[发明专利]基于硅基自耦合光波导的高速高阶光微分器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的器件，具体是一种基于硅基自耦合光波导的高速高阶光微分器。

背景技术

随着通信和计算机技术的迅猛发展，对信息处理速率的要求越来越高，由于电子器件的处理带宽受到摩尔定律的限制，在电域进行实时信息处理的速率已接近极限。针对以上问题，一种有效的解决方案是在光域实现超高速信号的实时处理。光信息处理凭借其带宽优势在超高速信息处理领域具有显著优势，其中光微分器就是一种重要的光学信号处理器件。光微分器是一种能够在光域对光信号进行时间导数运算的全光计算器件，广泛应用于超快全光信息处理和计算、光脉冲整型和编码以及超宽带微波信号处理等领域。同时，片上大规模集成正成为光处理器的发展趋势，绝缘体上硅结构(SOI)为光处理器的片上集成提供了一个良好的平台。基于硅基微环的光时域微分器尺寸小、结构紧密利于集成，这样的特点更加符合光处理器高带宽、低损耗和易集成的市场需求。由于绝缘体上硅结构的光时域微分器有着以上诸多优点，这类结构的光微分器有着较好的发展和应用前景。

在光脉冲整型和模拟信号处理中，高阶时域微分器具有十分重要的意义和广泛的应用。经过对现有技术的文献检索发现，李明等人2009年发表在Optics Express第17卷22期的论文“Arbitrary‐order all‐fiber temporal differentiator based on a fiber Bragg grating:design and experimental demonstration”(基于光纤布拉格光栅的任意阶全光时域微分器的设计和实验演示)，该论文通过设计一种特殊的光纤布拉格光栅(FBG)，利用分离层剥离(DLP)方法控制其幅频和相频响应，从而实现全光时域微分器的功能。该方案的不足之处在于器件材料为光纤，尺寸较大，长度为毫米量级，不适于大规模生产和集成。

2011年5月，华中科技大学董建绩等人在IEEE Photonics Journal第3卷6期发表的论文“Arbitrary‐order bandwidth‐tunable temporal differentiator using a programmable optical pulse shaper”，提出了基于可编程光脉冲整型器光时域微分器的方案。该微分器的核心器件是可编程光脉冲整型器，通过对该光脉冲整型器设置适当的程序使其传输函数符合N阶时域微分的传输特性，从而实现任意阶光时域微分。该微分器实验演示的处理速率为20Gb/s的信号，平均差错因子为15％左右。

进一步的论文检索发现，华中科技大学张新亮课题组2013年发表在Optics Letters第38卷5期的论文“High‐order photonic differentiator employing on‐chip cascaded microring resonators”，该论文采用级联微环谐振器(MRRs)实现了片上集成的高阶时域光微分器。该器件实验演示的二、三阶微分处理速率为5Gb/s。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于硅基自耦合光波导的高速高阶光微分器，其二、四阶光微分计算的处理速率可达40Gb/s，发明结构简单、易于集成，能够用于集成的全光信息处理系统中。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次连接的待处理信号发生器、硅基自耦合光波导微分器。

所述的待处理信号发生器包括：可调激光器、电信号发生器和电光调制器，其中：用来产生连续光的可调激光器的输出端口与电光调制器的输入端口相连接，用于将电信号调制到光信号上并产生待处理高速光信号的电信号发生器的输出端口与电光调制器的射频输入端口相连接。

所述的硅基自耦合光波导微分器通过多级级联的自耦合光波导(Self‐Coupled Optical Waveguide，SCOW)实现高阶光时域微分，在每级SCOW的谐振腔内，两种模式的光以相反的方向传播，从而引起透射谱发生谐振模式分裂。当耦合区域耦合强度较弱时，SCOW透射谱上的分裂凹陷滤波相比于单个微环谐振腔具有更大的带宽，这使得该微分器的处理速率增加，也降低了SCOW级联时谐振波长对准的困难。