CN117271951A - 一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器 - Google Patents
一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及光信号处理领域，具体涉及一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器。本发明通过将同一谐振器中两个模式的相互作用关系映射为两个一阶ODE求解器的级联，从而实现基于单个器件的二阶ODE求解器；利用光学游标效应，在某一谐振波长处实现两个模式的对准，通过控制输入光脉冲的中心波长位于或不位于模式对准处的波长，add‑drop型DMDR可以实现常系数或复系数二阶ODE求解。本发明仅采用单个微盘器件实现二阶ODE求解，其设计简单且大幅减小芯片面积开销，可以实现常系数或复系数二阶ODE求解。此外，由于整个器件是无源的，因此可以低功耗地实现复系数可调的二阶ODE求解，其功耗仅取决于输入激光器的调节功耗。
Description
技术领域
本发明涉及光信号处理领域，具体涉及一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器。
背景技术
常微分方程(Ordinary Differential Equation，ODE)是一种用来描述基本物理现象以及自然规律的数学语言，其广泛应用于几乎所有的科学和工程领域中，如物理学、化学、社会学、生态学及医学。常微分方程主要可分为两种，一种是常系数常微分方程。它是信号处理系统、控制系统、电气系统等动态变化系统中的经典模型。另一种是复系数常微分方程，通常应用在复值动力学系统、复线性量子系统等领域。此外，一阶ODE只适用于一些简单的应用场景，而二阶ODE可以描述更复杂的物理现象或工程问题，并提供丰富的解空间和应用场景。一些常见的实际问题，如机械系统中的弹簧振动、电路中的振荡现象、天体运动中的行星轨道等，通常都需要使用二阶ODE来建模和求解。因此二阶ODE具有广阔的应用前景和研究价值。
为了更好地分析二阶ODE所描述的动态系统，需要对其进行高速、低能耗的求解，以满足处理器对大量数据计算和处理的算力需求。相比于电学求解方案，全光二阶ODE求解器得益于硅光技术的优势，具有更大带宽、更低功耗以及更快处理速度。
目前，全光二阶ODE求解器的实现方式有两种。一种方式是采用级联两个全光一阶ODE求解器的方式来实现二阶ODE的求解。例如使用两个微环谐振器(MicroringResonator，MRR)进行水平或者纵向级联来实现二阶ODE求解。然而这种方式造成了成倍的面积的开销，此外，为了实现常系数二阶ODE求解，需要对这两个由MRR实现的一阶ODE求解器实现精确的谐振波长对准，这对工艺也带来了一定的挑战。另一种方式则是通过特殊设计谐振器的结构，例如Sagnac谐振器，通过在同一谐振器内实现顺时针和逆时针两个模式之间的相互作用来进行二阶ODE求解。此外，也有将单模微环改造成双模微圈的特殊设计方案。这些特殊设计的谐振器由于需要复杂的结构设计，不利于器件的迭代优化，并且尺寸相对较大。此外，目前的二阶ODE求解器都集中于对常系数二阶ODE的求解，尚未研究复系数二阶ODE求解的可行性。其次，为了实现二阶ODE的系数可调，常见的方式是采用热光或者电光调谐这样的主动调谐方式。当采用两个全光一阶ODE求解器级联的方式来实现二阶ODE的求解时，对两个器件的分别调谐会带来相当大的功耗。
发明内容
本发明旨在解决传统全光二阶ODE求解器需要两个器件级联或特殊谐振器设计、只适用于常系数二阶ODE求解以及调谐功耗过大的问题，提出了一种基于单个高Q值微盘谐振器(Microdisk Resonator，MDR)的全光二阶ODE求解器。通过利用微盘谐振器可以起振多个回音壁模式(Whispering Gallery Mode，WGM)的特性，设计出一种仅支持两种低阶模式(WGM1和WGM2)起振的add-drop型双模微盘谐振器(Dual-Modes Microdisk Resonator，DMDR)。
首先，通过将同一谐振器中两个模式的相互作用关系映射为两个一阶ODE求解器的级联，从而实现基于单个器件的二阶ODE求解器；利用光学游标效应，在某一谐振波长处实现两个模式的对准，通过控制输入光脉冲的中心波长位于或不位于模式对准处的波长，add-drop型DMDR可以实现常系数或复系数二阶ODE求解。本发明仅采用单个微盘器件实现二阶ODE求解，大幅减小芯片面积开销，且求解适用性更广，可以实现常系数或复系数二阶ODE求解。此外，由于整个器件是无源的，因此可以低功耗地实现复系数可调的二阶ODE求解，其功耗仅取决于输入激光器的调节功耗。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，包括求解模块；所述求解模块，包括由一个圆盘形波导和两根直波导组成的add-drop型双模微盘谐振器DMDR，其中两根直波导分别位于圆盘形波导的上方和下方，其中一根直波导的两端为输入端和直通端，另一根直波导的两端为下载端和上载端；两根直波导与圆盘形波导通过倏逝波形成耦合区，所述耦合区内能起振一阶径向回音壁模式WGM1和二阶径向回音壁模式WGM2，且两个模式在某一谐振波长处实现了模式对准；当调节add-drop型DMDR的输入波长与两个模式WGM1和WGM2对准处的谐振波长对齐时，所述直通端和所述下载端用于进行常系数的全光二阶常微分方程ODE的求解；当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内的某一波长时，所述直通端和所述下载端用于进行复系数的全光二阶ODE的求解。
进一步的，所述直通端求解得到包含输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果，所述下载端求解得到包含输入光脉冲信号的一阶导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果。
进一步的，所述两根直波导以及所述圆盘形波导采用绝缘体上硅波导结构，所述直波导和圆盘形波导为脊型波导。
进一步的，所述圆盘形波导的半径为7.6μm，所述直波导的宽度为0.41～0.44μm，所述耦合间隙为0.14～0.11μm，所述脊型波导的平板厚度和脊厚度均为0.1～0.12μm，且包层为二氧化硅。
进一步的，当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内的任意波长时，所述直通端和所述下载端用于进行复系数可调谐的全光二阶ODE的求解。
进一步的，还包括与所述求解模块相连的输入模块和输出模块；其中：
所述输入模块，与add-drop型DMDR垂直耦合，向所述输入端发送输入波长可调的光脉冲信号；
所述输出模块，与add-drop型DMDR垂直耦合，从所述直通端和所述下载端接收输入光脉冲信号的光脉冲信号的全光二阶ODE的求解结果，并输出求解结果的光脉冲信号的输出波形。
进一步的，所述输入模块包括可调谐窄带激光器、马赫曾德尔调制器、偏振控制器以及掺铒光纤放大器；所述可调谐窄带激光器用于发送特定波段下的连续光信号，可调谐窄带激光器的输出波长也是所述add-drop型DMDR的输入光信号的输入波长，所述马赫曾德尔调制器用于实现光脉冲信号的发放，所述偏振控制器用于将偏振态控制为TE模传输，所述掺铒光纤放大器用于对输入的光脉冲信号进行功率放大。
进一步的，所述可调谐窄带激光器发送的连续光信号的输出波长在两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内可调节，从而在所述add-drop型DMDR的直通端和下载端可以进行复系数可调谐的全光二阶ODE的求解，并且这个调节功耗取决于所述输入模块的可调谐激光器本身，因此，整个add-drop型DMDR是不消耗能耗的。
进一步的，所述输出模块，包括掺铒光纤放大器和通用光电元器件分析仪，用于接收所述求解模块的所述直通端和所述下载端输出的光脉冲信号，并进行观测求解光脉冲信号的时域波形。
本发明具有如下有益效果：
本发明提出了一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器。首先，通过微盘谐振器可以起振多个WGM的特性，设计出一种仅支持两种模式WGM1和WGM2起振的add-drop型DMDR。然后，利用add-drop型DMDR内两个模式之间的相互作用，从而实现常系数以及复系数二阶ODE求解，解决了传统的全光二阶ODE求解器采用两个级联的一阶ODE求解器或采用特殊设计的谐振器来实现二阶ODE求解时所带来的芯片面积大、结构设计复杂的问题，从而实现了更通用的、应用场景更广的二阶ODE求解，即常系数以及复系数二阶ODE求解，以及add-drop型DMDR直通端和下载端能够实现具有不同输入信号导数项的二阶ODE求解。此外，通过采用波长调谐的方式来实现二阶ODE的系数可调，避免了电光调谐和热光调谐等调谐方式的大功耗。因此，本发明所提出的结构有望实现集成化、低功耗的、功能更加复杂的全光信号处理器。
附图说明
图1为本发明实施例的基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器结构示意图；
图2为本发明实施例的add-drop型DMDR结构示意图，图2(a)表示add-drop型DMDR波导配置示意图，图2(b)表示波导横截面结构示意图；
图3为本发明实例的add-drop型DMDR的频域特性示意图，图3(a)表示DMDR的透射谱图，图3(b)-(d)表示DMDR在不同模式下微盘腔内的电场分布图；
图4为本发明一优选实施例的基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器结构示意图；
图5为本发明另一优选实施例的基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器结构示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器结构示意图，如图1所示，所述求解器包括求解模块；其中：
所述求解模块，包括由一个圆盘形波导和两根直波导组成的add-drop型双模微盘谐振器DMDR，其中两根直波导分别位于圆盘形波导的上方和下方，其中一根直波导的两端为输入端和直通端，另一根直波导的两端为下载端和上载端；两根直波导与圆盘形波导通过倏逝波形成耦合区，所述耦合区内能起振一阶径向回音壁模式WGM1和二阶径向回音壁模式WGM2，且两个模式在某一谐振波长处实现了模式对准；当调节add-drop型DMDR的输入波长与两个模式WGM1和WGM2对准处的谐振波长对齐时，所述直通端和下载端可以进行常系数的全光二阶ODE的求解；当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内某一波长时，所述直通端和下载端可以进行复系数的全光二阶ODE的求解。其中，所述直通端求解得到包含输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次的全光二阶常微分方程ODE的求解结果，所述下载端求解得到包含输入光脉冲信号的一阶导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果。
在本发明实施例中，当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内的任意波长时，随着输入波长在上述波长范围内的改变，所述直通端和所述下载端就可以进行复系数可调谐的全光二阶ODE的求解。
在本发明一些实施例中，如图2所示，图2为本发明实施例的add-drop型DMDR的结构示意图，如图2所示，展示了本发明所述求解模块由一个圆盘形波导和两根直波导组成的add-drop型DMDR的结构图。
图2(a)表示add-drop型DMDR波导配置示意图，它是由两个单模波导与一个圆盘形波导组成的谐振器结构。假设每根直波导与微盘形成的耦合区内，仅能激发一阶径向回音壁模式(WGM1)和二阶径向回音壁模式(WGM2)，从而间接构成一个3×3耦合器。
图2(b)为add-drop型DMDR的波导横截面结构示意图，采用绝缘体上硅波导结构，并且使用脊型波导。
在本发明的优选实施例中，所述圆盘形波导的半径为7.6μm，直波导宽度为0.43μm，耦合间隙为0.12μm，脊型波导的平板厚度和脊厚度均为0.11μm。包层为二氧化硅。这些参数的选择有利于两个低阶模式起振，同时抑制高阶模振荡。
可以理解的是，在本发明实施例中，所述圆盘形波导和所述直波导的尺寸还可以不限于上述尺寸，本领域技术人员可以通过有限元差分仿真计算得出相应的尺寸值，可以先通过确定圆盘形波导的半径值，再利用控制变量法确定出直波导的尺寸，以及脊型波导的平板厚度和脊厚度等。
可以理解的是，WGM1与WGM2分别由直波导模式与微盘之间的倏逝波耦合产生的，而WGM1与WGM2在通过直波导时会与直波导发生间接耦合。add-drop型DMDR的直通端和下载端相应的传递函数形式：
其中pi(i＝1,2)、qi(i＝1,2,3,4)分别是传递函数中分母和分子的系数，ω0＝2π/λ0是输入光载波信号的中心角频率，且Δω1＝ω0-ω1，Δω2＝ω0-ω2，ω1,ω2分别为两个模式的角谐振频率。传递函数的系数表达式为：
其中1/τ1,1/τ2为两个模式能量的衰减系数，μ1,μ2为两个模式分别与直波导之间的能量耦合系数，μc为两个模式之间的能量互耦合系数。通过对add-drop型DMDR的直通端和下载端相应的传递函数的分析，我们可以得到两个传递函数分别对应于两个二阶ODE：
上式中表示输入光脉冲信号x0(t)在载波角频率ω0处的复包络，而表示经过系统后的光信号y0(t)在载波角频率ω0处的复包络。这意味着add-drop型DMDR可以对输入光信号进行二阶ODE求解。
并且对于直通端而言，可以实现更一般的ODE求解，所述add-drop型DMDR的直通端求解得到包含输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果，即微分方程中包含输入信号完备的各种阶导数项。同样的，所述add-drop型DMDR的下载端求解得到包含输入光脉冲信号的一阶导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果。
图3为本发明实例的add-drop型DMDR的频域特性示意图，图3(a)表示DMDR的透射谱图，其中可以观察到WGM1和WGM2两个模式的谐振情况以及add-drop型DMDR直通端和下载端的透射谱线。此外，WGM1和WGM2在某一谐振波长处实现了模式对齐，记为WGM1&2。通过对add-drop型DMDR的透射谱线以及前面给出的传递函数的系数可以进一步分析出：该微分方程求解器还受微盘中WGM1和WGM2两个模式之间的波长或者角谐振频率失谐量影响。因此add-drop型DMDR可以推广到更通用的ODE求解。
基于上述分析，一方面，当两个模式完全对准时，即ω1＝ω2。此时若输入光信号的中心角频率ω0与其重叠，传递函数的系数的虚部全为0，只剩下实部。因此，在这种情况下能够实现二阶常系数ODE求解。另一方面，当两个模式未对准时，即ω1≠ω2，此时若输入光信号的中心角频率ω0∈[ω1,ω2]，传递函数的系数的虚部不为0，在这种情况下能够实现二阶复系数ODE求解。
因此，对于这样一个模式对准的add-drop型DMDR而言，通过控制输入光载波信号的中心频率，可以实现二阶常系数/复系数ODE求解，也即是当调节所述输入模块的可调谐激光器的输出波长与add-drop型DMDR的两个模式WGM1和WGM2对准处的谐振波长对齐时，所述add-drop型DMDR可以对输入光脉冲信号进行常系数全光二阶ODE求解；当调节所述输入模块的可调窄带谐激光器的输出波长位于add-drop型DMDR的两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内时，add-drop型DMDR可以对输入光脉冲信号进行复系数全光二阶ODE求解，从而可以应用到更一般的场景中。此外，所述直通端和所述下载端求解得到包含输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果可以实现可调谐的复系数二阶ODE求解，即只需在add-drop型DMDR的两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内对可调谐窄带激光器的输出波长进行调节，并且这个调节功耗取决于激光器本身，整个add-drop型DMDR是不消耗能耗的。图3(b)-(d)表示add-drop型DMDR在不同模式下微盘腔内的电场分布图，其中图3(b)可以看到WGM1的电场分布只有一个径向模式，电场主要分布在微盘腔边缘。图3(c)可以看到WGM2的电场分布有两个径向模式，并且电场主要集中在微盘腔内部。图3(d)可以看到WGM1和WGM2两个模式在对准过程中产生的WGM1&2的蛇形电场分布图案。
以下将结合图1-图3对本发明的全光二阶ODE求解器进行进一步说明。如图4所示，所述求解器还包括与所述求解模块相连的输入模块和输出模块；其中：
所述输入模块，与所述add-drop型DMDR垂直耦合，向所述输入端输入光脉冲信号，所述光脉冲信号在add-drop型DMDR中发生作用，并分别在所述直通端和所述下载端进行二阶ODE求解；在这里，所述输入模块采用垂直耦合的方式将所述输入模块引出的光纤与add-drop型DMDR进行耦合。
在本发明一些实施例中，如图5所示，所述输入模块包括可调谐窄带激光器、马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator,MZM)、偏振控制器以及掺铒光纤放大器(ErbiumDoped Fiber Amplifier,EPDA)。
其中可调谐窄带激光器用来发送特定波段下的连续光信号，这里使用通信波段C波段(1525-1560nm)，并且激光器可以实现pm量级调谐；MZM用来实现光调制脉冲的发放，这里MZM工作在正交偏置点，并产生比特率为5Gbit/s的不归零(Non-Return-to-Zero，NRZ)脉冲；在MZM前后各有一个偏振控制器，用来实现特定偏振态下的单模传输，这里偏振态控制为TE模传输；EDFA用来对输入光脉冲进行功率放大，这里EDFA同样工作在C波段，最大输出功率为26dBm。
所述输出模块，与所述add-drop型DMDR垂直耦合，从所述直通端和所述下载端接收与所述add-drop型DMDR发生作用的光脉冲信号，并输出光脉冲信号的输出波形。在这里，所述输出模块引出的光纤与add-drop型DMDR同样采用垂直耦合的方式进行耦合。
在本发明一些实施例中，如图5所示，所述输出模块包括掺铒光纤放大器和通用光电元器件分析仪。从求解模块的直通端或下载端输出的信号，通过掺铒光纤放大器对输出光脉冲的功率进行一定的放大，然后到达通用光电元器件分析仪。通过调节输入模块中的可调谐窄带激光器的输出波长，可以在通用光电元器件分析仪中观测到不同的输出波形，其对应于不同的二阶ODE求解系统的解。
下面详细阐述所提出的全光微分方程求解器工作过程。
首先由可调谐窄带激光器发出某一特定波长的连续光信号，并且该光信号波长位于光通信载波中的C波段(1525-1560nm)，激光器的可调分辨率为0.1pm，波长精度±20pm，输出线宽<200KHz。输出连续光信号由马赫曾德尔调制器进行强度调制，调制器波段同样是C波段，插损小于5dB，速率5Gbps，以产生所需的比特率为5Gbit/s的不归零NRZ脉冲。在调制器前后各有一个偏振控制器，以实现TE模式的单模传输。调制后的NRZ光脉冲信号由掺铒光纤放大器进行功率放大，掺铒光纤放大器同样是C波段，最大输出功率为26dBm。掺铒光纤放大器与add-drop型DMDR之间通过光纤跳线以及光纤垂直耦合的方式进行连接。由此，放大后的NRZ光脉冲信号经过垂直耦合区进入片上的add-drop型DMDR的输入端。
进入到add-drop型DMDR后的NRZ光脉冲信号分别从其直通端和下载端输出。此时两个端口的输出光脉冲信号即为两个端口分别对应的二阶ODE的求解结果。其中直通端对应于包含对输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次二阶ODE的求解结果，下载端对应于包含对输入光脉冲信号的一阶导数项的非齐次二阶ODE的求解结果。求解结果即为被求解的光脉冲信号，经过一个掺铒光纤放大器进行功率放大后，到达通信光电元器件分析仪，即可观察到被求解的输出光脉冲信号的时域波形。
为了实现常系数和复系数的二阶ODE求解，需要根据add-drop型DMDR的透射谱中两个模式对准和未对准区域来选择可调谐窄带激光器的输出波长。当要实现常系数二阶ODE求解时，可调谐窄带激光器的输出波长需要与add-drop型DMDR的透射谱中两个模式对准处的谐振波长对齐；当要实现复系数二阶ODE求解时，可调谐窄带激光器的输出波长需要位于add-drop型DMDR的透射谱中两个未对准模式的谐振波长之间的波长范围即可。此外，当要实现可调谐的复系数二阶ODE求解时，只需要在这个波长范围内对可调谐窄带激光器的输出波长进行调节，并且这个调节功耗取决于激光器本身，整个add-drop型DMDR是不需要消耗能耗的，因此可以大大减小传统的采用电光或热光调谐进行系数可调的二阶ODE求解的能耗。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，包括求解模块；其特征在于，
所述求解模块，包括由一个圆盘形波导和两根直波导组成的add-drop型双模微盘谐振器DMDR，其中两根直波导分别位于圆盘形波导的上方和下方，其中一根直波导的两端为输入端和直通端，另一根直波导的两端为下载端和上载端；两根直波导与圆盘形波导通过倏逝波形成耦合区，所述耦合区内能起振一阶径向回音壁模式WGM1和二阶径向回音壁模式WGM2，且两个模式在某一谐振波长处实现了模式对准；当调节add-drop型DMDR的输入波长与两个模式WGM1和WGM2对准处的谐振波长对齐时，所述直通端和所述下载端用于进行常系数的全光二阶常微分方程ODE的求解；当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内的某一波长时，所述直通端和所述下载端用于进行复系数的全光二阶ODE的求解。
2.根据权利要求1所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述直通端求解得到包含输入光脉冲信号的完备导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果，所述下载端求解得到包含输入光脉冲信号的一阶导数项的非齐次的全光二阶ODE的求解结果。
3.根据权利要求1所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，当调节add-drop型DMDR的输入波长位于两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内的任意波长时，所述直通端和所述下载端用于进行复系数可调谐的全光二阶ODE的求解。
4.根据权利要求1所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述两根直波导以及所述圆盘形波导采用绝缘体上硅波导结构，所述直波导和圆盘形波导均为脊型波导。
5.根据权利要求4所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述圆盘形波导的半径为7.6μm，所述直波导的宽度为0.41～0.44μm，所述耦合间隙为0.14～0.11μm，所述脊型波导的平板厚度和脊厚度均为0.1～0.12μm，且包层为二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，还包括与所述求解模块相连的输入模块和输出模块；其中：
所述输入模块，与add-drop型DMDR垂直耦合，向所述输入端发送输入波长可调的光脉冲信号；
所述输出模块，与add-drop型DMDR垂直耦合，从所述直通端和所述下载端接收输入光脉冲信号的全光二阶ODE的求解结果，并输出求解结果的光脉冲信号的输出波形。
7.根据权利要求6所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述输入模块包括可调谐窄带激光器、马赫曾德尔调制器、偏振控制器以及掺铒光纤放大器；所述可调谐窄带激光器用于发送特定波段下的连续光信号，可调谐窄带激光器的输出波长也即是所述add-drop型DMDR对应的输入波长，所述马赫曾德尔调制器用于实现光脉冲信号的发放，所述偏振控制器用于将偏振态控制为TE模传输，所述掺铒光纤放大器用于对输入的光脉冲信号进行功率放大。
8.根据权利要求7所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述可调谐窄带激光器发送的连续光信号的输出波长在两个模式WGM1和WGM2未对准区域的波长范围内可调节，从而在所述add-drop型DMDR的直通端和下载端进行复系数可调谐的全光二阶ODE的求解。
9.根据权利要求6所述的一种基于单个微盘谐振器的全光二阶常微分方程求解器，其特征在于，所述输出模块，包括掺铒光纤放大器和通用光电元器件分析仪，用于接收所述求解模块的所述直通端和所述下载端输出的光脉冲信号，并进行观测求解光脉冲信号的时域波形。
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