一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，將光信號經(jīng)微環(huán)光開關(guān)單元處理后送入到光譜檢測單元，光譜檢測單元檢測出光譜變化并進(jìn)行光電信號變換，再光譜檢測單元輸出的電信號依次經(jīng)過數(shù)字信號處理單元和驅(qū)動信號產(chǎn)生單元生成適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號，并通過驅(qū)動單元完成微環(huán)光開關(guān)的驅(qū)動和芯片的溫度控制。這樣實現(xiàn)了微環(huán)光開關(guān)的無制冷溫度補(bǔ)償，克服了微環(huán)光開關(guān)受溫度漂移而劣化的缺點，同時降低了制作的工藝要求，能夠應(yīng)用于高速的交換網(wǎng)絡(luò)中。
【專利說明】一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在社會信息化進(jìn)程中，光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)揮了重要作用；全光交換技術(shù)能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電子交換技術(shù)，但發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由光交換技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換技術(shù)為進(jìn)入節(jié)點的高速信息流提供動態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點及其子網(wǎng)的信息上下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理，這樣可以克服純電子交換的容量瓶頸問題、大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本以及大大提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，加快網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時間。
[0003]光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展依賴于新型光器件的開發(fā)，并正在向全光高速、低功耗、智能等方向演進(jìn)。另一方面，速度、帶寬與集成度的增長，卻導(dǎo)致器件功耗的顯著增加，由于諧振特性可以被用來降低所需的調(diào)制相位量，諧振型光器件對于實現(xiàn)低功耗有很大的潛力，在眾多的諧振結(jié)構(gòu)中，環(huán)形諧振腔非常適合于利用平面波導(dǎo)技術(shù)制作，簡單緊湊，結(jié)構(gòu)靈活，且功能多，被認(rèn)為是未來大規(guī)模集成光路中的基本元件。因而基于環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)，有望制作出滿足商業(yè)要求的超小型、高性能的光開關(guān)。
[0004]光開關(guān)器件是構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)核心交換節(jié)點設(shè)備的最重要元件之一，廣泛地應(yīng)用于光通信、光計算、光互連和光信息處理系統(tǒng)，是眾多光器件研究中的熱點。近年來基于微環(huán)諧振器的集成光開關(guān)結(jié)構(gòu)備受關(guān)注，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高等優(yōu)點，可用于實現(xiàn)濾波、復(fù)用、解復(fù)用、路由、波長變換、光調(diào)制、光交換等功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]就微環(huán)光開關(guān)集成芯片的開發(fā)而言，芯片的設(shè)計和控制技術(shù)最為關(guān)鍵。為了實現(xiàn)微環(huán)芯片的高速開關(guān)功能，往往需要在芯片上制作PIN電極來改變注入半導(dǎo)體中載流子的濃度；同時，還需要制作半導(dǎo)體微加熱電阻，利用熱光效應(yīng)彌補(bǔ)微環(huán)制作工藝誤差。另一方面，為了保證微環(huán)光譜的穩(wěn)定性，往往需要為整個芯片提供恒溫環(huán)境。目前，解決微環(huán)光開關(guān)的溫度敏感性的方法主要有兩種:一種是通過在微環(huán)諧振器上集成微加熱器來保持微環(huán)諧振器恒溫，這種方案存在熱耦合問題，而且隨著集成微環(huán)數(shù)目的增加引腳也會變得越來越多，電路封裝愈加困難；另一種減小微環(huán)光開關(guān)溫度依賴性的方法是采用嵌入微環(huán)的熱平衡干涉儀結(jié)構(gòu)或者在包層中使用負(fù)熱光系數(shù)材料，這種方案缺點在于芯片上的功能元件及其外圍控制電路較多，其制作工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，使微環(huán)光開關(guān)得到溫度補(bǔ)償，克服了微環(huán)光開關(guān)受溫度漂移而劣化的缺點，同時具有驅(qū)動速度快、制作工藝要求低的性能。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，包括:
[0008]—微環(huán)光開關(guān)單兀，包括微環(huán)、輸入信道波導(dǎo)、輸出信道波導(dǎo)和PIN結(jié)構(gòu)；輸入信道波導(dǎo)和輸出信道波導(dǎo)位于微環(huán)兩側(cè)與微環(huán)I禹合在一起，光信號由輸入信道波導(dǎo)端口輸入，當(dāng)光信號滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號則通過輸入信道波導(dǎo)與微環(huán)之間的耦合進(jìn)入微環(huán)，進(jìn)入微環(huán)內(nèi)的光信號再通過微環(huán)與輸出信道波導(dǎo)的耦合從下載端輸出給光譜檢測單元；當(dāng)光信號不滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號從輸入信道波導(dǎo)直通端輸出給下一個微環(huán)光開關(guān)單元；
[0009]其特征在于，還包括:
[0010]一光譜檢測單元，包括偏移濾波器和光電檢測器；光譜檢測單元接收到微環(huán)光開關(guān)單元輸出的光信號后，先由偏移濾波器檢測出微環(huán)光開關(guān)單元溫度變化引起的光譜移動，再將偏移濾波器輸出的光信號經(jīng)過光電檢測器轉(zhuǎn)化為電信號，并將輸出的電信號反饋給數(shù)字信號處理單元；
[0011]一數(shù)字信號處理單元，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電濾波器和LABVIEW控制器；光譜檢測單元輸出的電信號送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過電濾波器的數(shù)字濾波后，采集到更加平滑的數(shù)字信號，電濾波器輸出的數(shù)字信號經(jīng)過LABVIEW控制器的計算處理后，得到適當(dāng)大小的反饋控制信號并輸入給驅(qū)動信號產(chǎn)生單元；
[0012]一驅(qū)動信號產(chǎn)生單元，包括開關(guān)信號輸入部分、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器；FPGA接收數(shù)字信號處理單元產(chǎn)生的反饋控制信號和開關(guān)信號輸入部分產(chǎn)生的開關(guān)信號，通過對開關(guān)信號和反饋控制信號分析計算后，生成合適的數(shù)字電驅(qū)動信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器再將生成的數(shù)字電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化為模擬電驅(qū)動信號輸入給驅(qū)動單元；
[0013]一驅(qū)動單元，用于接收驅(qū)動信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的模擬電驅(qū)動信號，并經(jīng)過放大、濾波和箝位后輸出合適的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓反饋給微環(huán)光開關(guān)單元，通過改變加載到微環(huán)光開關(guān)單元PIN結(jié)構(gòu)上的驅(qū)動電壓來調(diào)節(jié)微環(huán)的諧振波長，從而控制微環(huán)光開關(guān)的開或關(guān)，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0014]其中，所述的偏移濾波器的通帶放置在微環(huán)的諧振峰左邊沿或右邊沿；所述的驅(qū)動信號產(chǎn)生單元按照等時間間隔接收反饋控制信號。
[0015]本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的:
[0016]本發(fā)明一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，將光信號經(jīng)微環(huán)光開關(guān)單元處理后送入到光譜檢測單元，光譜檢測單元檢測出光譜變化并進(jìn)行光電信號變換，再光譜檢測單元輸出的電信號依次經(jīng)過數(shù)字信號處理單元和驅(qū)動信號產(chǎn)生單元生成適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號，并通過驅(qū)動單元完成微環(huán)光開關(guān)的驅(qū)動和芯片的溫度控制。這樣實現(xiàn)了微環(huán)光開關(guān)的無制冷溫度補(bǔ)償，克服了微環(huán)光開關(guān)受溫度漂移而劣化的缺點，同時降低了制作的工藝要求，能夠應(yīng)用于高速的交換網(wǎng)絡(luò)中。
[0017]同時，本發(fā)明微環(huán)光開關(guān)的控制裝置還具有以下有益效果:
[0018](I)、驅(qū)動信號生成單元產(chǎn)生的驅(qū)動信號能夠?qū)崿F(xiàn)微環(huán)光開關(guān)的開、關(guān)功能，同時還能進(jìn)行溫度補(bǔ)償，克服了微環(huán)光開關(guān)受溫度漂移而劣化的缺點；
[0019](2)、將利用熱光效應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)驅(qū)動控制方式更改為利用載流子色散效應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)尿?qū)動控制方式，不僅降低了制作工藝的要求，節(jié)約了成本，同時還提高了驅(qū)動速度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1是本發(fā)明微環(huán)光開關(guān)的控制裝置的一種【具體實施方式】架構(gòu)圖；
[0021]圖2是圖1所示數(shù)字信號處理單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖3是圖1所示驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖4是圖1所示驅(qū)動信號產(chǎn)生單元生成數(shù)字電驅(qū)動信號的示意圖；
[0024]圖5是微環(huán)有效折射率變化量與驅(qū)動電壓的關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。
[0026]實施例
[0027]圖1是本發(fā)明微環(huán)光開關(guān)的控制裝置的一種【具體實施方式】架構(gòu)圖。
[0028]圖2是圖1所示數(shù)字信號處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029]圖3是圖1所示驅(qū)動信號產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0030]圖4是圖1所示驅(qū)動信號產(chǎn)生單元生成數(shù)字電驅(qū)動信號的示意圖。
[0031]在本實施例中，如圖1所示，本發(fā)明微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，包括:一微環(huán)光開關(guān)單元1，包括微環(huán)、輸入信道波導(dǎo)、輸出信道波導(dǎo)和PIN結(jié)構(gòu)；輸入信道波導(dǎo)和輸出信道波導(dǎo)位于微環(huán)兩側(cè)與微環(huán)稱合在一起，光信號由輸入信道波導(dǎo)端口輸入，當(dāng)光信號滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號則通過輸入信道波導(dǎo)與微環(huán)之間的耦合進(jìn)入微環(huán)，進(jìn)入微環(huán)內(nèi)的光信號再通過微環(huán)與輸出信道波導(dǎo)的耦合從下載端輸出給光譜檢測單元；當(dāng)光信號不滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號從輸入信道波導(dǎo)直通端輸出給下一個微環(huán)光開關(guān)單元；
[0032]本實施例中，光信號基于1550nm的入射波長，以半徑為5.56um,振幅稱合系數(shù)為
0.1的微環(huán)結(jié)構(gòu)為例；
[0033]一光譜檢測單元2，包括偏移濾波器和光電檢測器；當(dāng)微環(huán)諧振波長和入射光波長相同時，微環(huán)處在開的最佳狀態(tài)，然而由于微環(huán)諧振峰的對稱性，當(dāng)微環(huán)諧振峰發(fā)生移動時，光譜檢測單元2檢測到的光功率都變小，無法判斷出諧振峰的移動方向，此時需要外加一個偏移濾波器打破這種對稱性，即將偏移濾波器的通帶放置在微環(huán)諧振峰的左邊沿，也可以放置在右邊沿，當(dāng)諧振峰左移的時候，經(jīng)過偏移濾波器輸出的光功率變大；當(dāng)諧振峰右移的時候，經(jīng)過偏移濾波器輸出的光功率變小。因此，光譜檢測單元2接收到微環(huán)光開關(guān)單兀I輸出的光信號后，通過外加一個偏移濾波器可以檢測出光譜的移動；偏移濾波器輸出的光信號再經(jīng)過光電檢測器轉(zhuǎn)化為電信號，而電信號的變化就直接映射出光功率的變化，最后把輸出的電信號反饋給數(shù)字信號處理單元3 ;
[0034]一數(shù)字信號處理單元3，如圖2所示，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電濾波器和LABVIEW控制器；光譜檢測單元2輸出的電信號送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過電濾波器的數(shù)字濾波后，采集到更加平滑的數(shù)字信號，電濾波器輸出的數(shù)字信號經(jīng)過LABVIEW控制器的計算處理后，得到適當(dāng)大小的反饋控制信號并輸入給驅(qū)動信號產(chǎn)生單元4 ；
[0035]本實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用數(shù)字萬用表，光譜檢測單元2輸出的電信號進(jìn)入數(shù)字萬用表轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過電濾波器的數(shù)字濾波，使采集到的數(shù)字信號更加平滑，而LABVIEW控制器主要是將采集的數(shù)字信號映射為適當(dāng)大小的反饋控制信號，如圖2所示，具體包括個人電腦、顯示器和LABVIEW程序，將采集的數(shù)字信號發(fā)送到個人電腦并在顯示器上顯示；
[0036]一驅(qū)動信號產(chǎn)生單元4，如圖3所示，包括開關(guān)信號輸入部分、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器；FPGA接收數(shù)字信號處理單元3產(chǎn)生的反饋控制信號和開關(guān)信號輸入部分產(chǎn)生的開關(guān)信號，如圖4所示，通過對開關(guān)信號和反饋控制信號分析計算后，生成相應(yīng)的數(shù)字電驅(qū)動信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器再將生成的數(shù)字電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化為模擬電驅(qū)動信號輸入給驅(qū)動單元5 ；
[0037]考慮到微環(huán)諧振波長隨溫度的慢變特性，驅(qū)動信號產(chǎn)生單元4只需要按照一定的時間間隔接收反饋控制信號；
[0038]一驅(qū)動單元5，用于接收驅(qū)動信號產(chǎn)生單元4產(chǎn)生的模擬電驅(qū)動信號，并經(jīng)過放大、濾波和箝位后輸出合適的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓反饋給微環(huán)光開關(guān)單元1，通過改變加載到微環(huán)光開關(guān)單元I的PIN結(jié)構(gòu)上的驅(qū)動電壓來調(diào)節(jié)微環(huán)的諧振波長，從而控制微環(huán)光開關(guān)的開或關(guān)；驅(qū)動信號中包含有溫度的變化信息，為了實現(xiàn)溫度補(bǔ)償，驅(qū)動單元5需要產(chǎn)生高精度的驅(qū)動電壓。
[0039]本實施例中，與傳統(tǒng)的驅(qū)動控制方法:聯(lián)合使用PIN電極和加熱電阻相比，傳統(tǒng)的驅(qū)動控制方法使用加熱電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，利用熱光效應(yīng)改變微環(huán)諧振器的有效折射率，其開關(guān)速度為微秒量級；本發(fā)明使用驅(qū)動PIN結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行開關(guān)的驅(qū)動和溫度控制，利用載流子色散效應(yīng)改變微環(huán)的有效折射率，其開關(guān)速度為納秒量級，提高了微環(huán)光開關(guān)的驅(qū)動速度。
[0040]圖5是微環(huán)諧有效折射率變化量與驅(qū)動電壓的關(guān)系曲線圖。
[0041]本實施例中，如圖5所示，當(dāng)電壓小于0.7V時，微環(huán)諧振器的有效折射率不隨電壓的變化而改變，因此當(dāng)溫度引起有效折射率變化時，驅(qū)動單元需要產(chǎn)生大于0.7V的驅(qū)動電壓進(jìn)行有效折射率的補(bǔ)償。當(dāng)溫度變化引起的有效折射率變化為Anrff時，為了補(bǔ)償有效折射率的變化，如圖5所示，所需的驅(qū)動電壓由數(shù)字信號處理單元輸出相應(yīng)的反饋控制信號，再由驅(qū)動信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電驅(qū)動信號，最后通過驅(qū)動單元產(chǎn)生所需的驅(qū)動電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0042]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，包括: 一微環(huán)光開關(guān)單兀，包括微環(huán)、輸入信道波導(dǎo)、輸出信道波導(dǎo)和PIN結(jié)構(gòu)；輸入信道波導(dǎo)和輸出信道波導(dǎo)位于微環(huán)兩側(cè)與微環(huán)I禹合在一起，光信號由輸入信道波導(dǎo)端口輸出，當(dāng)光信號滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號則通過輸入信道波導(dǎo)與微環(huán)之間的耦合進(jìn)入微環(huán)，進(jìn)入微環(huán)內(nèi)的光信號再通過微環(huán)與輸出信道波導(dǎo)的耦合從下載端輸出給光譜檢測單元；當(dāng)光信號不滿足微環(huán)的諧振波長時，光信號從輸入信道波導(dǎo)直通端輸出給下一個微環(huán)光開關(guān)單元； 其特征在于，還包括: 一光譜檢測單元，包括偏移濾波器和光電檢測器；光譜檢測單元接收到微環(huán)光開關(guān)單元輸出的光信號后，先由偏移濾波器檢測出微環(huán)光開關(guān)單元溫度變化引起的光譜移動，再將偏移濾波器輸出的光信號經(jīng)過光電檢測器轉(zhuǎn)化為電信號，并將輸出的電信號反饋給數(shù)字信號處理單元； 一數(shù)字信號處理單元，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電濾波器和LABVIEW控制器；光譜檢測單元輸出的電信號送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過電濾波器的數(shù)字濾波后，采集到更加平滑的數(shù)字信號，電濾波器輸出的數(shù)字信號經(jīng)過LABVIEW控制器的計算處理后，得到適當(dāng)大小的反饋控制信號并輸入給驅(qū)動信號產(chǎn)生單元； 一驅(qū)動信號產(chǎn)生單元，包括開關(guān)信號輸入部分、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器；FPGA接收數(shù)字信號處理單元產(chǎn)生的反饋控制信號和開關(guān)信號輸入部分產(chǎn)生的開關(guān)信號，通過對開關(guān)信號和反饋控制信號分析計算后，生成合適的數(shù)字電驅(qū)動信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換器再將生成的數(shù)字電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化為模擬電驅(qū)動信號輸入給驅(qū)動單元； 一驅(qū)動單元，用于接收驅(qū)動信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生的模擬電驅(qū)動信號，并經(jīng)過放大、濾波和箝位后輸出合適的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓反饋給微環(huán)光開關(guān)單元，通過改變加載到微環(huán)光開關(guān)單元PIN結(jié)構(gòu)上的驅(qū)動電壓來調(diào)節(jié)微環(huán)的諧振波長，從而控制微環(huán)光開關(guān)的開或關(guān)，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，其特征在于包括:所述的偏移濾波器的通帶放置在微環(huán)的諧振峰左邊沿或右邊沿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微環(huán)光開關(guān)的控制裝置，其特征在于包括:所述的驅(qū)動信號產(chǎn)生單元按照等時間間隔接收反饋控制信號。
【文檔編號】G05B19/04GK103955147SQ201410168946
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】武保劍, 王利輝, 邱昆, 文峰, 胡鋼, 廖明樂, 張中一 申請人:電子科技大學(xué)