[发明专利]一种基于微环谐振器的二位光学译码器

说明书

技术领域

本发明涉及光学译码器技术领域，尤其涉及一种基于微环谐振器的二位光学译码器，该器件特别适用于将来的光子计算机和光通信网络中。

背景技术

现有的计算机是由电子来传递和处理信息的。随着半导体工艺技术的进步，芯片上晶体管的尺寸越来越小，可集成的晶体管数目越来越多。这样，CPU可以获得更高的主频，但是，更高主频带来的最严重问题是功耗急剧上升，而且漏电与散热问题无法解决。从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体已不能满足人们对计算机更快的处理速度的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。这也就是说用集成电路方式实现的微处理器的发展，已经难以继续沿着摩尔定律指出的路线走下去。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储，从而光子计算机表现出更优越的性能，引起了越来越多的科研人员的注意。在光子计算机中，用光学方式实现信息处理的最大优点是并行性高，数据吞吐量大——这是由光的物理属性决定的。光子计算机可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

光学译码器是光子计算机中必不可少的元件，它将代表不同地址的代码译成相应的光学片选信号。传统的中规模集成电路译码器一般是采用门电路结构(如3-8线译码器)，这种传统的译码器由于是用多个门电路级联而成，其在功耗、延时、体积等方面都存在很大的弊端。本发明提出的光学译码器工作时每个微环谐振器相当于一个选择开关，功耗相对较低。在延时方面，光学译码器所有的输入都是并行的，每一个输入元素相互独立，最终结果在光域中以光强的形式表示出来，这样带来的延时很小，可以忽略不计。光学译码器结构简单而且可以采用现代的工艺技术进行大规模集成化生产，从而使其集成密度很高，单个器件的体积较小。

基于集成光学的译码器易于实现大规模集成、功耗较低、体积小、延时小、速度快，在不久的将来可能在光子计算机中的高性能处理单元中发挥着重要作用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种基于微环谐振器的二位光学译码器，以解决传统电学译码器中的速度瓶颈、功耗、门延时以及由门延时而带来的竞争与冒险等问题，以期望在将来的光子计算机及光计算中发挥重要作用的目的，并利用现代的工艺技术以保持器件的小体积、低功耗及低成本。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于微环谐振器的二位光学译码器，该光学译码器由两个不同结构的微环谐振器实现，其中输入是两个待译码的电信号和一个处于工作波长处的连续光信号，输出的结果是对电学信号译码后的光信号。

上述方案中，该光学译码器采用绝缘体上硅材料制备，基本单元为带热调制机构或电调制机构的微环谐振器。在信号传输速率(兆量级以下)要求不高的情况下，一般采用热调制。热调制在工艺上易于实现。在高速(吉量级)传输系统需要采用电调制，但是，相比于热调制，电调制的工艺稍微复杂。

上述方案中，所述微环谐振器包括两种不同结构的微环谐振器：第一种，由两个相互平行的直波导和一个环形波导构成的微环谐振器；第二种，由三个互不交叉的直波导和一个环形波导构成的具有三个耦合区的微环谐振器，这两种结构的微环谐振器中的环形波导和相应的直波导之间都有一预定的耦合距离。这种结构没有波导交叉出现从而避免了信号间的串扰，提高了微环谐振器的性能，而且这种结构还有利于实现多个微环的级联以便实现更为复杂的功能。

上述方案中，该光学译码器实现电信号到光信号的译码过程是：器件有一个端口输入特定波长的连续激光(该波长成为工作波长)，假定两个微环都是加高电平(逻辑‘1’)时微环谐振器处于谐振状态，连续光波被微环谐振器下载，光波在下载端输出；两个微环加低电平(逻辑‘0’)时微环谐振器不谐振，光波在直通端输出。这样我们就在器件的四个光信号输出端得到一个与加在两个微环上的调制电信号序列相对应的光信号序列，电信号序列有四种不同的状态(由于是两个电信号，分别用‘0’和‘1’表示电信号的高低电平，则二位电信号共有四种不同的状态即00，01，10，11)输出的光信号也有四种不同的状态与之一一对应(光学输出端有光输出用逻辑‘1’表示，无光输出用逻辑‘0’表示，则在光学输出端共有四种不同的状态分别是1000，0100，0010，0001)从而完成了电学信号到光学信号的译码功能，这也正是本发明的目的所在。