.根据权利要求7所述的基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其特征在于：对于任一个偶数阶微环谐振器，其中的相邻2段直波导构成耦合区，所述耦合区是偏振无关的耦合区。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中耦合区的构成包括两种情况：上部线型直波导或下部线型直波导分别和与其相邻的跑道形波导的直波导；两个相邻的跑道形波导的2段相邻直波导。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：耦合区中的两个直波导横截面为正方形，两个直波导平行排列并放置于不同的高度上，两个直波导横截面的对角线位于一条直线上。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：波长选择性2×2光开关单元还包括微环谐振器标定装置。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：微环谐振器标定装置包括探测波导和光探测器，所述探测波导与光探测器相连，且探测波导的一部分与偶数阶微环谐振器外侧的长线型波导靠近且平行。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：相邻的两个偶数阶微环谐振器之间的上部长线型波导附近和下部长线型波导附近各设有1个光电探测器，所述1个光电探测器连接有2条探测波导，每条探测波导都包括探测段和输入段，第一探测波导的探测段与长线型波导靠近且平行，且第一探测波导的探测的头部指向并靠近光电探测器左侧的偶数阶微环谐振器；第二探测波导的探测段与长线型波导靠近且平行，且第二探测波导的探测段的头部指向并靠近光电探测器右侧的偶数阶微环谐振器；第一探测波导和第二探测波导的探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：第一探测波导和第二探测波导的探测段分别与长线型波导之间构成定向耦合器。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：波长选择性2×2光开关的上部与下部长线型波导的2个左侧端口附近分别设有1个光电探测器，所述光电探测器连接有1条探测波导，探测波导包括探测段和输入段，探测段与长线型波导靠近且平行，且探测段的头部指向并靠近左侧的偶数阶微环谐振器；探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接；波长选择性2×2光开关的上部与下部长线型波导的2个右侧端口附近分别设有1个光电探测器，所述1个光电探测器连接有1条探测波导，探测波导包括探测段和输入段，探测段与长线型波导靠近且平行，且探测段的头部指向并靠近右侧的偶数阶微环谐振器；探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：探测波导的探测段与长线型波导之间构成定向耦合器。
所述基于微环谐振器的波长选择性光延时线，其中：所述定向耦合器是偏振无关的定向耦合器。
附图说明
图1为本发明提出的波长选择性光延时线的一种连接方式；
图2为基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关的典型结构，其中环形波导利用的是圆环形波导；
图3为基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关的典型结构，其中环形波导利用的是跑道形波导；
图4为实现偏振无关分光的定向耦合器结构。
图5为配置有微环谐振器标定装置的基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-5，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明提出的波长选择性光延时线包括两类组成单元：(1)编号为101至10N的相同的N个(N≥2)波长选择性2×2光开关单元。它们均有2个左侧端口及2个右侧端口。二者均可以作为输入端口与输出端口。若2个左侧端口为输入端口，则2个右侧端口为输出端口。若2个右侧端口为输入端口，则2个左侧端口为输出端口。每个波长选择性2×2光开关单元包括M个(M≥1)偶数阶微环谐振器。(2)两类光延时单元，数量均为(N－1)。编号为201至20(N－1)的为第一类光延时单元，它们具有同样的长度D0，故光波经过它们时经历的延时量是相同的。编号为301至30(N－1)的为第二类光延时单元，它们的长度各不相同，故光波经过它们时经历的延时量是不同的。若把第二类延时单元由短到长排列，那么第i个(1≤i≤N－1)第二类光延时单元的长度为D0+2(i－1)×ΔD。其中D0为大于0的任意自然数，长度为D0的波导的作用为连接其他单元，包括连接波长选择性2×2光开关单元及长度为ΔD的波导。ΔD为大于0的任意自然数，长度为ΔD的波导决定了该延时线的最小可调步进。若光波在长度为ΔD的波导中传输需要时间Δt，那么该延时线的最小可调延时步进量为Δt。上述两类光延时单元均包括左右2个端口。一般情况下ΔD和D0的单位可以是微米。
利用所述两类共(2N－2)个光延时单元，将上述N个波长选择性2×2光开关单元依次连接，形成波长选择性光延时线。图1所示是一种可行的连接方式：第一类光延时单元在下支路，第二类光延时单元在上支路，且长度逐渐递增。只要满足如下连接原则，波长选择性光延时线功能不变。这一原则是：任一波长选择性2×2光开关单元的同侧2个端口不连接同一类光延时单元。
也就是说，对于位于最外侧的两个2×2光开关单元之间的任一波长选择性2×2光开关单元，其左侧两个端口连接的是不同的两类光延时单元，右侧两个端口连接的也是不同两类光延时单元。其中，第一类光延时单元的长度为D0，第二类光延时单元的长度为D0+2(i－1)×ΔD(1≤i≤N－1)，且一种长度的第二类光延时单元在整个波长选择性延时线中必须被用一次，且只能被使用一次。这样即可实现前述波长选择性光延时功能。
图1中最左侧的波长选择性2×2光开关单元的两个端口，以及最右侧的波长选择性2×2光开关单元的两个端口，没有连接光延时单元。这四个端口中任一个均可以作为多波长信号输入的主输入端口。在某一最外侧的2×2光开关单元的两个未连接光延时单元的端口中的一个端口被确定为主输入端口后，另一最外侧的2×2光开关单元的两个未连光延时单元的端口即被确定为两个输出端口，最后一个端口(即主输入端口所在2×2光开关单元上，与主输入端口同侧的另一个端口)即被确定为从输入端口。
举例来说，若编号为401的端口被选为主输入端口，那么编号为402及404的两个端口即为输出端口，编号为403的端口为从输入端口。
若编号为403的端口被选为主输入端口，那么编号为402及404的两个端口即为输出端口，编号为401的端口为从输入端口。
若编号为402的端口被选为主输入端口，那么编号为401及403的两个端口即为输出端口，编号为404的端口为从输入端口。
若编号为404的端口被选为主输入端口，那么编号为401及403的两个端口即为输出端口，编号为402的端口为从输入端口。
从主输入端口输入的多波长信号，其中每个波长均可独立选择传输路径，并从两个输出端口中的任一个输出。因此，通过配置波长选择性光延时线中各级波长选择性2×2光开关单元中各个微环谐振器的谐振状态(对某一波长发生谐振或不发生谐振)，每个输入波长均可以经历从(N－1)×D0到(N－1)×D0+[2(N－1)－1]×ΔD之间2(N－1)种不同波导长度所带来的延时，最小延时步进为波导长度ΔD对应的延时。
延时线中共有N级波长选择性2×2光开关单元，每级波长选择性2×2光开关单元有M个偶数阶微环谐振器。每个偶数阶微环谐振器处理一个特定波长的光信号。每一级波长选择性2×2光开关单元处理M个波长。各级波长选择性2×2光开关单元处理的M个波长是相同的。举例来说，若第一级波长选择性2×2光开关单元处理1550nm、1551nm、1552nm、1553nm四个波长，那么其他各级波长选择性2×2光开关单元都处理1550nm、1551nm、1552nm、1553nm这四个波长。
延时线中N×M个偶数阶微环谐振器处理的波长数目为M，它们每一个处理一个特定波长的光信号。在所对应的特定波长光信号处，每个偶数阶微环谐振器的状态均可独立地被设置为谐振或者非谐振两种情形。全部的N×M个偶数阶微环谐振器状态的一种特定组合称为延时线的一种配置状态。在同一个配置状态下，主输入端口与从输入端口的同一波长信号的延时量是关联的，它们之和对应长度为(2N－2)×D0+[2(N－1)－1]×ΔD的波导所带来的延时。且它们分别到达两个输出端口中的一个。
举例来说，N取为7，M取为8，即7个波长选择性2×2光开关单元，每个含有8个偶数阶微环谐振器。第一类与第二类光延时单元分别为6个。若从编号为401的端口输入的波长为λ5的光经历了波导长度为6×D0+15×ΔD对应的延时，最终从编号为402的端口输出。那么在同一配置状态下，从编号为403的端口输入的波长为λ5的光将经历波导长度为6×D0+48×ΔD对应的延时，最终从编号为404的端口输出。上述两个延时量之和为长度为(2N－2)×D0+[2(N－1)－1]×ΔD＝12×D0+63×ΔD对应的延时量。上述同波长信号从两个输入端口同时输入时的互补延时，可被用于波束形成系统中，形成额外的波束分布，从而进一步减小光控波束形成系统的体积与功耗。
图2为基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关的典型结构，其中微环谐振器的环形波导利用圆环形波导构建。图2(a)中的选择性2×2光开关(111)包括4个二阶微环谐振器(211、212、213、214)。4个二阶微环谐振器的工作波长，可以有两个以上相同(相同工作波长的二阶微环谐振器可作为冗余使用，增加了系统的鲁棒性)。优选地，图2中的4个二阶微环谐振器的工作波长各不相同，分别为λ1、λ2、λ3、λ4。每个二阶微环谐振器都包括两个左侧端口和两个右侧端口，4个二阶微环谐振器串联连接。相邻两个二阶微环谐振器中，左侧谐振器的两个右侧端口，分别与右侧谐振器的两个左侧端口相连。
图2(a)中4个二阶微环谐振器(211、212、213、214)，每个均包括2个上下排列的圆环形波导以及分别设置在上下排列的2个圆环形波导上部和下部的两个线型波导，两个线型波导作为输入输出波导使用，所述线型波导优选的可以是直波导。2个圆环形波导与输入输出线型波导相邻，它们通过倏逝场发生光能量交换。每个二阶微环谐振器内相邻的环形波导之间也通过倏逝场发生光能量交换。能量交换的比例可以由相邻波导的间距控制。4个二阶微环谐振器的上部线型波导和下部线型波导分别首尾相连，各形成一条长线型波导。
图2(a)中，最外侧的2个二阶微环谐振器的4个端口(311、312、313、314)作为波长选择性2×2光开关的输入输出端口。若编号为311与313的两个端口为输入端口，则编号为312与314的两个端口为输出端口。若编号为312与314的两个端口为输入端口，则编号为311与313的两个端口为输出端口。
图2(a)中每个二阶微环谐振器在其对应的工作波长处，均有谐振与非谐振两种状态。谐振状态下，微环谐振器会切换所对应波长信号的路径，即将从上部线型波导输入的光传导到下部线型波导输出，或者将下部线型波导输入的光传导到上部线型波导输出。非谐振状态下，微环谐振器不切换所对应波长信号的路径。微环谐振器的谐振状态控制，可以通过改变环形波导的材料折射率实现。具体地，可以通过改变环形波导温度、环形波导中载流子浓度等方式实现。环形波导材料折射率的改变使得光在其中传输的有效折射率变化。若环形波导有效折射率乘以其周长等于某波长的整数倍，那么微环谐振器在该波长处谐振。若环形波导有效折射率乘以其周长不等于某波长的整数倍，那么微环谐振器在该波长处不谐振。
举例来说，对于进入图2(a)中编号为311的端口的波长为λ1的光信号，若二阶微环谐振器211处于谐振状态(环形波导有效折射率乘以其周长等于λ1的整数倍)，那么该光信号将被切换至编号为314的端口输出。在这种状态下，若从编号为313的端口也输入波长为λ1的光信号，那么它将被切换至编号为312的端口输出。对于进入图2(a)中编号为311的端口的波长为λ1的光信号，若二阶微环谐振器211处于非谐振状态(环形波导有效折射率乘以其周长不等于λ1的整数倍)，那么该光信号将传输至编号为312的端口输出。在这种状态下，若从编号为313的端口也输入波长为λ1的光信号，那么它将传输至编号为314的端口输出。
图2(a)中4个二阶微环谐振器(211、212、213、214)中的每一个，仅处理其所对应的波长信号，对其他波长的信号不予处理，直接放行。举例来说，若4个二阶微环谐振器(211、212、213、214)处理的波长各不相同，那么波长为λ1的光信号传输至212、213、214时，不会被影响(无论212、213、214在其各自对应的工作波长处谐振与否)，将继续沿着原所在线型波导传输直至输出。
图2(b)中给出的是利用圆环形波导构建的波长选择性2×2光开关的一般结构，它包括M个偶数阶微环谐振器(221至22M)。每个偶数阶微环谐振器包括偶数个上下排列的圆环形波导以及分别设置在上下排列的偶数个圆环形波导上部和下部的两个线型波导，两个线型波导作为输入输出波导使用，所述线型波导优选的可以是直波导，每个偶数阶微环谐振器中最外侧的2个圆环形波导与输入输出波导相邻，它们通过倏逝场发生光能量交换。每个偶数阶微环谐振器内部相邻的圆环形波导之间也通过倏逝场发生光能量交换。M个偶数阶微环谐振器的上部线型波导和下部线型波导分别首尾相连，各形成一条长线型波导。
图2(b)，若上部长线型波导和下部长线型波导的左端两个端口(321与323)作为波长选择性2×2光开关的输入端，则右端两个端口(322与324)作为波长选择性2×2光开关的输出端。若上部长线型波导和下部长线型波导的右端两个端口(322与324)作为波长选择性2×2光开关的输入端，则左端两个端口(321与323)作为波长选择性2×2光开关的输出端。
图2(b)中每个偶数阶微环谐振器在其对应的工作波长处，均有谐振与非谐振两种状态。谐振状态下，微环谐振器会切换所对应波长信号的路径。非谐振状态下，微环谐振器不切换所对应波长信号的路径。
举例来说，对于进入图2(b)中编号为321的端口的波长为λ2的光信号，若偶数阶微环谐振器222处于谐振状态，那么该光信号将被切换至编号为324的端口输出。在这种状态下，若从编号为323的端口也输入波长为λ2的光信号，那么它将被切换至编号为322的端口输出。对于进入图2(b)中编号为321的端口的波长为λ2的光信号，若偶数阶微环谐振器222处于非谐振状态，那么该光信号将传输至编号为322的端口输出。在这种状态下，若从编号为323的端口也输入波长为λ2的光信号，那么它将传输至编号为324的端口输出。
图2(b)中M个偶数阶微环谐振器(221至22M)中的每一个，仅处理其所对应的波长信号，对其他波长的信号不予处理，直接放行。举例来说，若M个二阶微环谐振器处理的波长各不相同，那么波长为λ2的光信号传输至223直至22M时，均不会被影响(无论它们在其各自对应的工作波长处谐振与否)，将继续沿着原所在波导传输直至输出。
图3为基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关的典型结构，其中微环谐振器的圆环形波导利用跑道形波导替代，其他结构不变。跑道型波导包括2个间隔一定距离，平行排列的直波导以及分别与2个直波导两端相连的2个弧形波导。图3(a)中的选择性2×2光开关(131)包括4个二阶微环谐振器(231、232、233、234)。4个二阶微环谐振器的工作波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4。若编号为331与333的两个端口为输入端口，则编号为332与334的两个端口为输出端口。若编号为332与334的两个端口为输入端口，则编号为331与333的两个端口为输出端口。
图3(a)中4个二阶微环谐振器(231、232、233、234)，每个均包括上下排列的2个跑道形波导。2个跑道形波导各有一段直波导与线型输入输出波导相邻，它们通过倏逝场发生光能量交换。相邻的跑道形波导之间也通过倏逝场发生光能量交换。能量交换的比例可以由相邻波导的间距及其直波导长度控制。
图3(a)中每个二阶微环谐振器在其对应的工作波长处，均有谐振与非谐振两种状态。谐振状态下，微环谐振器会切换所对应波长信号的路径。非谐振状态下，微环谐振器不切换所对应波长信号的路径。
举例来说，对于进入图3(a)中编号为331的端口的波长为λ1的光信号，若二阶微环谐振器231处于谐振状态，那么该光信号将被切换至编号为334的端口输出。在这种状态下，若从编号为333的端口也输入波长为λ1的光信号，那么它将被切换至编号为332的端口输出。对于进入图3(a)中编号为331的端口的波长为λ1的光信号，若二阶微环谐振器231处于非谐振状态，那么该光信号将传输至编号为332的端口输出。在这种状态下，若从编号为333的端口也输入波长为λ1的光信号，那么它将传输至编号为334的端口输出。
图3(a)中4个二阶微环谐振器(231、232、233、234)中的每一个，仅处理其所对应的波长信号，对其他波长的信号不予处理，直接放行。举例来说，若4个二阶微环谐振器(231、232、233、234)处理的波长各不相同，那么波长为λ1的光信号传输至232、233、234时，不会被影响(无论它们在各自对应的工作波长处是否谐振)，将继续沿着原所在波导传输直至输出。
图3(b)中给出的是利用跑道形波导构建的波长选择性2×2光开关的一般结构，它包括M个偶数阶微环谐振器(241至24M)。每个偶数阶微环谐振器包括偶数个上下排列的跑道形波导，最外侧的2个跑道形波导与线型输入输出波导相邻，它们通过倏逝场发生光能量交换。内部相邻的跑道形波导之间也通过倏逝场发生光能量交换。若编号为341与343的两个端口为输入端口，则编号为342与344的两个端口为输出端口。若编号为342与344的两个端口为输入端口，则编号为341与343的两个端口为输出端口。
图3(b)中每个偶数阶微环谐振器在其对应的工作波长处，均有谐振与非谐振两种状态。谐振状态下，微环谐振器会切换所对应波长信号的路径。非谐振状态下，微环谐振器不切换所对应波长信号的路径。
举例来说，对于进入图3(b)中编号为341的端口的波长为λ2的光信号，若偶数阶微环谐振器242处于谐振状态，那么该光信号将被切换至编号为344的端口输出。在这种状态下，若从编号为343的端口也输入波长为λ2的光信号，那么它将被切换至编号为342的端口输出。
对于进入图3(b)中编号为341的端口的波长为λ2的光信号，若偶数阶微环谐振器242处于非谐振状态，那么该光信号将传输至编号为342的端口输出。在这种状态下，若从编号为343的端口也输入波长为λ2的光信号，那么它将传输至编号为344的端口输出。
图3(b)中M个偶数阶微环谐振器(241至24M)中的每一个，仅处理其所对应的波长信号，对其他波长的信号不予处理，直接放行。举例来说，若M个偶数阶微环谐振器处理的波长各不相同，波长为λ2的光信号传输至243直至24M时，均不会被影响(无论它们在其所对应的工作波长处是否谐振)，将继续沿着原所在波导传输直至输出。
对于图3所示的任一个偶数阶微环谐振器，其中的相邻两段直波导构成耦合区，耦合区中发生能量交换的两段直波导可以通过图4所示的方式进行构建，实现偏振无关的分光。如图4(a)、(b)、(c)所示，耦合区的构成包括两种情况：1.上部线型直波导162或下部线型直波导561分别和与其相邻的跑道形波导的直波导161、562；2.两个相邻的跑道形波导的2段相邻直波导361、362。
具体地，将图4(a)、(b)、(c)所示的耦合区中的两个直波导横截面取为正方形，两个直波导平行排列并放置于不同的高度上，其相对位置达到如图4(d)所示的效果：两个正方形直波导横截面的对角线位于一条直线上，由此实际上构成了一个偏振无关的定向耦合器。
如图4(d)所示，光波在相邻的直波导151、152中有横向电场模式(TE偏振)与横向磁场模式(TM偏振)两种分布。对于图4(d)所示的定向耦合器结构，其分光效果对TE偏振与TM偏振是等效的，即分光比例一致，光波所经历的损耗、相位变化也一致。因此，图4所示的定向耦合器结构是偏振无关的。
偏振无关的定向耦合器带来的好处在于，波长选择性光延时线对输入光的偏振状态没有要求，无需调节输入激光的偏振状态，也无需使用保偏光纤进行激光的输入。这样可以降低应用本延时线的系统复杂度与控制难度，减小体积、节省成本。
利用图4所示的偏振无关的定向耦合器结构组成偏振无关的微环谐振器，进一步构建波长选择性2×2光开关单元及波长选择性光延时线，可以实现偏振无关的波长选择性延时控制。
由于工艺误差的存在，加工所得的偶数阶微环谐振器的实际谐振波长与其理想工作波长之间往往有着较大差异，因此还需要增加微环谐振器标定装置，以确定波长选择性光延时线中各个偶数阶微环谐振器的工作条件，使其在理想工作波长处工作。
图5为配置有微环谐振器标定装置的基于偶数阶微环谐振器的波长选择性2×2光开关结构示意图。所述状态标定，指的是确定波长选择性2×2光开关(171)中每一个偶数阶微环谐振器(271至27M)的控制信号与其在所对应工作波长处谐振状态的对应关系。
图5中的波长选择性2×2光开关(171)包含M个偶数阶微环谐振器(271至27M)。相邻的两个偶数阶微环谐振器之间的上部长线型波导附近和下部长线型波导附近各设有一个光电探测器(571至57(M-1)，57(M+1)至57(2M-1))。所述光电探测器连接有2条探测波导，每条探测波导都包括探测段和输入段，第一探测波导的探测段与长线型波导靠近且平行，且第一探测波导的探测段的头部指向并靠近光电探测器左侧的偶数阶微环谐振器；第二探测波导的探测段与长线型波导靠近且平行，且第二探测波导的探测段的头部指向并靠近光电探测器右侧的偶数阶微环谐振器；第一探测波导和第二探测波导的探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接。第一探测波导和第二探测波导的探测段与长线型波导之间构成定向耦合器(471至47(M-1)，471'至47(M-1)'，47(M+1)至47(2M-1)，47(M+1)'至47(2M-1)')，即探测段与长线型波导之间通过倏逝场耦合进行光能量交换。
波长选择性2×2光开关(171)的上部与下部长线型波导的2个左侧端口附近分别设有1个光电探测器(570及570')，所述1个光电探测器连接有1条探测波导，探测波导包括探测段和输入段，探测段与长线型波导靠近且平行，且探测段的头部指向并靠近左侧的偶数阶微环谐振器(271)；探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接。探测波导的探测段与长线型波导之间构成定向耦合器(470与470')，即探测段与长线型波导之间通过倏逝场耦合进行光能量交换。
波长选择性2×2光开关的上部与下部长线型波导的2个右侧端口附近分别设有1个光电探测器(57M及57(2M))，所述1个光电探测器连接有1条探测波导，探测波导包括探测段和输入段，探测段与长线型波导靠近且平行，且探测段的头部指向并靠近右侧的偶数阶微环谐振器(27M)；探测段的尾部与输入段的头部之间通过圆弧波导连接，输入段的尾部与光电探测器连接。探测波导的探测段与长线型波导之间构成定向耦合器(47M与47(2M))，即探测段与长线型波导之间通过倏逝场耦合进行光能量交换。
通过配置上述结构的微环谐振器标定装置，能够在不影响偶数阶微环谐振器的输入、输出端口可对调性的条件下实现对波长选择性2×2光开关的状态标定，为波长选择性光延长线的正常工作提供条件。
所述图5中探测波导的探测段和与之相邻的线型波导间，构成定向耦合器(470,470',471至47(2M)，471'至47(2M-1)')，通过倏逝场耦合进行光能量交换，能量交换比率由它们之间的间距及所含直波导的长度决定。由于所述定向耦合器(470,470',471至47(2M)，471'至47(2M-1)')的功能是只提取少量光作为监测信号，因此上述能量交换比例一般低于5％，这样可以减少延时线主干道的能量损失。由于定向耦合器(470,470',471至47(2M)，471'至47(2M-1)')的这种连接方式，图5中的波长选择性2×2光开关(171)的主输入端可以从371或373中选择，也可以从372与374中选择。
图5中每个偶数阶微环谐振器的标定方式如下：首先从主输入端(假设为371)输入波长为λ1的光信号，仅调节偶数阶微环谐振器271的控制信号，使得光电探测器57(M+1)中探测到的光强达到极值Pmax1，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器271处于谐振状态。仍保持该波长输入，仅调节偶数阶微环谐振器271的控制信号，使得光电探测器571中探测到的光强接近光电探测器57(M+1)前述测得的Pmax1(误差5％以内)，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器271处于非谐振状态。
标定完271的状态后，将其设置为非谐振状态，然后从主输入端(假设为371)输入波长为λ2的光信号，仅调节偶数阶微环谐振器272的控制信号，使得光电探测器57(M+2)中探测到的光强达到极值Pmax2，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器272处于谐振状态。仍保持该波长输入，仅调节偶数阶微环谐振器272的控制信号，使得光电探测器572中探测到的光强接近光电探测器57(M+2)前述测得的Pmax2(误差5％以内)，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器272处于非谐振状态。
标定完271、272的状态后，将其全部设置为非谐振状态，然后从主输入端(假设为371)输入波长为λ3的光信号，依照上述方法标定273直至27M。从371输入波长为λM的光信号来标定偶数阶微环谐振器27M时，先后使用的探测器为57(2M)与57M。
若主输入为372，图5中每个偶数阶微环谐振器的标定方式如下：首先从主输入端(假设为372)输入波长为λM的光信号，仅调节偶数阶微环谐振器27M的控制信号，使得光电探测器57(2M-1)中探测到的光强达到极值Pmax1，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器27M处于谐振状态。仍保持该波长输入，仅调节偶数阶微环谐振器27M的控制信号，使得光电探测器57(M-1)中探测到的光强接近光电探测器57(2M-1)前述测得的Pmax1(误差5％以内)，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器27M处于非谐振状态。
标定完27M的状态后，将其设置为非谐振状态，然后从主输入端(假设为372)输入波长为λ(M-1)的光信号，仅调节偶数阶微环谐振器27(M-1)的控制信号，使得光电探测器57(2M-2)中探测到的光强达到极值Pmax2，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器处于谐振状态。仍保持该波长输入，仅调节偶数阶微环谐振器27(M-1)的控制信号，使得光电探测器57(M-2)中探测到的光强接近光电探测器57(2M-2)前述测得的Pmax2(误差5％以内)，此时的控制信号使得偶数阶微环谐振器27(M-1)处于非谐振状态。
标定完偶数阶微环谐振器27M、27(M-1)的状态后，将其全部设置为非谐振状态，然后从主输入端(假设为372)输入波长为λ(M-3)的光信号，依照上述方法标定27(M-3)直至271。从372输入波长为λ1的光信号来标定偶数阶微环谐振器271时，先后所用的探测器为570'及570。
图5中环形波导利用的是圆环形波导，所述标定装置也可适用于跑道形波导。若采用跑道型波导，则可以采用图4所述的方式构建图5中的偏振无关的定向耦合器，从而整个波长选择性延时线仍可保持偏振无关特性。
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，应理解的是，以上所述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、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
本发明设计的核心在于2×2光开关单元的波长选择性，以及光延时单元的波长无关性。本发明的光延时单元可类比于光纤通信系统中的光纤，它对不同波长是透明的，无差别地进行传输。而2×2光开关单元则可类比于光纤通信系统中的路由器，它需要根据波长的不同决定其传输路径。通过本发明，能够在有限的芯片面积内，实现多波长信号的独立延时。对于应用本方案的光控波束形成系统，本方案带来的有益结果包括：更小的系统体积与功耗，更低的控制复杂度。

Claims (1)

1.一种基于微环谐振器的波长选择性光延时线，包括N个波长选择性2×2光开关单元以及2（N-1）个光延时单元，N≥2，其特征在于：N个波长选择性2×2光开关单元均包括2个左侧端口及2个右侧端口；每个波长选择性2×2光开关单元包括M个偶数阶微环谐振器，M＞1，每个波长选择性2×2光开关单元中的M个偶数阶微环谐振器的谐振波长各不相同，它们串联连接；所述N个波长选择性2×2光开关单元串联连接；所述光延时单元包括两类，数量均为N-1个；第一类光延时单元具有同样的长度D0；第二类光延时单元的长度各不相同，第i个第二类光延时单元的长度为D0+2(i－1)×ΔD，1≤i≤N－1，ΔD为最小可调步进长度；两类光延时单元均包括左右2个端口；任意相邻的2个波长选择性2×2光开关单元，位于左侧的波长选择性2×2光开关单元的2个右侧端口与位于右侧的波长选择性2×2光开关单元的2个左侧端口之间通过上述两类光延时单元互相连接。
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