芯片集成光缓存器及其工作方法

本发明涉及芯片集成光电子器件，尤其涉及一种芯片集成光缓存器及其工作方法。

背景技术：

1、光缓存器的功能是将输入光信号存储于光存储媒质中，存储一段时间后，可将该光信号按需要输出。在存储和输出的过程中，加载在光信号上的信息得以保留，这些信息一般加载在光的幅度，相位和偏振等自由度上。光缓存器在光通信和光网络中有重要应用，也是光量子信息技术中关键的功能单元。

2、实现光缓存器的技术路线分为两类：第一类以原子系综或离子系综作为光存储媒质，通过光与原子系综或离子系综的相互作用过程实现光缓存器功能，实现这类方案的物理机制包括电磁感应透明、光子回波、非共振法拉第相互作用、拉曼存储等等，这些方案往往面临超低温工作、工作带宽窄、存储损耗大、荧光光子或自发拉曼散射光子干扰强等问题，目前还处于基础研究阶段，难以实际应用；第二类以低损耗光传输通道为光存储媒质，将光传输通道与光开关配合构成环路，通过控制光开关状态实现光信号的存储和取出，这类技术路线常用的光传输通道包括自由空间光路和单模光纤等，原理简单直接且技术相对成熟，但对光传输通道和光开关的性能要求非常高，实现这一方案的核心问题有二：一是如何有效的实现光信号低损耗的存入光环路和低损耗的从光环路中提取。二是如何降低光环路的损耗。这类技术路线实现芯片集成的难点在于：受到目前集成光学芯片片上波导损耗的限制，在芯片上能够实现的光环路长度有限，这一方面限制了光缓存器的存储时间，另一方面对光开关的速度提出了高要求。光信号存储和取出光环路的物理过程要求光环路提供的单圈光延时时间应远大于光开关切换的时间，这就要求光开关的速度足够快。然而，在目前的光开关技术中，高速的光开关往往本身具有较大的插入损耗，这将为光环路引入新的损耗，从而大大影响光缓存器性能。因此，亟需一种新的光开关和光环路集成方案，以实现更优性能的芯片集成光缓存器。

技术实现思路

1、本发明提供一种芯片集成光缓存器及其工作方法，以解决高速低损耗光开关和极低损耗光环路的综合集成问题，以实现基于第二类技术路线原理的高性能光缓存器。

2、本发明提供一种芯片集成光缓存器，包括：

3、光波导器件，用于输入和输出光信号；

4、微环谐振腔，所述微环谐振腔能够在指定谐振频率下产生光学谐振，并当所述微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率不重合时，所述微环谐振腔处于直通状态，当所述微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率重合时，所述微环谐振腔处于交叉状态；

5、光环路，所述光环路和所述光波导器件分别位于所述微环谐振腔的两个不同方向上，且所述光环路和所述光波导器件分别与所述微环谐振腔耦合。

6、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述光波导器件、所述微环谐振腔和所述光环路均处于同一平面内，且所述光环路和所述光波导器件分别沿所述微环谐振腔的不同侧边耦合。

7、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述光波导器件和所述光环路均处于同一平面内，且所述光波导器件和所述光环路均沿所述微环谐振腔的所在平面的上方耦合或下方耦合。

8、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述光波导器件和所述微环谐振腔均处于同一平面内，且所述光波导器件沿所述微环谐振腔的一侧边耦合，所述光环路沿所述微环谐振腔的所在平面的上方耦合或下方耦合。

9、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，还包括：

10、电极，所述电极靠近所述微环谐振腔设置，用于改变所述微环谐振腔的谐振频率。

11、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，还包括：

12、移动装置，所述移动装置的一端与所述微环谐振腔连接，另一端与所述光环路连接，用于调节所述微环谐振腔的导光边缘与所述光环路之间的间隙，从而调整所述微环谐振腔与所述光环路之间的耦合强度。

13、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述微环谐振腔包括：由波导首尾相接构成的环状结构；

14、所述光环路包括：由波导首尾相接构成的环状结构，或，所述光环路包括：微盘谐振器。

15、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述光波导器件包括：薄膜铌酸锂波导、硅波导、氮化硅波导、氮氧化硅波导、二样化硅波导、拉锥光纤和d形光纤其中的任意一种。

16、根据本申请提供的一种芯片集成光缓存器，所述光环路包括：薄膜铌酸锂波导、硅波导、氮化硅波导、氮氧化硅波导、二样化硅波导、拉锥光纤和d形光纤其中的任意一种；

17、或，所述光环路包括：铌酸锂微盘谐振器、氟化镁微盘谐振器、氟化钙微盘谐振器和二氧化硅微盘谐振器其中的任意一种。

18、本发明还提供一种芯片集成光缓存器的工作方法，其是根据本发明实施例中的芯片集成光缓存器的工作方法，包括：

19、调整微环谐振腔的谐振频率与待输入的光信号的频率不重合，微环谐振腔处于直通状态；

20、通过光波导器件输入光信号，并调整微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率相同，微环谐振腔处于交叉状态，输入的光信号通过微环谐振腔进入光环路；

21、调整微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号的频率不重合，微环谐振腔处于直通状态，输入的光信号在光环路中循环传播，以储存光信号；

22、调整微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率相同，微环谐振腔处于交叉状态，在光环路中循环传播的光信号通过微环谐振腔进入光波导器件，并从光波导器件输出。

23、本发明提供的一种芯片集成光缓存器，其包括：光波导器件、微环谐振腔和光环路；光波导器件用于输入和输出光信号；微环谐振腔能够进行以指定谐振频率的振动，并当微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率不重合时，微环谐振腔处于直通状态，当微环谐振腔的谐振频率与输入的光信号频率重合时，微环谐振腔处于交叉状态；光环路和光波导器件分别位于微环谐振腔的两个不同方向上，且光环路和光波导器件分别与微环谐振腔耦合。本发明提供的一种芯片集成光缓存器，通过微环谐振腔谐振频率的调控实现光开关功能，利用微环谐振腔与光环路之间采用模式耦合原理(mode coupling)进行功率交换，两者不接触，与现有基于马赫增德尔干涉仪的光开关相比，微环谐振腔不需要直接接入光环路中，大大减小了光开关对光环路损耗的影响，有助于提升芯片集成光缓存器的存储时间。

24、进一步地，本发明提供的一种芯片集成光缓存器的工作方法，其是基于本发明实施例中提供的一种芯片集成光缓存器的工作方法，因此，具有如上同样的优势。

技术特征：

1.一种芯片集成光缓存器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，所述光波导器件(1)、所述微环谐振腔(2)和所述光环路(3)均处于同一平面内，且所述光环路(3)和所述光波导器件(1)分别沿所述微环谐振腔(2)的不同侧边耦合。

3.根据权利要求1所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，所述光波导器件(1)和所述光环路(3)均处于同一平面内，且所述光波导器件(1)和所述光环路(3)均沿所述微环谐振腔(2)的所在平面的上方耦合或下方耦合。

4.根据权利要求1所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，所述光波导器件(1)和所述微环谐振腔(2)均处于同一平面内，且所述光波导器件(1)沿所述微环谐振腔(2)的一侧边耦合，所述光环路(3)沿所述微环谐振腔(2)的所在平面的上方耦合或下方耦合。

5.根据权利要求1所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求4所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的芯片集成光缓存器，其特征在于，

10.一种芯片集成光缓存器的工作方法，其特征在于，根据权利要求1至9中任意一项所述的芯片集成光缓存器的工作方法，包括：

技术总结本发明涉及芯片集成光电子器件技术领域，尤其涉及一种芯片集成光缓存器及其工作方法。该芯片集成光缓存器包括：光波导器件，用于输入和输出光信号；微环谐振腔，微环谐振腔能够在指定谐振频率下发生光学谐振；光环路，光环路和光波导器件分别位于微环谐振腔的两个不同方向上，且光环路和光波导器件分别与微环谐振腔耦合。本发明提供的一种芯片集成光缓存器及其工作方法，通过微环谐振腔谐振频率的调控实现光开关功能，利用微环谐振腔与光环路之间采用模式耦合原理进行功率交换，两者不接触，微环谐振腔不需要直接接入光环路中，大大减小了光开关对光环路损耗的影响，有助于提升芯片集成光缓存器的存储时间。技术研发人员：张巍,林志昊,黄翊东,冯雪,刘仿,崔开宇受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29