一种低功耗实现相位再生系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种低功耗实现相位再生系统及方法，属于相位再生领域，系统包括；第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一波导和第二波导；第一微环谐振腔与所述第一波导处于临界耦合状态；第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔半径的整数倍；第一微环谐振腔用于泵浦光和信号光的谐振，在四波混频作用下，信号光波长处生成闲频光；闲频光与信号光发生相干干涉，实现相位再生泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是第二微环谐振腔的谐振峰对应的波长；信号光的波长为第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。本发明专利技术保证信号光的调制速率和闲频光的转换效率，实现相位再生功能，并显著降低功耗。并显著降低功耗。并显著降低功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗实现相位再生系统及方法


[0001]本专利技术属于相位再生领域，更具体地，涉及一种低功耗实现相位再生系统及方法。

技术介绍

[0002]随着通信系统的发展，对数据的容量要求越来越大，越来越多的研究者将目光转向相位调制，使数据在传输时可以同时携带幅度信息和相位信息。然而，随之而来的技术限制是在传输过程中产生的非线性噪声会限制通信质量。利用相位再生技术可以很好地消除相位调制过程中的非线性噪声，通过相位敏感放大器可以同时再生出幅度信息和相位信息。目前的相位再生技术大都是利用四波混频产生谐波，再将谐波与信号光进行相干叠加实现再生，这要求谐波与信号光的幅值较为接近，才能实现较好的相位再生效果。
[0003]通过高非线性光纤的四波混频效应以实现相位再生，为相位敏感放大实用化跨进了一大步。将相位锁定的两束泵浦光和信号光注入高非线性光纤，在光纤内会发生四波混频作用，产生与泵浦光和信号光相位相关的闲频光。闲频光与信号光进行相干叠加，实现相位敏感放大效果，原理如图1所示。但是该方法所需的功率较高，且需要较长的光纤，不适用于集成化。
[0004]采用光子晶体波导实现相位再生，在器件上做到了小型化，其原理是利用泵浦简并的四波混频技术，如图2所示。但是该结构存在双光子吸收和自由载流子吸收作用，虽然能实现较好的消光比，但再生后的信号的峰值增益较小。
[0005]在硅波导上使用逆向偏压p
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n结，可以有效降低硅波导的自由载流子吸收，提高四波混频的效率。但是该方法波导结构较为复杂，且需要额外施加电偏压，功耗较大。
[0006]采用SiGe波导，利用两束不同偏振的泵浦光进行四波混频，也可以实现相位再生，原理如图3所示。但是该方案需要严格控制入射光的偏振状态，实现较为复杂且实用性不高。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种低功耗实现相位再生系统及方法，旨在解决现有的相位再生实现方法功耗较大的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种低功耗实现相位再生系统，包括：第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一波导和第二波导；
[0009]第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态，耦合系数为第一耦合系数；第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合，耦合系数为第二耦合系数，耦合波长处的谐振峰对应的模式部分劈裂；第二微环谐振腔与第二波导耦合，耦合系数为第三耦合系数，耦合获取的输出带宽比传输信号的带宽大；第三耦合系数略大于第二耦合系数；第一微环谐振腔的半径为第二微环谐振腔的半径的整数倍；
[0010]第一波导用于输入两束泵浦光；第二波导用于输入信号光并调节第三耦合系数的大小；第一微环谐振腔用于泵浦光和信号光的谐振，在四波混频作用下，信号光波长处生成
闲频光；闲频光与信号光发生相干干涉，实现相位再生；第二微环谐振腔用于信号光的谐振；
[0011]其中，两束泵浦光的波长关于信号光的波长对称；泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是第二微环谐振腔的谐振峰对应的波长；信号光的波长为第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。
[0012]优选地，第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的材料为三阶非线性材料。
[0013]优选地，第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的耦合强度值大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一是实现第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的条件；
[0014]其中，第一损耗为第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗的总损耗；
[0015]第二损耗为第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗的总损耗。
[0016]优选地，第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态的获取方法为：
[0017]通过调节第一波导与第一微环谐振腔的距离调节第一耦合系数，使得第一波导引入的耦合损耗与其他剩余损耗相等。
[0018]另一方面，本专利技术基于上述提供的低功耗实现相位再生系统，提供了相应的相位再生方法，包括以下步骤：
[0019]将泵浦光输入至第一微环谐振腔中进行谐振增强，提高第一微环谐振腔内的功率；
[0020]在第二波导端输入信号光，信号光在第一微环谐振腔与第二微环谐振腔内振荡；
[0021]基于四波混频的相位匹配条件，泵浦光与信号光在第一微环谐振腔内发生非线性作用，在信号光波长处产生闲频光；
[0022]闲频光与信号光发生相干叠加，当闲频光与信号光干涉相长时，信号光被放大，当闲频光与信号光干涉相消时，信号光被削弱，实现相位再生；
[0023]其中，所述第一微环谐振腔与第一波导处于临界耦合状态，所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰对应的模式部分劈裂；所述第三耦合系数略大于第二耦合系数；所述第一微环谐振腔的半径为所述第二微环谐振腔半径的整数倍；
[0024]两束所述泵浦光的波长关于所述信号光的波长对称；所述泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是所述第二微环谐振腔的谐振峰对应的波长；所述信号光的波长为所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。
[0025]优选地，第一微环谐振腔与第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的方法为：使第一微环谐振腔和第二微环谐振腔之间的耦合强度值大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一；
[0026]其中，第一损耗为第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗的总损耗；
[0027]第二损耗为第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗的总损耗。
[0028]优选地，第一微环谐振腔与所述第一波导处于临界耦合状态的获取方法为：
[0029]通过调节所述第一波导与所述第一微环谐振腔的距离调节第一耦合系数，使得所述第一波导引入的耦合损耗与其他剩余损耗相等。
[0030]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0031]本专利技术提供的输入泵浦光波长在第一微环谐振腔能产生谐振，但不会在第二谐振腔内谐振；输入的信号光波长在第一谐振腔和第二谐振腔内均能谐振。此时，由于与两微环耦合的波导耦合系数不同，且泵浦光、信号光分别从两波导输入，能将泵浦光和信号光分离开，对泵浦光保证极强的增强效应，对信号光能保证很大的带宽和该带宽下最强的增强效应。因此可以保证信号光的调制速率和闲频光的转换效率，实现相位再生功能，并显著降低功耗。
[0032]本专利技术通过两个微环谐振腔耦合的结构为基础，微环谐振腔结构较小，(一般半径在200um以内)，相比高非线性光纤结构(一般长度在百米级以上)，可以在芯片上更好地集成化。
[0033]本专利技术提供的第一微环谐振腔与第二微环谐振腔为三阶非线性材料，这种材料损耗相对比较低，可以降低功耗。
[0034]本专利技术提供的第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的方法为：使所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗实现相位再生系统，其特征在于，包括：第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一波导和第二波导；所述第一微环谐振腔与所述第一波导处于临界耦合状态，耦合系数为第一耦合系数；所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合，耦合系数为第二耦合系数，耦合波长处的谐振峰对应的模式部分劈裂；所述第二微环谐振腔与所述第二波导耦合，耦合系数为第三耦合系数，耦合获取的输出带宽比传输信号的带宽大；所述第三耦合系数大于第二耦合系数；所述第一微环谐振腔的半径为所述第二微环谐振腔半径的整数倍；所述第一波导用于输入两束泵浦光；所述第二波导用于输入信号光并调节第三耦合系数的大小；所述第一微环谐振腔用于泵浦光和信号光的谐振，在四波混频作用下，信号光波长处生成闲频光；闲频光与信号发生相干干涉，实现相位再生；所述第二微环谐振腔用于信号光的谐振；其中，两束所述泵浦光的波长关于所述信号光的波长对称；所述泵浦光的波长为第一微环谐振腔的谐振峰对应的波长，且不是所述第二微环谐振腔的谐振峰对应的波长；所述信号光的波长为所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合的谐振峰对应的波长。2.根据权利要求1所述的低功耗实现相位再生系统，其特征在于，所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的材料为三阶非线性材料。3.根据权利要求1或2所述的低功耗实现相位再生系统，其特征在于，所述第一微环谐振腔与所述第二微环谐振腔耦合波长处的谐振峰产生模式劈裂的方法为：使所述第一微环谐振腔和所述第二微环谐振腔之间的耦合强度值大于第一损耗和第二损耗之间差值的四分之一；其中，所述第一损耗为第二微环谐振腔本征损耗和第二波导引入的耦合损耗的总损耗；所述第二损耗为第一微环谐振腔本征损耗和第一波导引入的耦合损耗的总损耗。4.根据权利要求1所述的低功耗实现相位再生系统，其特征在于，所述第一微环谐振腔与所述第一波导处于临界耦合状态的获取方法为：通过调节所述第一波导与所述第一微环...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐竞，何诗琪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：