一种光纤通信技术领域的基于微环谐振腔的全光微分方程求解器，包括：待处理信号发生模块、全光微分方程求解器模块和处理后信号观测与分析模块，其中：待处理信号发生模块、全光微分方程求解器模块和处理后信号观测与分析模块依次串联连接；所述的全光微分方程求解器模块包括：若干个微环谐振腔和与之相连的反馈环，其中：微环谐振腔与反馈环耦合形成两个输出支路；其中一个输出支路作为信号输出端，另一个输出支路作为反馈端循环，通过改变系统中与反馈环耦合的微环谐振腔的个数实现一阶或二阶全光微分方程的求解。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是光纤通信
，具体是一种基于微环谐振腔的全光微分方程 求解器。
技术介绍
目前用于计算和信息处理的集成电子器件正逐渐接近其处理速率的极限。相较于 传统电子器件，基于光器件的全光计算和信息处理技术能够有效克服高速传输过程中的带 宽瓶颈，因而具有显著优势。 微分方程式广泛应用于自然科学工程领域。作为最基本的微分方程，线性常系数 微分方程被广泛应用于线性时不变系统。求解线性常系数微分方程是实时模拟信号处理的 重要组成部分。相比于传统电域的微分方程求解器，全光微分方程求解器具有将处理带宽 提升若干个数量级的潜能。 经过对现有技术的文献检索发现，Kenneth Y. Yun等人于1998年发表在IEEE Trans. VLISSyst上的文章"The design and verification of a high -performance low -control -overhead asynchronous differential equation solve"中提出用带有 drop 端 的微环谐振腔来求解微分方程的整体思路，这个方案具有高集成的优势，但是当输入信号 包含多种不同阶数时，它不能求解高阶微分方程。 中国专利文献CN104375354A，公开日2015. 02. 25,公开了一种基于干涉耦合硅基 微环谐振腔的可调光微分方程求解器。其特点是该装置的微环谐振腔具有两个干涉耦合 器，通过改变两个干涉耦合器的外臂相移，从而实现所求线性解常系数微分方程系数的动 态调节，满足一般形式线性时不变系统的模拟和分析。该结构亦不能求解高阶微分方程。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于微环谐振腔的全光微分方程 求解器，具有处理一阶或二阶输入信号的功能，可应用于线性时不变系统的建模和表征，为 求解高集成芯片上的常微分方程提供了解决方案。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括：待处理信号发生模块、全光微分 方程求解器模块和处理后信号观测与分析模块，其中：待处理信号发生模块、全光微分方程 求解器模块和处理后信号观测与分析模块依次串联连接；待处理信号发生模块产生待处理 的光信号并从输出端输出至全光微分方程求解器模块，经全光微分方程求解器模块处理后 得到的信号由输出端输出至处理后信号观测与分析模块进行检测。 所述的全光微分方程求解器模块包括：若干个微环谐振腔和与之相连的反馈环， 其中：微环谐振腔与反馈环之间通过两个耦合器分别耦合，并形成两个输出支路；其中一 个输出支路作为信号输出端，另一个输出支路作为反馈端循环；通过改变系统中与反馈环 耦合的微环谐振腔的个数实现一阶或二阶全光微分方程的求解。 所述的所求解的一阶微分方程形式为实 中：.C = Q_，Tfeedback= r 而叫此，TfOTwards= K 和 K i，i = 1，2 分别表示 i = 1，2 的两 个耦合器的传输系数和耦合系数，Up UjPU3分别代表反馈环与微环谐振腔和i = 1，2的 两个親合器之间的传输系数；D = 〇Q/2Qe，D = w wq/2Q = A ?3dB/2表示方程的常系数；表示微环谐振腔的中心谐振频率，Q表示微环谐振腔的 品质因素，A ?3dB表示微环谐振腔的3dB角带宽，Qi表示微环谐振腔的本征损耗，Qe表示 外部耦合损耗。 所述的反馈环可同时调节％和Q 6，保持系数不变。 所述的所求解的二阶微分方程形式为，其 中：K i，i = 1，2分别表示i = 1，2的两个耦合器的传输系数和耦合系数，％，％和U3*别代表 反馈环与微环谐振腔和i = 1，2的两个耦合器之间的传输系数； Qn+= w ci/2Qin+wci/2Qen = w ci/2Q = A w3dB/2表示方程的常系数；n = 1，2分别表示两个 微环谐振腔，表示微环谐振腔的中心谐振频率，Q表示微环谐振腔的品质因素，A ?3dB 表示微环谐振腔的3dB角带宽，Qin表示微环谐振腔的本征损耗，Qm表示外部耦合损耗。 所述的反馈环可同时调节Q in和Q en，保持系数不变。 所述的待处理信号发生模块包括：可调激光器和电光调制模块，其中：可调激光 器的信号输出端与电光调制模块的输入端相连；可调激光器产生连续光载波且输出至电光 调制模块，电光调制模块将电信号调制到光载波上产生待处理的光信号。 所述的处理后信号观测与分析模块包括：功率分束器、频域观测分析系统和时域 观测分析系统，其中：功率分束器的输入端与全光微分方程求解器的输出端相连，功率分束 器的输出端分别与频域观测分析系统和时域观测分析系统相连； 所述的时域观测分析系统观察求解处理后的波形； 所述的频域观测分析系统观测输出信号的频谱。 技术效果 与现有技术相比，本专利技术不仅可用于一阶微分方程，而且可拓展用于二阶微分方 程的求解。同时器件的集成度高，工艺设计简单，制造工艺与CMOS工艺完全兼容，该方案的 可行性已经通过5Gb/s和12. 5Gb/s高斯光脉冲进行系统验证。由于基于微环谐振腔的全 光微分方程求解器具有以上诸多优点，这类结构的光微分方程求解器具有较好的发展和应 用前景。【附图说明】 图1为本专利技术整体结构示意图； 图2中：(a)为基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器结构示意图，（b)为与 (a) 对应的系统框架图； 图3为基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器的归一化频谱图，其中： (a)为系数C = 4X 109时基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器随着系数A 变化的频谱图，（b)为系数A = 1.51 X101(l时基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器 随着系数C变化的频谱图，其中：设系数始终为1; 图4中：(a)为制备的基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器的显微照片， (b) 为测试该制备器件得到的频谱图； 图5中：(a)为制备的基于两个微环谐振腔的全光微分方程求解器的显微照片， (b)为测试该制备器件得到的频谱图； 图6为本专利技术的系统测试装置图； 图7为实施例1中全光微分方程求解器输入端和输出端时域眼图，其中： (a - I)是5Gb/s输入正弦脉冲信号，（b - I)是12. 5Gb/s输入正弦脉冲信号，（c -I)是5Gb/s输入超高斯型脉冲信号，（d - I)是12. 5Gb/s输入超高斯型脉冲信号，（e - I) 是5Gb/s输入高斯型脉冲信号，（f - I)是12. 5Gb/s输入高斯型脉冲信号； (a - II)~（f - II)分别为与（a - I)~（f - I)对应的输出信号脉冲曲线； 图8中：(&)!\曲线表示所制备基于一个微环谐振腔的全光微分方程求解器的传 输曲线，1~ 2曲线代表由一阶微分方程理论求解所得到的基于一个微环谐振腔的全光微分方 程求解器传输曲线，（b)为波长范围在1549. 15nm~1552. 15nm之间的误差曲线； 图9为实施例2中全光微分方程求解器输入端和输出端时域眼图，其中： (a - I)是5Gb/s输入正弦脉冲信号，（b - I)是12. 5Gb/s输入正弦脉冲信号，（c -I)是5Gb/s输入超高斯型脉冲信号，（d - I)是12. 5Gb/s输入超高斯型脉冲信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于微环谐振腔的全光微分方程求解器，其特征在于，包括：待处理信号发生模块、全光微分方程求解器模块和处理后信号观测与分析模块，其中：待处理信号发生模块、全光微分方程求解器模块和处理后信号观测与分析模块依次串联连接；待处理信号发生模块产生待处理的光信号并从输出端输出至全光微分方程求解器模块，经全光微分方程求解器模块处理后得到的输出信号由输出端输出至处理后信号观测与分析模块进行检测；所述的全光微分方程求解器模块包括：若干个微环谐振腔和与之相连的反馈环，其中：若干个微环谐振腔与反馈环之间通过两个耦合器分别耦合，并形成两个输出支路；其中一个输出支路作为信号输出端，另一个输出支路作为反馈端循环；通过改变系统中与反馈环耦合的微环谐振腔的个数实现一阶或二阶全光微分方程的求解。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周换颖，吴佳旸，毛俊明，杨玉星，苏翼凯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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