[发明专利]基于自零差检测的自动波长锁定装置

说明书

一种基于自零差检测的自动波长锁定装置，包括：设置于光子集成芯片上的微环谐振器、用于补偿温度漂移的微加热器、用于数据信号调制的p‑i‑n二极管、用于实现两路光波耦合的带有移相器的定向耦合器和与之相连的光电探测器以及功率监测电路和控制单元，光信号从微环谐振器的直通输入端入射，从微环直通端出射，功率监测模块采集光电探测器的输出并将当前监控光功率输出至控制单元，内置波长锁定算法的控制单元根据当前监控光功率实时计算微加热器及移相器的期望电压，并分别输出控制指令至微加热器和移相器，形成反馈控制微环谐振波长。本发明能够大幅提升微环调制器、滤波器的工作波长范围、工作温度范围及工艺误差容忍度。

技术领域

本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体涉及一种用于对微环器件进行谐振波长控制的装置，能够解决传统微环调制器、滤波器的波长敏感性问题，实现超过一个自由谱宽度的大范围自动波长对准锁定，从而大幅提升微环调制器、滤波器的工作波长范围、工作温度范围及工艺误差容忍度。

背景技术

现有锁定单环器件基于热光调节的原理，采用的技术手段包括基于输出功率监测、基于温度监测、基于误码率监测、基于散射光功率监测以及基于平衡零差监测的波长锁定，其中基于平衡零差相对而言具有控制电路结构简单、适用于调制器和滤波器、对光信号强度波动不敏感、不会干扰光信号等优点，但当微环器件用作调制器时，调制信号中的低频分量会对误差控制信号造成干扰，并进一步干扰波长锁定的过程；由于工艺误差、平衡光电探测器的响应度差异、器件上温度分布不均等因素，该方案需要对平衡探测的两个定向耦合器的输出信号做精确的相位控制以补偿相位漂移，却没有给出自动的精确相位控制方案，目前是手动控制；由于平衡探测的两个定向耦合器的输出信号光强度相差较大，需要平衡光电探测器来生成误差信号。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于自零差检测的自动波长锁定装置，通过光学干涉原理将微环的半程圆周相移锁定到π的整数倍，从而锁定微环谐振波长；本发明不需要参考光信号，因此属于自零差检测(Self-homodyne)。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于自零差检测的自动波长锁定装置，包括：设置于光子集成芯片上的微环谐振器、用于补偿温度漂移的微加热器、用于数据信号调制的p-i-n二极管、用于实现两路光波耦合的带有移相器的定向耦合器和与之相连的光电探测器以及功率监测电路和控制单元，其中：光信号从微环谐振器的直通输入端入射，从微环直通端出射，功率监测模块采集光电探测器的输出并将当前监控光功率输出至控制单元，内置波长锁定算法的控制单元根据当前监控光功率实时计算微加热器及移相器的期望电压，并分别输出控制指令至微加热器和移相器，形成反馈控制微环谐振波长。

所述的微环谐振器采用全通型微环谐振器，包括：底部直波导和环形反馈波导回路，也可由两根直波导和一根环形波导组成，其中：微加热器和p-i-n二极管分别设置于微环谐振器的环形反馈波导回路上并各自依据热光效应和电光效应调节微环谐振器的谐振波长。

所述的微加热器无特定形状结构要求，可用多种结构实现，但其承受的功率调节范围要能使谐振器的谐振峰热调超过一个自由频谱宽度(FSR)。

所述的p-i-n二极管用于高速信号电光调制，可用多种结构/工艺实现，但要能使谐振器的电光调制消光比达到实际应用场景的需求，如30dB、40dB等。

所述的定向耦合器为2×1的Y型耦合器或多模干涉仪(MMI)型耦合器，其交叉耦合系数优选设计得较小，当输入两路光信号的相位差为π时，Y型耦合器输出为零；优选如每个耦合器可耦合出2％功率的光进行控制，以降低功率损失及保持微环的高Q值光谱特性。

所述的移相器，其目的在于通过适当地调整两臂光信号的相位差，从而补偿工艺误差导致的上下两臂传输波导的长度差影响，及环境温度的影响。