基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括N個激光器、一個調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)，以及一個光電探測器，其中，該調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)包含一條干線波導(dǎo)L0、N個級聯(lián)的硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2、......MRRN)和N條彎曲波導(dǎo)(L1、L2、......LN)，N個激光器分別與N個彎曲波導(dǎo)(L1、L2、......LN)的上載端相連接，光電探測器與干線波導(dǎo)L0的直通端相連接，N為自然數(shù)。利用本發(fā)明，充分發(fā)揮硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、與CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以解決DAC過程的高速、高分辨率問題，還可以解決光學(xué)DAC的集成化和小型化問題。
【專利說明】基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光信息處理和高帶寬信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著信息化生活水平的不斷提高，人們所存在的實際物理世界和數(shù)字化信息處理的虛擬世界之間的信息交互和融合正向著多樣化、精細(xì)化和高速化的方向發(fā)展。超高速、大分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital Converter, ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-to-analog Converter,DAC)作為模擬世界和數(shù)字世界之間的橋梁,在無線通信、生物醫(yī)療、工業(yè)自動化、雷達(dá)與聲納系統(tǒng)、航空航天、衛(wèi)星通信等高帶寬信號處理領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。
[0003]傳統(tǒng)的電學(xué)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)受到量子遂穿效應(yīng)、采樣速率、孔徑抖動等因素的影響，其性能發(fā)展面臨巨大瓶頸?？紤]到光學(xué)轉(zhuǎn)換方式采樣速率高、孔徑抖動小、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，人們針對光學(xué)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)展開了一系列研究，以期打破電學(xué)轉(zhuǎn)換方式的技術(shù)限制，為超寬帶通信、高速信號發(fā)生器、全光信息處理、傳感網(wǎng)絡(luò)等高帶寬信號處理領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。在光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)方面，科研人員已經(jīng)就光學(xué)輔助型、光學(xué)采樣電學(xué)量化型、電學(xué)采樣光學(xué)量化型、全光采樣和量化型等轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行了廣泛深入的研究，逐漸形成系統(tǒng)的理論和技術(shù)體系。
[0004]相比之下，光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換方面的研究起步較晚，人們從上世紀(jì)80年代開始進(jìn)行一些有益的探索，早期的關(guān)于光學(xué)DAC的研究是英國科學(xué)家C.L.West提出的基于自由空間光學(xué)系統(tǒng)的方法，后來日本大阪大學(xué)在所設(shè)計的柱透鏡和球透鏡所形成的光學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合光柵、分束器、準(zhǔn)直器等分立光學(xué)元件，實現(xiàn)了間隔為1.65ps、分辨率為4bit的全光數(shù)模轉(zhuǎn)換器?；谧杂煽臻g的光學(xué)結(jié)構(gòu)雖然體積龐大，且轉(zhuǎn)換精度不佳，但是它作為轉(zhuǎn)換原理的雛形，為高性能的光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展指明了方向。
[0005]隨著光電子器件和光電集成技術(shù)的發(fā)展，人們對光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究日益深入。光學(xué)DAC的基本思想是將數(shù)字域的每位代碼根據(jù)權(quán)重在光域?qū)崿F(xiàn)非相干疊加。在這個基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合高速電光調(diào)制、波分復(fù)用、光延遲、光色散等技術(shù)，衍生出諸多采用分立器件實現(xiàn)光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換的方案。高速電光調(diào)制器作為光開關(guān)，是實現(xiàn)高采樣率光學(xué)DAC的重要前提。美國伊利諾伊大學(xué)和貝爾實驗室(“12.5GHz optically sampledinterference-based photonic arbitrary waveform generator，，，IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol.17，Iss.12，2005，pp.2727-2729)針對基于鈮酸鋰(LiNbO3)、磷化銦(InP)的高速馬赫曾德(Mach-Zehnder，MZ)調(diào)制器以及它們在光學(xué)DAC方面的應(yīng)用展開了研究，獲得了采樣頻率在12.56取、位數(shù)為41^〖的信號發(fā)生器。為了在低電壓條件下實現(xiàn)調(diào)制臂之間光信號的η相位反轉(zhuǎn)，調(diào)制器的長度達(dá)到17mm，對于η位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換需求，就需要采用多個調(diào)制器，再加上分立的復(fù)用器、分束器等器件后，光學(xué)DAC的體積會非常龐大，難以集成化。此外，美國加州大學(xué)和IPITEK公司(“Digital-to-analogconvers1n using electrooptic modulators，，， IEEE Photonics Technology Letters,Vol.15, Iss.1,2003, pp.117-119)、美國海軍研究實驗室(Weighted, summing, photonicdigital-to-analog converter, Electronics Letters, Vol.42, Iss.1,2006, pp.54-55)、澳大利亞莫納什大學(xué)(“Optical domain digital-to-analog converter for visiblelight communicat1ns using LED arrays，，，Vol.1, Iss.2, 2013, pp.92-95，，)、 中國清華大學(xué)(“Photonic arbitrary waveform generator based on dispers1nofmultiwavelength pulse sequence”，Optical Engineering, Vol.47, Iss.4,2008,pp.045004)等研究機(jī)構(gòu)針對基于Mach-Zehnder調(diào)制器等光開關(guān)器件、復(fù)用器和解復(fù)用器、光色散組件、LED等分立元件的光學(xué)DAC結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計和實驗。所得到的DAC實驗系統(tǒng)采樣率在80Msps至2Gsps之間，分辨率在2bit至4bit之間，但是由于均是采用的分立器件，數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的體積非常龐大。
[0006]商業(yè)化電光調(diào)制器可以實現(xiàn)較高的采樣速率，研究人員采用分立器件已經(jīng)從結(jié)構(gòu)上和原理上對光學(xué)DAC進(jìn)行了論證。然而，光學(xué)DAC的結(jié)構(gòu)必須具備可擴(kuò)展性，實現(xiàn)集成化和小型化，才能在未來的高帶寬信號處理領(lǐng)域中發(fā)揮其重要作用。因此人們在集成化的光學(xué)DAC方面做了許多努力。
[0007]文獻(xiàn)“All-optical digital-to-analog convers1n using nonlinear opticalloop mirrors，，(IEEE Photonics Technology Letters,Vol.18,Iss.5,2006,pp.703-705)采用光纖環(huán)鏡實現(xiàn)了分辨率為2bit、轉(zhuǎn)換速率為IMHz的全光集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由于光纖的長度及光學(xué)相位難以精確控制，因此該技術(shù)在轉(zhuǎn)換精度和擴(kuò)展性方面存在限制。文獻(xiàn)“Integrated optical digital-to-analogue converter and its applicat1n to pulsepattern recognit1n” (Electronics Letters, Vol.37, Iss.20,2001，pp.1237-1238)報道了基于硅基光波導(dǎo)延遲線的集成數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，但是要實現(xiàn)高分辨率的DAC必須采用更長的波導(dǎo)，與小型化目標(biāo)相悖。此外，由于光信號在各波導(dǎo)之間傳輸后的相位差是固定的，器件只能工作在某一固定的采樣速率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以充分發(fā)揮硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、與CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，解決DAC過程的高速、高分辨率問題，以及解決光學(xué)DAC的集成化和小型化問題。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括N個激光器、一個調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)，以及一個光電探測器，其中，該調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)包含一條干線波導(dǎo)L0、N個級聯(lián)的硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2.......MRRN)和N條彎曲波導(dǎo)(L1、L2.......LN)，N個激光器分別與
N個彎曲波導(dǎo)(L1、L2.......LN)的上載端相連接，光電探測器與干線波導(dǎo)LO的直通端相連接，N為自然數(shù)。
[0012]上述方案中,所述N個激光器輸出N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號,該N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號分別耦合進(jìn)入N條彎曲波導(dǎo)(L1、L2.......LN)的上載端，其中第i路(i = 1，2，3，......N)激光器的輸出波長為Xi，功率為P/2n'
[0013]上述方案中，所述波長為λ i的光信號被耦合進(jìn)入第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi，并被第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi調(diào)制復(fù)用到干線波導(dǎo)LO中。
[0014]上述方案中，每個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器上具有氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)，二進(jìn)制的電學(xué)脈沖信號(Electrical Pulse Signal,EPS)經(jīng)放大并加偏置信號后按位并行加載在娃基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器的氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)上，對硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器中的光信號進(jìn)行調(diào)制。
[0015]上述方案中，待轉(zhuǎn)換的N位二進(jìn)制數(shù)字信號按位分別加載在N個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2、......MRRN)上，通過熱光效應(yīng)或電光效應(yīng)對微環(huán)諧振器的諧振波長進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi在工作波長λ i處不諧振時，波長為λ i的光信號幾乎不受微環(huán)諧振器影響，直接由下載端輸出；當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi諧振時，波長為Xi的光信號被耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)，進(jìn)而耦合到干線波導(dǎo)后由直通端輸出。
[0016]上述方案中，直通端輸出的光信號經(jīng)過光電探測器接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，得到輸入數(shù)字量轉(zhuǎn)換所得的模擬信號。
[0017]上述方案中，每一個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器都具有波長選擇性，第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi只對波長為λ i的光信號起作用。
[0018](三)有益效果
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]I)本發(fā)明提出了一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，目前已有的文獻(xiàn)所報道的相關(guān)技術(shù)研究都是基于電光調(diào)制器、復(fù)用器、光纖延遲線等分立器件而實現(xiàn)的，系統(tǒng)體積龐大，難以實現(xiàn)小型化。本發(fā)明提出的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的加工工藝與CMOS加工工藝兼容，可以實現(xiàn)集成化和小型化。
[0021]2)本發(fā)明提出基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，充分發(fā)揮了微環(huán)諧振器陣列的波長可重構(gòu)特性和濾波特性，可以同時實現(xiàn)多個波長光信號的高速并行調(diào)制和上載復(fù)用功能，使集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)具有可擴(kuò)展性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是依照本發(fā)明實施例的單個硅基納米線光波導(dǎo)微環(huán)諧振器構(gòu)成的調(diào)制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖2是依照本發(fā)明實施例的微環(huán)諧振器的環(huán)形波導(dǎo)熱調(diào)制機(jī)構(gòu)的剖面圖。
[0024]圖3是依照本發(fā)明實施例的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0025]圖4是依照本發(fā)明實施例的3bit片上集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量-輸出模擬量的曲線圖。

【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明在材料加工方面采用的是絕緣體上娃(Silicon on Insulator, SOI)技術(shù)，SOI波導(dǎo)芯層硅的材料折射率為3.5，包層為空氣或二氧化硅，二者的折射率分別為I和
1.44。由于包層和芯層之間的折射率差很大，基于SOI技術(shù)的納米線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的光場限制能力和很低的彎曲損耗。
[0029]圖1為彎曲波導(dǎo)L1、微環(huán)諧振器(Micro-ring resonator, MRR)MRRi和干線波導(dǎo)LO構(gòu)成的單個調(diào)制結(jié)構(gòu)，輸入上載端口的是一個固定波長、恒定功率的光信號，光信號進(jìn)入波導(dǎo)Li后，沿著Li的方向向前傳播。由于SOI納米線波導(dǎo)折射率差大，光場限制能力強(qiáng)，只有少量倏逝波彌散到波導(dǎo)之外。當(dāng)光信號靠近環(huán)形波導(dǎo)時，由于光場會向折射率高的區(qū)域傳播，波導(dǎo)Li中的光場將有一部分通過倏逝場耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)中，微環(huán)諧振器MRRi中的信號也會通過倏逝場耦合進(jìn)入干線波導(dǎo)LO中。如果光信號的波長滿足諧振條件(πι*λ=neff*2 π *R，m為正整數(shù)，neff為波導(dǎo)的有效折射率，R為微環(huán)諧振器的半徑)，光脈沖在微環(huán)諧振器MRRi中傳播若干圈后，光能量將幾乎全部由波導(dǎo)Li耦合進(jìn)入MRRi中，并由環(huán)形波導(dǎo)MRRi耦合進(jìn)干線波導(dǎo)LO中。不滿足諧振波長的光信號則不會受微環(huán)諧振器MRRi的影響，直接由下載端輸出，并通過下載端的光柵耦合器耗散到空氣中。以上分析的是微環(huán)調(diào)制結(jié)構(gòu)的靜態(tài)工作特性，即MRRi對某些波長信號(波長滿足諧振條件)進(jìn)行上載后由直通端輸出，某些波長信號(波長不滿足諧振條件)不被上載，不在直通端輸出。
[0030]實際工作時，進(jìn)入波導(dǎo)Li的光信號的波長是固定的λ i。需要使MRRi的諧振波長入^動態(tài)可調(diào)，使λ^的取值在Xi= 和λ^之間切換。微環(huán)諧振器的半徑在工藝完成后就確定下來，由諧振條件公式m* λ = neff*2 *R可知，要調(diào)節(jié)諧振波長以實現(xiàn)動態(tài)濾波，只能通過調(diào)節(jié)環(huán)形波導(dǎo)的有效折射率來改變微環(huán)諧振器的諧振波長，而有效折射率與材料折射率有關(guān)。本發(fā)明可以采取兩種方法來改變波導(dǎo)材料的折射率:一是通過熱光效應(yīng)來實現(xiàn)，即通過對波導(dǎo)材料加熱(具體辦法是在硅波導(dǎo)上通過MOCVD淀積一層金屬作為加熱電極)以改變材料的溫度，從而改變其折射率。二是通過載流子注入或抽取來改變材料的折射率(電光效應(yīng))，一般在高速系統(tǒng)中，即集成DAC需要高采樣率時采用電光效應(yīng)。
[0031]本發(fā)明實施例利用熱光效應(yīng)來說明器件的工作原理。當(dāng)給硅基微環(huán)光波導(dǎo)加熱時，硅材料的折射率增大，如圖1中所示的單個微環(huán)諧振器在不加熱時，輸入光信號的波長(Ai)不等于微環(huán)諧振器的諧振波長(Xt)，即λ MRRi處于非諧振狀態(tài)(邏輯“0”)，直通端不輸出光信號。當(dāng)微環(huán)諧振器加熱時，諧振峰產(chǎn)生移動，使得Xi= XyMRRi處于諧振狀態(tài)(邏輯“I”)，直通端輸出光信號。這樣，加載在MRRi上的電邏輯信號則在直通端產(chǎn)生了被調(diào)制的光信號。
[0032]圖2為依照本發(fā)明實施例的微環(huán)諧振器的環(huán)形波導(dǎo)熱調(diào)制機(jī)構(gòu)的剖面圖，加電后金屬電極發(fā)熱，熱場傳導(dǎo)至波導(dǎo)，使波導(dǎo)的溫度發(fā)生變化，環(huán)形波導(dǎo)的有效折射率nrff發(fā)生變化，微環(huán)諧振器的諧振波長λ J逭之產(chǎn)生變化，從而實現(xiàn)MRRi的動態(tài)濾波。優(yōu)選的，金屬電極層采用的材料為氮化鈦(TiN)。
[0033]圖3是依照本發(fā)明實施例的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的不意圖，該片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括N個激光器(Laser D1de, LD)、一個調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)，以及一個光電探測器，其中，該調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)包含一條干線波導(dǎo)L0、N
個級聯(lián)的硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2.......MRRN)和N條彎曲波導(dǎo)(L1、
L2.......LN)，N個激光器分別與N個彎曲波導(dǎo)(L1、L2.......LN)的上載端相連接，光電探測器與干線波導(dǎo)LO的直通端相連接，N為自然數(shù)。
[0034]下面通過熱光效應(yīng)來闡述該器件的工作原理。N個激光器輸出N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號，該N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號分別耦合進(jìn)入N條彎曲波導(dǎo)(L1、
L2.......LN)的上載端，其中第i路(i = 1，2，3，......N)激光器的輸出波長為Xi，功率為Ρ/2Ν'波長為Xi的光信號被耦合進(jìn)入第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi，并被第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi調(diào)制復(fù)用到干線波導(dǎo)LO中。每個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器上具有氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)，二進(jìn)制的電學(xué)脈沖信號(Electrical Pulse Signal,EPS)經(jīng)放大并加偏置信號后按位并行加載在硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器的氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)上，對硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器中的光信號進(jìn)行調(diào)制。
[0035]待轉(zhuǎn)換的N位二進(jìn)制數(shù)字信號按位分別加載在N個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器
(MRR1、MRR2、......MRRN)上，通過熱光效應(yīng)或電光效應(yīng)對微環(huán)諧振器的諧振波長進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi在工作波長λ i處不諧振時，波長為λ i的光信號幾乎不受微環(huán)諧振器影響，直接由下載端輸出；當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi諧振時，波長為λ 光信號被耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)，進(jìn)而耦合到干線波導(dǎo)后由直通端輸出。直通端輸出的光信號經(jīng)過光電探測器接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，得到輸入數(shù)字量轉(zhuǎn)換所得的模擬信號。
[0036]在本發(fā)明中，輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量位數(shù)為N位(bit)，第bit(1-l)位加載在第i個MRR的熱調(diào)結(jié)構(gòu)上。每一個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器都具有波長選擇性，例如第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi只對波長為Xi的光信號起作用。當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi在工作波長Xi處不諧振時，波長為Xi的光信號幾乎不受微環(huán)諧振器影響，直接由下載端輸出；當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi諧振時，波長為λ 光信號被耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)，進(jìn)而耦合到干線波導(dǎo)LO后由直通端輸出；其他波長的光信號幾乎不受影響地由下載端的光柵耦合器終端耗散掉。所有與微環(huán)諧振器發(fā)生共振的光信號被上載后在直通端實現(xiàn)非相干疊加，結(jié)果被光電探測器接收。令當(dāng)微環(huán)諧振器諧振時，加載在其調(diào)制結(jié)構(gòu)上的數(shù)字量％為1，當(dāng)其不諧振時，加載的數(shù)字量Si為O。直通端輸出功率由公式(一)所示。
[0037]Poul: = (^αι ?2' ').!>/2N ' 公式(一)

I
[0038]公式(一)即為非相干光根據(jù)輸入數(shù)字量進(jìn)行加權(quán)疊加的代數(shù)表達(dá)式，可見該結(jié)構(gòu)可以完成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。
[0039]以上為沒有考慮衰減損耗和耦合損耗的理想狀況下的工作模式，實際系統(tǒng)工作之前，需要對每個微環(huán)諧振器形成的調(diào)制單元進(jìn)行標(biāo)定，即依次開啟激光器LDi (i = 1,2,
3...N)，并使對應(yīng)的輸入比特位，即bit(1-l)置為邏輯“1”，將MRRi置于諧振狀態(tài)，使得激光器LDi開啟時，探測器接收到的光功率為PciAn-S P0的取值根據(jù)探測器的動態(tài)范圍確定，
M P
即Σ+在探測器的動態(tài)范圍內(nèi)。
/=1 2
[0040]圖4是依照本發(fā)明實施例的3bit片上集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量-輸出模擬量的曲線圖，圖中B曲線是根據(jù)輸入數(shù)字量所產(chǎn)生的臺階信號，A曲線是臺階信號經(jīng)過低通濾波器平滑后得到的模擬信號。
[0041]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括N個激光器、一個調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)，以及一個光電探測器，其中，該調(diào)制復(fù)用一體結(jié)構(gòu)包含一條干線波導(dǎo)L0、N個級聯(lián)的硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2、......MRRN)和N條彎曲波導(dǎo)(L1、L2、......LN), N個激光器分別與N個彎曲波導(dǎo)(LUL2.......LN)的上載端相連接，光電探測器與干線波導(dǎo)LO的直通端相連接，N為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述N個激光器輸出N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號,該N個功率恒定的連續(xù)單波長光信號分別耦合進(jìn)入N條彎曲波導(dǎo)(L1、L2.......LN)的上載端，其中第i路(i = 1,2,3，......N)激光器的輸出波長為λ i，功率為P/2n'
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述波長為λ i的光信號被耦合進(jìn)入第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi，并被第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi調(diào)制復(fù)用到干線波導(dǎo)LO中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器上具有氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)，二進(jìn)制的電學(xué)脈沖信號(Electrical Pulse Signal,EPS)經(jīng)放大并加偏置信號后按位并行加載在娃基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器的氮化鈦熱調(diào)結(jié)構(gòu)上，對硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器中的光信號進(jìn)行調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，待轉(zhuǎn)換的N位二進(jìn)制數(shù)字信號按位分別加載在N個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器(MRR1、MRR2.......MRRN)上，通過熱光效應(yīng)或電光效應(yīng)對微環(huán)諧振器的諧振波長進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi在工作波長Xi處不諧振時，波長為λ 光信號幾乎不受微環(huán)諧振器影響，直接由下載端輸出；當(dāng)微環(huán)諧振器MRRi諧振時，波長為Xi的光信號被耦合進(jìn)入環(huán)形波導(dǎo)，進(jìn)而耦合到干線波導(dǎo)后由直通端輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，直通端輸出的光信號經(jīng)過光電探測器接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，得到輸入數(shù)字量轉(zhuǎn)換所得的模擬信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅基納米線波導(dǎo)的片上集成光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每一個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器都具有波長選擇性，第i個硅基納米線波導(dǎo)微環(huán)諧振器MRRi只對波長為λ i的光信號起作用。
【文檔編號】G02F7/00GK104133336SQ201410394851
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】周平, 楊林, 丁建峰, 張凡凡 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所