本發(fā)明涉及光子神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算芯片及光電器件，具體為一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器。

背景技術(shù)：

1、在蓬勃發(fā)展且極具應(yīng)用前景的光子神經(jīng)擬態(tài)網(wǎng)絡(luò)這一前沿領(lǐng)域中，為了成功達(dá)成高效、精準(zhǔn)且復(fù)雜的光學(xué)計(jì)算功能，迫切需要眾多類型多樣、性能卓越的硅光器件共同參與、協(xié)同運(yùn)作，而在這眾多的硅光器件里，硅光調(diào)制器無(wú)疑占據(jù)著舉足輕重、不可替代的關(guān)鍵地位，它宛如整個(gè)光子神經(jīng)擬態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的核心樞紐，對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確而高效的光學(xué)計(jì)算發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

2、目前現(xiàn)有的微環(huán)諧振腔fano共振調(diào)制器消光比較低，硅光調(diào)制器輸出光譜諧振峰較低，并且因?yàn)橄獗容^低調(diào)制器性能較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，解決了消光比較低不利于硅光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，包括：三個(gè)微環(huán)諧振腔耦合總線波導(dǎo)，所述三個(gè)微環(huán)與總線波導(dǎo)的耦合區(qū)域各設(shè)有一個(gè)矩形波導(dǎo)，光從i?nput口輸入，然后通過(guò)總線波導(dǎo)與微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域耦合入微環(huán)諧振腔，在三個(gè)微環(huán)諧振腔中諧振后，再通過(guò)總線波導(dǎo)through輸出。

3、優(yōu)選的，所述矩形波導(dǎo)用于引入額外相位因子，將微環(huán)諧振腔中的輸出光譜由lorenz線型轉(zhuǎn)變?yōu)閒ano共振線型，提升輸出光譜諧振峰的線性度。

4、優(yōu)選的，所述調(diào)制器基于soi平臺(tái)加工制造，波導(dǎo)寬度為450nm，厚度為220nm。

5、優(yōu)選的，所述調(diào)制器采用傳輸矩陣法分析其傳輸特性，所述傳輸矩陣法將整個(gè)硅光器件看作是具有多個(gè)輸入輸出端口的黑盒子，每個(gè)端口的響應(yīng)特性與器件的各個(gè)參量聯(lián)系在一起，得到器件各端口在不同參量下的響應(yīng)特性，器件的輸入輸出端口之間的關(guān)系通過(guò)以下公式表示：其傳輸矩陣通過(guò)表示，并且t和k滿足：t2+k2＝1，其中t和k分別為透射系數(shù)和耦合系數(shù)。

6、優(yōu)選的，所述傳輸矩陣法用于分析硅基多環(huán)級(jí)聯(lián)fano共振器件傳輸特性，該器件的輸出光譜為：式中：eout為輸出光場(chǎng)，e0為輸入光場(chǎng)，t和κ1(κ2)分別是耦合區(qū)域的透射系數(shù)和耦合系數(shù)，δφ為耦合區(qū)域的矩形波導(dǎo)引入的相位，κ2＝κ1κ2＝1－t2，α為線性損耗系數(shù)，neff為有效折射率，λ是工作波長(zhǎng)，r為微環(huán)諧振腔的半徑。

7、優(yōu)選的，所述調(diào)制器基于等離子色散效應(yīng)進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)改變半導(dǎo)體材料中的自由載流子濃度，其材料本身的折射率實(shí)部和虛部隨之發(fā)生改變，自由載流子濃度對(duì)材料折射率虛部(吸收系數(shù))δα的影響用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：δα(λ)＝3.52×10-6λ2δn+2.4×10-6λ2δp

8、δn(λ)＝-3.64×10-10λ2δn-3.51×10-6λ2δp0.8

9、式中，δn、δp分別是電子和空穴的濃度(cm-3)。

10、一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器的使用方法，所述方法包括：

11、步驟一：將基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器與相應(yīng)的光通信系統(tǒng)或光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行連接，確保光從指定的i?nput口準(zhǔn)確輸入，并從總線波導(dǎo)through口輸出；

12、步驟二：根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工作環(huán)境，對(duì)調(diào)制器的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括調(diào)整微環(huán)諧振腔的半徑、矩形波導(dǎo)引入的相位因子、耦合系數(shù)，啟動(dòng)光通信系統(tǒng)或光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，使光信號(hào)從i?nput口輸入調(diào)制器，光在三個(gè)微環(huán)諧振腔中發(fā)生諧振；

13、步驟三：利用傳輸矩陣法對(duì)調(diào)制器的傳輸特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，通過(guò)測(cè)量輸入輸出端口的光場(chǎng)強(qiáng)度、波長(zhǎng)等參數(shù)，結(jié)合傳輸矩陣公式和相關(guān)理論評(píng)估調(diào)制器性能；

14、步驟四：基于等離子色散效應(yīng)進(jìn)行調(diào)制操作，通過(guò)控制半導(dǎo)體材料中的自由載流子濃度改變材料的折射率實(shí)部和虛部，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，并根據(jù)具體調(diào)制需求精確調(diào)整載流子濃度；

15、步驟五：在使用過(guò)程中，持續(xù)監(jiān)測(cè)調(diào)制器的輸出光譜，確保輸出光譜諧振峰的線性度滿足應(yīng)用要求，若出現(xiàn)性能偏差，及時(shí)檢查參數(shù)設(shè)置和外部工作條件并進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

16、本發(fā)明提供了一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器。具備以下

17、有益效果：

18、1、本發(fā)明通過(guò)采用三個(gè)微環(huán)諧振腔耦合總線波導(dǎo)，在三個(gè)微環(huán)與總線波導(dǎo)的耦合區(qū)域各有一個(gè)矩形波導(dǎo)，用于引入額外相位因子，從而可將微環(huán)諧振腔中的輸出光譜由lorenz線型轉(zhuǎn)變?yōu)閒ano共振線型，可提升輸出光譜諧振峰的線性度。

19、2、本發(fā)明采用三環(huán)級(jí)聯(lián)的方法提升器件的消光比，光從i?nput口輸入，然后通過(guò)總線波導(dǎo)與微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域耦合入微環(huán)諧振腔，在三個(gè)微環(huán)諧振腔中諧振后，再通過(guò)總線波導(dǎo)through輸出，該方法可實(shí)現(xiàn)每個(gè)共振波長(zhǎng)都具有高消光比的fano共振諧振峰，從而可將其結(jié)構(gòu)應(yīng)用于硅光調(diào)制器中，極大地提升調(diào)制器性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于，包括：三個(gè)微環(huán)諧振腔耦合總線波導(dǎo)，所述三個(gè)微環(huán)與總線波導(dǎo)的耦合區(qū)域各設(shè)有一個(gè)矩形波導(dǎo)，光從input口輸入，然后通過(guò)總線波導(dǎo)與微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域耦合入微環(huán)諧振腔，在三個(gè)微環(huán)諧振腔中諧振后，再通過(guò)總線波導(dǎo)through輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于：所述矩形波導(dǎo)用于引入額外相位因子，將微環(huán)諧振腔中的輸出光譜由lorenz線型轉(zhuǎn)變?yōu)閒ano共振線型，提升輸出光譜諧振峰的線性度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于：所述調(diào)制器基于soi平臺(tái)加工制造，波導(dǎo)寬度為450nm，厚度為220nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于：所述調(diào)制器采用傳輸矩陣法分析其傳輸特性，所述傳輸矩陣法將整個(gè)硅光器件看作是具有多個(gè)輸入輸出端口的黑盒子，每個(gè)端口的響應(yīng)特性與器件的各個(gè)參量聯(lián)系在一起，得到器件各端口在不同參量下的響應(yīng)特性，器件的輸入輸出端口之間的關(guān)系通過(guò)以下公式表示：其傳輸矩陣通過(guò)表示，并且t和k滿足：t2+k2＝1，其中t和k分別為透射系數(shù)和耦合系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于：所述傳輸矩陣法用于分析硅基多環(huán)級(jí)聯(lián)fano共振器件傳輸特性，該器件的輸出光譜為：式中：eout為輸出光場(chǎng)，e0為輸入光場(chǎng)，t和κ1(κ2)分別是耦合區(qū)域的透射系數(shù)和耦合系數(shù)，δφ為耦合區(qū)域的矩形波導(dǎo)引入的相位，κ2＝κ1κ2＝1－t2，α為線性損耗系數(shù)，neff為有效折射率，λ是工作波長(zhǎng)，r為微環(huán)諧振腔的半徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，其特征在于：所述調(diào)制器基于等離子色散效應(yīng)進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)改變半導(dǎo)體材料中的自由載流子濃度，其材料本身的折射率實(shí)部和虛部隨之發(fā)生改變，自由載流子濃度對(duì)材料折射率虛部(吸收系數(shù))δα的影響用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：δα(λ)＝3.52×10-6λ2δn+2.4×10-6λ2δp

7.一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器的使用方法，其特征在于，用于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比f(wàn)ano共振調(diào)制器，所述方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光子神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算芯片及光電器件領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于多環(huán)級(jí)聯(lián)的高消光比Fano共振調(diào)制器，包括：三個(gè)微環(huán)諧振腔耦合總線波導(dǎo)，所述三個(gè)微環(huán)與總線波導(dǎo)的耦合區(qū)域各設(shè)有一個(gè)矩形波導(dǎo)，光從I?nput口輸入，然后通過(guò)總線波導(dǎo)與微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)域耦合入微環(huán)諧振腔，在三個(gè)微環(huán)諧振腔中諧振后，再通過(guò)總線波導(dǎo)Through輸出，所述矩形波導(dǎo)用于引入額外相位因子，將微環(huán)諧振腔中的輸出光譜由Lorenz線型轉(zhuǎn)變?yōu)镕ano共振線型。通過(guò)采用三個(gè)微環(huán)諧振腔耦合總線波導(dǎo)，在三個(gè)微環(huán)與總線波導(dǎo)的耦合區(qū)域各有一個(gè)矩形波導(dǎo)，用于引入額外相位因子，從而可將微環(huán)諧振腔中的輸出光譜由Lorenz線型轉(zhuǎn)變?yōu)镕ano共振線型，可提升輸出光譜諧振峰的線性度。

技術(shù)研發(fā)人員：徐英杰,祝連慶,鹿利單,陳偉強(qiáng),董明利,何彥霖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10