[发明专利]基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器(Integrated Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer Based OnMicro-ring Resonator)，特别地，这种可重构光插分复用器由垂直交叉波导级联半径不同的可调双微环谐振器(MRR，Micro-ring Resonator)构成的滤波器单元通过二维排布来实现。

背景技术

21世纪是一个以网络为核心的信息时代，随着科学技术的迅猛发展，通讯领域的信息传输量迅速膨胀，光信息传输网络为信息时代的发展提供了有力的技术支持。光传输网络具有大带宽、大容量、性能稳定等特点。波分复用(WDM)技术的出现迅速提升了光网络的传输容量。上世纪90年代以来，随着光纤通信技术的迅速发展，许多学者提出了“全光网络”的概念，即信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换，中间不经过任何光电转换，以达到全光传输的透明性，实现在任意时间、任意地点、传送任意格式信号的理想目标。基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性和透明性。

新型光网络的发展对光电子器件提出了新的要求。首先，通信运营商在提升光网络容量时，将更加关注光网络的灵活性、稳定性和可扩展性，以降低运营成本和应对快速变化的市场环境。在器件级上，发展可调谐器件、多功能集成的光开关器件和网络性能的监测器件将是构建智能光网络的基石。可重构的光插分复用器(ROADM)作为全光网络的核心设备而越来越受到人们的重视。

光网络的迅速发展对传统的光插分复用器(OADM)也提出了更高的要求：

1、光网络向着灵活性和可扩展性的方向发展，从而要求光插分复用器不仅能够具有波长动态重构而且可以利用软件对网络进行远程控制以支持波长预留和网络恢复的要求。显然，传统的光插分复用器(OADM)难以满足网络发展的要求，而可重构的光插分复用器(ROADM)可以在一个节点上完成光信道的上下路以及光通道之间波长级别的交换，并且通过软件可以远程控制网络中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和调整，使网络具有动态重构和自愈功能，如果采用具有波长变换能力的模块，还可以实现开放式网络结构，使网络具有波长兼容性和业务透明性。

2、光网络向着高速、大容量方向发展，从而对光插分复用器传输容量和稳定性的要求也大大提高。构成基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器的传统结构单元如图1所示，由于该结构是一个单微环结构，其洛伦茨型的滤波特性很难满足系统稳定性的要求，因为很小的波长漂移就很可能导致数据传输的错误。而且单微环结构的自由普范围较小，很难满足光网络的大容量要求。

一般情况增加ROADM传输容量的方法有两种：a.对于固定的信道数可以通过增加单个信道的容量来增加ROADM的传输容量；b.对于固定的信道容量可以通过增加信道数来增加ROADM的传输容量。

我们主要采取第二种方法即增加信道数。根据国际电信联盟(ITU)的规定对于一特定的系统，信道间隔是一定的，例如100GHZ的通信系统，信道间隔为0.8nm。所以对于基于微环谐振器的ROADM而言，要增加信道数必须增大微环的自由普范围(FSR)。由此可见，采取一定的措施扩展微环的自由普范围(FSR)显得尤为重要。

绝缘体上硅(SOI)技术是一项硅集成电路技术，在微电子行业中被广泛采用。为了与硅微电子兼容，硅基光子学也以SOI作为主要的研究平台。近年来基于SOI技术的硅纳米线波导结构成为硅基集成光学领域的研究热点。硅纳米线波导的结构紧凑，截面尺寸为百纳米量级，弯曲半径可以小至微米量级，这极大的减小了器件的面积。随着工艺和结构的改进，纳米线波导的传输损耗不断降低，目前有损耗小于3dB/cm的纳米线波导的报道，虽然该值相对较大，但是基于纳米线波导的器件面积很小，因此器件整体的传输损耗并不大。基于硅纳米线波导的微环谐振器结构具有性能良好、结构紧凑和功能配置灵活等特点。

本发明提出的基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器就是用基于硅基纳米线波导的微环谐振器结构实现的。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器，其集成度高、可扩展性强、且便于与电学元件集成，能利用软件对网络进行远程控制，使网络具有动态重构和自愈功能，利用级联双环的滤波器结构展宽了滤波器的自由普范围(FSR)从而可以增加ROADM的信道数而且可以实现顶部平坦型的滤波特性，大大提高了光插分复用器的传输容量，提高了网络的稳定性。