一種基于微環(huán)諧振器的全光時(shí)鐘提取芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全光信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微環(huán)諧振器實(shí)現(xiàn)的全光時(shí)鐘提取芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提高，全光信號(hào)處理技術(shù)將在未來(lái)大容量、強(qiáng)實(shí)時(shí)光纖通信網(wǎng)絡(luò)中扮演重要角色。作為其核心功能之一的全光時(shí)鐘提取技術(shù)直接從輸入信號(hào)中獲得等速率光時(shí)鐘，并參與信號(hào)3R再生的再定時(shí)過(guò)程，同時(shí)作為控制信號(hào)調(diào)控光交換矩陣，因此在全光交換節(jié)點(diǎn)中將起到重要作用。
[0003]目前實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘提取有兩種方式:無(wú)源濾波和有源振蕩。無(wú)源濾波方式主要依靠器件的梳狀濾波特性獲得光時(shí)鐘信號(hào)，該方法原理簡(jiǎn)單，但受到器件加工工藝的限制，梳狀濾波器的精細(xì)度、可調(diào)性都無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求，提取的時(shí)鐘質(zhì)量不高;有源振蕩方式與激光器原理相似，需要在有源反饋結(jié)構(gòu)中通過(guò)模式鎖定來(lái)提取信號(hào)時(shí)鐘，目前主要在自脈動(dòng)分布反饋激光器(SP-DFB)以及在高非線性光纖(HNLF)或半導(dǎo)體光放大器(SOA)組建的光纖環(huán)形腔中實(shí)現(xiàn)。有源振蕩方式提取的時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量較高，成為人們研究的熱點(diǎn)方向。但SP-DFB控制復(fù)雜、速率受限，光纖環(huán)形腔體積龐大、易受環(huán)境溫度擾動(dòng)影響，這使得基于有源振蕩方式的全光時(shí)鐘提取技術(shù)需要在器件層面尋求突破，以提高該類(lèi)器件的集成度、降低系統(tǒng)能耗。
[0004]伴隨著硅光子技術(shù)的快速發(fā)展，絕緣體上硅(SOI)構(gòu)成的各類(lèi)光器件由于其高度集成化、制備工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)有望成為構(gòu)建未來(lái)大規(guī)模光子集成芯片的核心器件。已有研究人員利用微環(huán)諧振器的梳狀濾波特性實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘提取功能，但受限于該器件的精細(xì)度，提取的時(shí)鐘質(zhì)量不高，需要后置整形系統(tǒng)做進(jìn)一步的整形處理[w.Yang，Y.Yu，M.Ye，etal.,IEEE Photonics Technology Letters，2014，26(3):293-296.]。該方案增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，不利于構(gòu)成集成化的時(shí)鐘提取芯片。因此需要提供一種能夠直接獲得高質(zhì)量時(shí)鐘信號(hào)的芯片級(jí)時(shí)鐘提取方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于微環(huán)諧振器的全光時(shí)鐘提取芯片，SP要克服已有微環(huán)諧振器時(shí)鐘提取方案中低精細(xì)度導(dǎo)致的時(shí)鐘質(zhì)量劣化問(wèn)題，又需要在微米量級(jí)的光子芯片中實(shí)現(xiàn)模式鎖定，降低器件對(duì)環(huán)境溫度的敏感性。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于微環(huán)諧振器的全光時(shí)鐘提取芯片，其特征在于:包括微環(huán)光學(xué)參量振蕩器和微環(huán)濾波器;待提取時(shí)鐘的RZ(歸零碼)光信號(hào)以及連續(xù)栗浦光共同進(jìn)入到微環(huán)光學(xué)參量振蕩器中，利用參量放大形成模式鎖定，在該振蕩器的下載端輸出提取的時(shí)鐘信號(hào)和高階四波混頻分量;上述信號(hào)再輸入到微環(huán)濾波器中，濾除高階四波混頻分量以提升時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量。
[0008]所述微環(huán)光學(xué)參量振蕩器包括螺旋大環(huán)、第一子環(huán)和第二子環(huán)。光載波頻率為fRZ的RZ光信號(hào)和頻率為的連續(xù)栗浦光，進(jìn)入到光學(xué)參量振蕩器的螺旋大環(huán)中，利用參量放大效應(yīng)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)在該環(huán)中振蕩傳輸，獲得持續(xù)參量增益，最終達(dá)到模式鎖定條件，在螺旋大環(huán)下載端輸出提取的時(shí)鐘信號(hào)和高階四波混頻產(chǎn)物以及注入的RZ光信號(hào)和連續(xù)栗浦光;上述信號(hào)進(jìn)入第一子環(huán)和第二子環(huán)，兩個(gè)子環(huán)上都加有電極，通過(guò)施加電壓的方式控制子環(huán)中載流子濃度以分別調(diào)節(jié)兩個(gè)子環(huán)的中心波長(zhǎng)，使得光學(xué)參量振蕩器傳輸譜包絡(luò)的中心頻率與提取的時(shí)鐘信號(hào)光載波頻率fa—致，而RZ光信號(hào)和連續(xù)栗浦光的載波頻率fRZ、fCT被濾除，起到抑制輸入光振蕩的效果。最后在第二子環(huán)下載端輸出提取的時(shí)鐘信號(hào)和高階四波混頻分量。
[0009]所述光學(xué)參量振蕩器的螺旋大環(huán)要求RZ光信號(hào)和連續(xù)栗浦光載波頻率與螺旋大環(huán)的諧振波長(zhǎng)一致，輸入信號(hào)的速率Rb是螺旋大環(huán)的自由頻譜范圍(FSR)的整數(shù)倍。參量增益來(lái)自?xún)蓚€(gè)部分:一部分是連續(xù)栗浦光提供的增益，用于彌補(bǔ)大部分的環(huán)損耗;另一部分由輸入的RZ光信號(hào)提供，該部分增益使得提取的時(shí)鐘信號(hào)總增益大于環(huán)損耗，在微環(huán)光學(xué)參量振蕩器中產(chǎn)生持續(xù)振蕩效果，即實(shí)現(xiàn)模式鎖定。
[0010]所述微環(huán)濾波器為由微環(huán)諧振器形成的光帶通濾波器。在微環(huán)濾波器中利用電壓控制載流子濃度以調(diào)節(jié)濾波器中心頻率，使其與提取的時(shí)鐘信號(hào)光載波頻率對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)該濾波器帶寬與時(shí)鐘速率匹配。通過(guò)設(shè)計(jì)該微環(huán)諧振器環(huán)長(zhǎng)，使得高階四波混頻分量落在濾波器阻帶上，抑制該高階分量對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的干擾，提升時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量。
[0011]現(xiàn)有的微環(huán)諧振器時(shí)鐘提取方案僅利用了該器件的梳狀濾波特性，但受到器件制備精度的限制，該類(lèi)方案提取的時(shí)鐘信號(hào)存在較大的幅度抖動(dòng)，因此需要后置整形系統(tǒng)，增加了時(shí)鐘提取的復(fù)雜度。而本發(fā)明利用螺旋大環(huán)中的參量放大效應(yīng)實(shí)現(xiàn)模式鎖定，通過(guò)有源振蕩的方式提高了微環(huán)諧振器的精細(xì)度，因此可直接獲得高質(zhì)量的時(shí)鐘信號(hào)，降低了信號(hào)處理成本。同時(shí)，螺旋大環(huán)與兩個(gè)子環(huán)共同組成了一個(gè)濾波系統(tǒng)，三環(huán)級(jí)聯(lián)的方式有效提高了濾波系統(tǒng)帶寬，以支持高速信號(hào)的時(shí)鐘提取。
[0012]傳統(tǒng)的基于光纖參量振蕩器的全光時(shí)鐘提取單元，其非線性介質(zhì)為數(shù)百米長(zhǎng)的高非線性光纖，容易受到環(huán)境溫度擾動(dòng)引起的折射率變化影響，使其無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。而本發(fā)明在微米量級(jí)的集成化光子器件中利用參量放大獲得了模式鎖定，即提高了器件的集成度，又可降低溫漂對(duì)時(shí)鐘提取性能的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的基于微環(huán)諧振器的全光時(shí)鐘提取芯片示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的全光時(shí)鐘提取光譜特性示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的RZ光信號(hào)和提取的時(shí)鐘信號(hào)眼圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1為本發(fā)明提出