[发明专利]一种硅基耦合波导的可调光延时线及调控光延时方法

说明书

本发明公开了一种硅基耦合波导的可调光延时线，包括在SOI衬底上表面设置的跑道型硅波导结构、输入和输出波导以及延时调控部分。通过耦合波原理即两条平行相邻、各种参数相同，而且几乎无损耗的耦合波导中，若相位匹配，能量交换可达99.9％。两根波导相互耦合后光信号可在多环跑道型结构中持续传输,从而产生光延时效果。利用相变材料GST的特性实现光延时时间的调控。本可调光延时线在结构紧凑的前提下仍能使输出的带宽较大，更有利于集成化；损耗仅为2.96dB，延时时间达到58.8ps，且可根据需求可实现多级调控，整体尺寸仅0.006mm²。

技术领域

本发明属于硅基光子学领域，具体涉及一种硅基耦合波导的可调光延时线及光延时方法。

背景技术

硅基光子器件是近年来的研究热点，而光信号的延时是时域光信号处理中的基本功能。光子不能被存储，因此光缓存实现的方法是使光信号在导光介质中延时一段时间。“光缓存”可以从两方面着手：一是减慢光的传播速度；另一方面是延长光传输路径。目前提出的全光缓存器两大类：一类是慢光型全光缓存器；另一类是光纤延迟线或光纤环型全光缓存器。而EIT技术是利用量子相干效应消除电磁波传播过程中的介质影响,实验系统复杂,成本昂贵,且在室温下难以实现。基于以上我们采用光延时线进行光缓存，提供一种多环跑道型结构能够使输入的光信号产生更高延时精度的延时量，同时减少输入光的损耗，增大带宽同时实现多级不同延时时间的调控功能。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅基耦合波导的可调光延时线，实现体积微小、低损耗、宽的工作带宽的可调控光延时线。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种硅基耦合波导的可调光延时线，包括跑道型硅波导结构，该所述跑道型硅波导结构具有输入端和至少一个输出端，该跑道型波导结构还包括平行设置的第一主道和第二主道，分别设置在所述第一主道和第二主道两侧的第一弯道和第二弯道，以及多个设置在所述第一主道和第二主道之间的弯曲耦合波导，其中，所述第一主道和第二主道包括多个宽度不同的波导且相邻的波导宽度相差1级，所述第一弯道两端连接在第一主道和第二主道上，所述第二弯道一端连接在所述第二主道上，另一端设置在能将光信号耦合传输至所述第一主道内的位置处，所述多个弯曲耦合波导的位置使得传输于所述第一主道和第二主道内的光信号能够被耦合至对应的弯曲耦合波导内并传输。

优选的，所述第一主道和第二主道上的多个不同宽度的波导沿着光信号传输方向先逐级增加，再逐级减小，其中，所述第一主道从输入端沿着光信号传输方向依次排序设置波导模式为TE0、TE1、TE2、TE3及TE4再由TE4到TE3到TE2到TE1到TE0的波导，所述第二主道从第一弯道沿着光信号传输方向依次排序连接波导模式为TE0、TE1、TE2、及TE3再由TE3到TE2到TE1到TE0的波导。

优选的，所述多个弯曲耦合波导的数量为6个，该6个弯曲耦合波导都是以TE0模式传输光信号，每个所述弯曲耦合波导与第一主道和第二主道上的各自一个波导发生耦合。

优选的，所述每个弯曲耦合波导的耦合端与所述第一主道和第二主道之间的间距在耦合作用范围内。

优选的，所述每个弯曲耦合波导的耦合端长度满足光信号在两靠近波导间发生耦合的耦合长度公式。

优选的，所述弯曲耦合波导和所述第一主道和第二主道上的各个波导中具有不同色散曲线的TE波模式，且色散曲线在相位匹配的波长节点处相交。

优选的，所述跑道型硅波导结构制作在SOI衬底上，且该跑道型硅波导结构中的各个波导均为脊型波导。

优选的，还包括至少1个输出端，所述输出端上设有相变开关，所述相变开关在电压激发下将所在波导上的光信号导出。

优选的，所述输出端为4个，对应所述4个输出端设有4个相变开关，所述4个相变开关的位置满足光在所述可调光延时线上分别跑满1圈、2圈、3圈和4圈的位置。