光波导微环谐振器用于二进制格式变换研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 19 (2013) 194201 光波导微环谐振器用于二进制格式变换研究* † 张利斌 陈少武 费永浩 曹彤彤 曹严梅 雷勋 ( 中国科学院半导体研究所, 集成光电子学联合国家重点实验室, 北京 100083 ) ( 2013 年4 月26 日收到; 2013 年5 月28 日收到修改稿) 实验观测到了微环对入射二进制码的格式转换作用, 且这种转换作用对入射光波长具有强烈的依赖关系. 使用 线性耦合模理论, 结合傅里叶变换以及电光马赫曾德强度调制作用, 理论再现了这一实验结果, 并通过使用简化的 传递函数对此进行了解释. 理论分析还表明, 对于非临界耦合微环, 通过格式转换后波形的非对称性可以直观地判 断微环的耦合状态, 即过耦合或欠耦合有不同的输出波形特点. 关键词: 微环谐振器, 数据格式转换, 耦合模方程, 传递函数 PACS: 42.30.Lr, 42.60.Da, 42.82.Et, 02.30.Nw DOI: 10.7498/aps.62.194201 强度调制器的调制作用, 理论再现了这一现象. 理 1 引言 论结果还显示, 若采用电吸收调制器(理想情况, 忽 略相位的微弱变化), 则这种时间反演对称现象将消 近些年, 许多课题组基于光学非线性效应对全 失, 取而代之的是入射光波长红移或蓝移相同波长 光数据格式转换进行了研究1−3 , 其中一些课题组 时, 得到相同的输出光波形. , Su 实现了硅基微环全光数据格式转换 如 等人基 微环对输入二进制数据的格式转换作用还依 于硅的非线性性质研究了非归零码(NRZ) 向相移 赖于微环与波导的耦合强弱, 理论分析表明, 过耦 4 键控(PSK) 的高速转换 , 以及非归零码向归零码 合和欠耦合条件下得到的转换波形的形状恰好相 5 (RZ) 的高速转换 . 在某些特定条件下, 基于材料 反. 因此, 通过判断谐振波长下微环对输入矩形波 的线性性质同样也可以实现数据的格式转换, 如 的转换波形的形状, 可以便捷地判断此时微环所处 Zhou6 和Zhai7 等人分别实验验证了线性条件下 的耦合状态. 而之前评判微环耦合状态的方法通常 硅基微环可以将NRZ 转换为PRZ(伪归零码), 其中 需要测试不同耦合强度的微环, 通过比较品质因子 Zhou 使用微环的滤波方程对这种现象进行了理论 13 或消光比等方法得到 . 分析. 微环对入射光数据格式的线性变换作用非常 89 类似于微分器 , 因此, 许多课题组基于单个微环 2 实验装置与结果 或者级联微环实现了对入射光波信号的一阶及高 阶微分10−12 . 实验采用如图1 所示的装置, 可调谐连续波激 在这篇文章中, 我们实验观察到了微环在入射 光器输出的光经过偏振控制器后, 被电光MZ 强度 光功率较低的情况下对二进制数据流的格式转换 调制器调制, 调制之后的连续波(CW 光) 变为矩形 现象, 即输出光在二进制码由“0” 变为“1” 的上升 二进制码信号. 该信号光经过EDFA 放大后, 通过 沿和由“1” 变为“0” 的下降沿