[发明专利]基于光相控阵的硅基集成光学可调延时线

说明书

一种基于光相控阵的硅基集成光学可调延时线，依次包括：光相控阵发射单元，平板波导传输单元，光相控阵接收单元。利用光相控发射单元，通过移相器调控通道间的相位差，改变远场干涉光斑，形成具有方向性的波束从而调控光信号进入平板波导中的入射角度，进而改变光信号的传播路径长度，最终通过相对应的光相控阵接收单元接收光信号得到不同的延时量。具体而言，本发明能够实现大的可调延时量，具有结构与控制简单、集成度高等优点，在光通信、微波光子和信号处理等方面具有很高的应用价值。

技术领域

本发明是属于光延迟/光缓存领域。通过将光相控阵发射和接收单元与传输波导结合起来，借助光相控阵形成角度可调的光路，在波导中多次全反射传输获得不同的延时量，从而实现集成可调光延时线。

背景技术

数据缓存是光通信网络中的一个关键单元，它可以避免信道网络冲突问题，提高网络节点的吞吐量，从而降低丢包率。在下一代全光交换网络(如分组交换)中对数据缓存的性能指标要求更高。早期的全光交换网络利用电学随机读取存储器(RAM，random-accessmemory，)来存取信息，此方法的光交换速度受限于电RAM的读取速度，同时该方案必须通过光电光转换，使得系统较为复杂，系统的电学功耗也比较大。于是，人们开始思考是否可以不经过光电光的转换，直接在光学系统中完成数据缓存的功能，遗憾的是尚未有成熟可行的光学存储方案或者器件，因此现有的针对数据缓存以及同步功能的光学系统均是依靠各种可调光学延迟线实现的。

调节器件的延时量共有三种方法：

1)改变介质的有效折射率；

2)改变介质有效折射率的色散，也就是调节群折射率；

3)改变介质的长度；

第一种方法的局限性比较大，因为介质的有效折射率与器件材料折射率以及波导结构有关，一般可改变的范围很小，并且在选择介质时还应考虑材料本身的光学吸收损耗，因此这种方法几乎不被采用。

第二种方法的可调性最好，可以实现连续调节，利用材料的电光效应、热光效应或者载流子色散效应等原理，可以实现材料色散或者波导色散，但该种方法也有局限，较大的色散往往伴随着信号的失真，限制了器件的工作带宽，不利于高速系统中的应用，因此该方法所实现的延时调节范围往往较小。

第三种方法最直接，可以不受限于介质的材料特性。但是，由于延时量与波导长度成正比，由于损耗、系统复杂度等问题，在实际应用中器件的尺寸不可能无限增大，需要通过合理的设计使得器件的延时调节范围、损耗等性能最优化。该类方法的动态调节一般依靠光开关等器件进行选路，因此如何实现高性能的光开关也是需要考虑的难点之一。

鉴于上述三种光延迟方式存在的弊端，在此提出一种用光相控阵(OPA，OpticalPhased Array)产生角度可调的光束，进而在波导中按照不同路径进行传输，从而实现光信号延时量的灵活调节。

发明内容

针对上述现有实现方案中存在的缺陷，本发明提供一种基于光相控阵的集成光学可调延时线。利用光相控阵波束成型形成具有方向性的波束，调控光信号进入波导中的入射角度，能改变光信号的传播路径，最终得到不同的延时量。具体而言，本发明能够实现大的可调延时量，具有结构与控制简单、集成度高、调节灵活等优点，在光通信、微波光子以及光信号处理中具有极高的应用价值。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种基于光相控阵的集成光学可调延时线，其特征在于，该集成光学可调延时线包括光相控阵发射单元，平板波导传输单元，光相控阵接收单元；所述的光相控阵发射/接收单元包括但不限于耦合器、分光器、移相器、波导阵列天线等结构。