基于硅基微环的信号处理介绍

基于硅基微环的信号处理介绍,硅基微环的结构和优点,与CMOS工艺兼容尺寸小、易集成半径：几个到几十个微米波导宽度：几百个纳米易于光电混合集成适于光信号处理Si/SiO2之间的折射率差很大周期线性高Q滤波效应环内能形成很强的内建场各种非线性效应阈值低,Si,SiO2,450nm,250nm,硅基微环的线性特性,a:衰减系数;f:相移;t:直接耦合系数;r:交叉耦合系数,Y.ChenandS.Blair,J.OSAB,2125(2003).,在环中绕一周相移位2kp的光将发生谐振,硅基微环的周期谐振特性,幅频特性(滤波),相频特性,延迟特性,Y.ChenandS.Blair,J.OSAB,2125(2003).,l谐振,谐振特性漂移1.受热：L改变强光照射(ms)加热电极(ms)2.载流子：n改变强光照射(ns)外加电压(ps)3.Kerr：n改变强光照射,硅微环光信号处理实验演示,密集波长转换可控的光延迟光信号微分器可集成的移相器光信号调制器全光码型转换,全光波长变换器,已有方案,现有方案:使用非线性光器件(如SOA、HNLF)，利用其XGM(crossGainModulation)等特性缺点：体积大，功耗高,非线性器件,l1,l2,基于微环的波长转换：载流子效应,pNRZ信号0,CW,lp强度很弱没有载流子产生,pNRZ信号1,CW,lp强度很强双光子吸收产生载流子,通常硅微环半径在520mm，使谐振峰之间的间隔一般为几十几个纳米,Q.Xuetal.,Opt.Lett.,2733(2005),控制信号（强光）,待转换信号（弱光）,波导侧壁不平整导致谐振峰分裂,pNRZ信号1,CW,ZiyangZhangetal.,CLEO/QELS2008,谐振峰分裂使得密集波长转换成为可能,密集波长转换：原理,密集波长转换：实验装置与结果,CW,CW,实验中自由载流子寿命为450ps因此对于5Gb/s信号造成码型效应,QiangLietal.,081113,App.Phy.Lett.,2008.Q.Xuetal.,Opt.Lett.,2733(2005),多信道组播,1,2,p,FSR,QiangLietal.,081113,App.Phy.Lett.,2008.,可调光延迟线,可调光延迟线：延迟特性+热效应,l,GVD,l,l,GVD,l,遇热谐振峰往长波长方向移动,可调光延迟线：实验装置,信号探测光,温度控制光,20mm,NRZRZ,3阶色散效应,可调光延迟线：实验结果,不同码型在硅微环中的延迟特性,5-Gb/sCSRZ最大延迟为95ps,5-Gb/sDuobinary最大延迟为110ps,5-Gb/sAMI最大延迟为65ps,不同码型的延迟比较,频谱分量延迟量的加权平均决定了总延迟量,QiangLietal.,3744,JLT2008.,信号微分器,基本原理:通过全光的方式对信号做微分处理原始信号表示为：s(t)*exp(jwct)微分后的信号表示为s(t)*exp(jwct)其中wc是光频率,硅基微环的滤波特性,当t=a时，微环处于临界耦合状态：所有谐振波长上的光全部被限制在环内处于临界耦合状态，当w-w0RZ的转换,(NRZ)(RZ),CROW(coupledring-resonatoropticalwaveguide),NRZ-to-RZ结果,TongYeetal.,15325,OE,2008.,NRZ-to-RZ-PSK原理和结果,CishuoYanetal.,58,OL,2009.,1,2,p,1,2,p,NRZ泵浦信号,l2,500W/div500ps/div,l1,500W/div2.5ns/div,FSK波形,5dB/div0.5nm/div,FSK频谱,FangfeiLiuetal.,APOC2008.,+,=,Dl=0.32nm,NRZ到FSK码型转换,高速大容量光传输系统与子系统：包括新型调制码型、非线性系统性能分析(40-160G)、性能监测、低噪声大动态范围模拟通信系统(RoF