用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列的制作方法

用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于光学延迟线的串联型分形拓扑结构微环阵列，它包括一根波导和若干个微环。所述波导与第一个微环直接耦合，将耦合点与第一个微环环心的连线看成中心连线，在与中心连线成90°的方向上将N个微环串联耦合，即第一个微环与N-1个微环串联耦合；在中心连线上将第二个微环与第一个微环直接耦合。该微环结构采用全通型微环作为基本单元，具有一种局部和整体相似的结构特点，可实现光信号传输的延迟。串联分形拓扑结构微环阵列的特点在于，将大小相等的N个微环串联，即环与环之间直接耦合，再将直接串联微环作为整体，将M个串联微环在微环与波导形成的中心线上再进行耦合，其耦合系数和微环数目可调控，从而实现一种新的光学延迟线。
【专利说明】用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列，属于光波导器件领域。
技术背景
[0002]光纤通信是一种利用光纤进行信号传输的技术，是当今通信新技术发展中不可或缺的内容之一。光纤通信的核心是实现各种功能的光器件，若在一个平面衬底上将各种功能的光器件集成起来称之为集成光学器件，可以实现光学系统的微型化、集成化和规模化，提高系统集成度。美国Bell实验室的Marcatili在1969年提出了微环谐振器(简称为“微环”)的概念与结构。随着制造工艺的不断发展，微环近十几年来迅速发展成为集成光学中的重点研究内容，基于微环的各种功能性器件如光开关、路由器、滤波器等也得到了实现，微环在光波导器件中发挥了越来越重要的作用，并且被认为是大规模集成光学回路的基本元器件。伴随着微纳工艺制造水平和精度的不断提高，各种拓扑结构的多微环如串联微环、并联微环、微环阵列和环联型微环的拓扑结构被陆续地提出，并投入制备和应用研究；许多新颖拓扑结构也相继出现，如全通型微环和上下载型、嵌入式双微环以及基于3X3耦合器的双微环等，因而多微环的拓扑结构也被认为是一种非常便利的人工结构。利用微环结构中光学谐振效应导致的强色散来改变光速，可实现延迟线型的光缓存，适合于大规模的集成，也便于与其它类型的光信号处理器相集成，因而成为近几年的研究热点。串联型微环结构和级联型微环结构，由于光波通过的谐振回路多，理论延迟比单微环高很多，但能存储的比特信息十分有限，成为了微环光缓存发展的瓶颈。因此，探究新的拓扑结构微环阵列来增强慢光特性具有重要意义。


【发明内容】

[0003]本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列。本分形拓扑结构属于分形结构在光子学人造结构领域的有益推广，类似于模仿半导体物理而蓬勃发展的光子晶体研究，分形拓扑结构微环阵列的研究也将对其他分形结构的光子学器件有着重要的科学参考价值；由于自相似结构所引入的局部与整体谐振效应加强将实现慢光特性增强，因此本发明所探究的分形拓扑结构微环阵列对全光通信网络中的光缓存具有重要理论与应用价值。
[0004]为达到上述目的，本发明的构思是:
结构采用全通型微环，单个全通型微环模型为一个微环与波导进行直接耦合，综合考虑率禹合损耗以及光场在微环中的传输损耗，输出端光场强度与输入光场强度的比值为归一化响应函数，将其取模则得到传输谱线特性，对其相角针对归一化频率求导则得到归一化延迟，这两个特性都是衡量模型延迟特性的基本标准。
[0005]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列，包括波导和微环，所述波导与第一个微环直接耦合，将耦合点与第一个微环环心的连线看成中心连线，在与中心连线成90°的方向上将#个微环串联耦合，即第一个微环与个微环串联耦合；在中心连线上将第二个微环与第一个微环直接耦合；在与中心连线成270°的方向上将第二个微环与#_1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第三个微环与第二个微环直接耦合，在与中心连线成90°的方向上将第三个微环与#-1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第四个微环与第三个微环直接耦合，在与中心连线成270°的方向上将第四个微环与#-1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；依次拓展，至中心连线上有#个微环，其中每个微环都有#_1个微环与其串联耦合，令该模型为10V型微环阵列。
[0006]所采用的微环大小完全相等，有相同的损耗系数，微环-微环耦合系数、微环-波导耦合系数可在一定范围动态调整。
[0007]本发明提出的用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列具体结构如下所述:
I) “分形”结构是指具有某种自相似性结构的集合，即部分与整体有相似的体系将光波导与微环直接耦合。
[0008]2)将耦合点与微环环心的连线称为中心线，令该微环坐标为(1，I)。以逆时针为正方向，在与中心线成90°的方向上，用具有相同损耗系数并且大小相同的微环与(1，1)微环耦合，令其坐标为(1，2)。沿该方向，再次用具有相同损耗系数并且大小相同的微环与(1,2)微环耦合，令其坐标为(1，3)，依此拓展，令该方向共有#个微环，坐标为(1，奶。
[0009]3)在中心线的方向上，用一个大小相同、具有相同耦合系数的微环与(1，I)微环耦合，令其坐标为(2，I)。以(2，I)微环环心为原点，在与中心线成270°的方向上，用相同的微环与(2，I)微环耦合，令其坐标为(2，2)。沿该方向，再次用相同的微环与(2，2)微环耦合，令其坐标为(3，2)，依次拓展，同样令该方向有#个微环，坐标为(2，劝。
[0010]4)在中心线方向上，用一个完全相同的微环与(2，I)微环f禹合，令其坐标为(3, I) ο以(3，I)微环环心为原点，在与其中心线成90°的方向上,用完全相同的微环与(3，I)微环耦合，令其坐标为(3，2)。同(2)，依次拓展，该方向上的微环坐标为(3，劝。
[0011]5)在中心线方向上，用一个完全相同的微环与(3，I)微环f禹合，令其坐标为(4, I) ο以(4，I)微环环心为原点,在与其中心线成270°的方向上,用完全相同的微环与(4，I)微环耦合，令其坐标为(4，2)。同(3)，依次拓展，该方向上的微环坐标为(4，劝。
[0012]6)重复(3)和(4)，则可以得到串联分形拓扑结构微环阵列的一般模型，阵列中任一微环的坐标为H其中#是指中心线方向上的微环个数，而#是指任一与中心线垂直方向上的微环个数，也可称为第ΛΖ个微环分支，令该模型为10V型微环阵列。
[0013]根据模型中各微环的耦合方式，从模型中提取四个基本微环单元，分别为耦合点分别在左、右的两种光场按照逆时针传播的环谐振器；耦合点分别在左、右的两种光场按照顺时针传播的环谐振器；光场从左向右传播的I禹合器；光场从右向左传播的I禹合器。当光信号从模型的波导一端输入，通过波导与微环的耦合区，一部分的光信号进入微环，顺时针在坐标为(1，1)的微环中传播，当光信号经过该微环的横向耦合区，即与坐标为(2，I)的微环的耦合区时，光信号又有一部分分配给第二个串联分支，之后再经过纵向耦合区，即与坐标为(1，2)的微环的耦合区时，又有一部分光信号分配至第一个分支的其它微环继续传播，直至传播回该(1，1)微环。而进入第二个微环分支的光信号也通过同样的方式继续向后续分支传播光信号。最终所有光信号汇聚，一同通过(1，I)微环与波导的耦合区，传播至波导另一段输出，达到慢光缓存的光学延迟线效果。
[0014]与已有的微环结构的光学延迟相比，本发明提出的串联分形拓扑结构微环阵列是在串联微环结构基础上发展而来的，在器件加工方面可实施性强，并且由于该结构有若干个可控因素，因此在具体光学延迟线应用时，可通过实际需要选择一个或者若干个可控因素，进行延迟线效果的控制和调谐。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是用于光学延迟线的#X#的串联分形微环阵列的一般模型。
[0016]图2是用于光学延迟线的2X2的串联分形微环阵列的示意图。
[0017]图3是用于光学延迟线的2X3的串联分形微环阵列的示意图。
[0018]图4是用于光学延迟线的3X2的串联分形微环阵列的示意图。
[0019]图5是图2示例的延迟线的延迟效果示意图。
[0020]图6是图3示例的延迟线的延迟效果示意图。
[0021]图7是图4示例的延迟线的延迟效果示意图。
[0022]具体实施方法
本发明的优选实施例并结合【专利附图】

【附图说明】如下:
实施例一:
参见图1，本用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列，包括波导和微环，所述波导与第一个微环直接耦合，将耦合点与第一个微环环心的连线看成中心连线，在与中心连线成90°的方向上将#个微环串联耦合，即第一个微环与个微环串联耦合；在中心连线上将第二个微环与第一个微环直接耦合；在与中心连线成270°的方向上将第二个微环与个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第三个微环与第二个微环直接耦合，在与中心连线成90°的方向上将第三个微环与Λ/-1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第四个微环与第三个微环直接耦合，在与中心连线成270°的方向上将第四个微环与#-1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；依次拓展，至中心连线上有#个微环，其中每个微环都有#_1个微环与其串联耦合，令该模型为10V型微环阵列。
[0023]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:所采用的微环大小完全相等，有相同的损耗系数，微环-微环耦合系数、微环-波导耦合系数可在一定范围动态调整。
[0024]实施例三:
图2为第三个实例，2X2的串联型分形四微环的结构示意图。假设输入/输出波导与微环之间的环-波导稱合系数力相对应的传输系数为

【权利要求】
1.一种用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列，包括波导(I)和微环(2)，其特征在于:所述波导(I)与第一个微环(2)直接耦合，将耦合点与第一个微环(2)环心的连线看成中心连线，在与中心连线成90°的方向上将#个微环串联耦合，即第一个微环(2)与#_1个微环串联耦合；在中心连线上将第二个微环与第一个微环直接耦合；在与中心连线成270°的方向上将第二个微环与#_1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第三个微环与第二个微环直接耦合，在与中心连线成90°的方向上将第三个微环与 个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；在中心连线上将第四个微环与第三个微环直接耦合，在与中心连线成270°的方向上将第四个微环与#_1个微环串联耦合，实现#个微环串联耦合；依次拓展，至中心连线上有#个微环，其中每个微环都有#_1个微环与其串联耦合，令该模型为MYM型微环阵列。
2.根据权利要求1所述的用于光学延迟线的串联分形拓扑结构微环阵列，其特征在于:所采用的微环⑵大小完全相等，有相同的损耗系数，微环(2)-微环(2)耦合系数、微环(2)-波导(I)耦合系数可在一定范围动态调整。
【文档编号】G02B6/26GK104076441SQ201410162185
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】张小贝, 顾凡, 李迎春 申请人:上海大学