【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波长锁定系统，尤其是涉及一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统。
技术介绍
1、随着信息时代的到来，云计算、大数据、物联网以及人工智能等信息技术快速发展。传统产业及大众生活形式的数字化转变加速，对于通信网络的数据传输速率、稳定性无疑提出了更大的挑战。光通信是一种以光作为传输媒介的通信方式，通常通过光纤传输信号。与传统的以铜缆为介质的电通信相比，光通信在传输速率、数据容量、网络带宽、信号串扰、传输距离、信号衰减、抗电磁干扰等方面优势显著，正朝着更长距离、更高速率、更大容量目标发展。
2、微环谐振器(mrr)作为其中一种重要的光子器件，其结构较为简单，通常由直波导和弯曲波导组成，其中常见的波导材料有硅(si)和氧化硅(sio2)等。采用硅材料实现的微环谐振器(即硅基微环谐振器)的半径仅有几个微米，尺寸小、性能好，适合与超大规模集成电路(vlsi)高度集成。采用氧化硅材料实现的微环谐振器(即氧化硅微环谐振器)的制造工艺简单，波导损耗低，通常用来制作大半径的传感器件和光学陀螺等。无论是什么材料的微环谐振器，都具有波长选择、结构紧凑、与cmos技术兼容等优点，由于这些特性而被广泛应用于光滤波器、光延迟线、生物传感和光神经网络等领域。
3、微环谐振器在实际应用中，通常与微环加热器集成形成一个光芯片。其中，硅基微环谐振器与微环加热器集成时，采用硅材料作为衬底，氧化硅材料作为包层，微环谐振器附着在衬底上面，微环加热器附着在包层上面；氧化硅微环谐振器与微环加热器集成时，采用氧化硅材料作为衬底和包层，氧化硅微环谐振
4、微环谐振器的工作性能极易受到制造工艺和温度波动的影响。在工艺制造时，其波导的几何尺寸的轻微改变往往会导致微环谐振器的谐振波长±1nm的“漂移”。此外微环谐振器的谐振波长还会随温度的变化而产生“漂移”。输入激光波长与微环谐振器的谐振波长的不对准会导致微环谐振器的工作性能下降。特别是在需要高精度的场景中，如数据中心互连、光学生物传感、量子通信等应用场景，对于微环谐振器的谐振波长的准确度有着更加苛刻的要求。因此为了消除“温漂”和工艺误差造成的干扰，保证微环谐振器正常工作，必须要先解决微环谐振器的谐振波长自校准和锁定问题。
5、哥伦比亚大学的bergman等人设计的一个微环谐振器热稳定反馈控制系统，即微环谐振器的波长锁定系统。该波长锁定系统包括抖动信号模块、光电转换模块、ad633模块、低通滤波模块和反馈控制模块，抖动信号模块输出抖动电信号至微环加热器和ad633模块，微环加热器在抖动信号模块输出的抖动电信号控制下，产生相应的热波动作用于微环谐振器。微环谐振器中的光信号受到热调制，调制后的光信号再输出至光电转换模块，光电转换模块将微环谐振器输出的光信号转换成电压信号并输出至ad633模块，ad633模块将来自光电转换模块的电压信号和来自抖动模块的抖动电信号混合，得到混合信号输出至低通滤波模块，低通滤波模块将来自ad633模块的混合信号进行低通滤波后，得到滤波信号，即误差信号输出至反馈控制模块，反馈控制模块根据来自ad633模块的误差信号输出反馈电压至微环加热器，该反馈电压和抖动信号模块输出抖动电信号进行叠加，对微环加热器的热功率进行调节，改变微环加热器输出的热功率，进而改变微环谐振器的谐振波长。
6、上述微环谐振器热稳定反馈控制系统采用热光调制方式进行波长锁定，由于硅材料的导热效率较高，所以其可以对硅基微环谐振器的谐振波长进行比较准确的锁定。而氧化硅材料的导热效率低，上述微环谐振器热稳定反馈控制系统无法快速有效地对氧化硅微环谐振器中的光信号进行调制，以致后续的一系列响应都会产生延迟，这些延迟削弱了上述微环谐振器热稳定反馈控制系统对氧化硅微环谐振器谐振波长漂移的及时补偿能力。由此，上述微环谐振器热稳定反馈控制系统不能准确锁定氧化硅微环谐振器波长，对氧化硅微环谐振器波长的锁定效果不理想。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够对氧化硅微环谐振器进行准确的波长锁定，波长锁定效果好的氧化硅微环谐振器的波长锁定系统。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，包括光电转换模块和反馈控制模块，所述的光电转换模块用于接收氧化硅微环谐振器输出的光信号，并将该光信号转换为电压信号输出，还包括射频驱动模块、叉指换能器、用于产生压电效应的氧化锌膜、锁相放大模块、两个模数转换模块和数模转换模块，将两个模数转换模块分别称为第一模数转换模块和第二模数转换模块；所述的射频驱动模块用于产生交变电信号输出，所述的氧化锌膜覆盖在氧化硅微环谐振器和微环加热器集成形成的光芯片的包层上，将该包层与微环加热器隔开，使微环加热器附着在其上，所述的叉指换能器附着在所述的氧化锌膜上，所述的叉指换能器用于接入所述的射频驱动模块输出的交变电信号，并在该交变电信号激励下，产生周期性的声表面波传输至氧化硅微环谐振器处，与氧化硅微环谐振器内部的光信号进行周期性交互，对氧化硅微环谐振器内部的光信号进行调制，被调制后的光信号输出至所述的光电转换模块，所述的光电转换模块用于将氧化硅微环谐振器输出至其处的光信号转换成电压信号，并将该电压信号输出至所述的锁相放大模块，所述的锁相放大模块用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号以及所述的射频驱动模块输出的交变电信号，并将接入的电压信号与交变电信号进行相干解调，得到表征氧化硅微环谐振器内部光信号的频谱信息和频谱斜率信息的电压信号输出至所述的第一模数转换模块，所述的第一模数转换模块用于对所述的锁相放大模块输出至其处的电压信号进行周期性采样，每个周期采样得到一个采样信号输出至所述的反馈控制模块，所述的第二模数转换模块用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号，并对接入的电压信号进行周期性采样，每个周期采样得到一个采样信号输出至所述的反馈控制模块，所述的第二模数转换模块和所述的第一模数转换模块的采样频率相同，所述的反馈控制模块用于根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块每个周期输出至其处的采样信号得到每个周期的反馈控制信号输出至所述的数模转换模块，所述的数模转换模块用于对所述的反馈控制模块输出至其处的每个周期的反馈控制信号进行数模转换，得到反馈控制电压输出至微环加热器，对微环加热器的热功率进行实时调节，进而调节氧化硅微环谐振器的谐振波长，使氧化硅微环谐振器输出的光信号锁定在目标波长。
3、与现有技术相比，本专利技术的优点在于通过设置射频驱动模块、叉指换能器、氧化锌膜、锁相放大模块、两个模数转换模块和数模转换模块，当射频驱动模块产生的交变电信号施加到叉指换能器上时，由于叉指换能器附着在氧化锌膜上，此时氧化锌膜会因电致伸缩效应产生机械振动，在其表面形成声表面波，该声表面波传播至氧化硅微环谐振器附近时，引发机械应力和应变，从而改变氧化硅微环谐振器的折射率分布，对其内部的光信号的频率、相位和强度实现调制，另外，锁相放大模块接入光电转换模块输出的电压信号以及射频驱动模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，包括光电转换模块和反馈控制模块，所述的光电转换模块用于接收氧化硅微环谐振器输出的光信号，并将该光信号转换为电压信号输出，其特征在于还包括射频驱动模块、叉指换能器、用于产生压电效应的氧化锌膜、锁相放大模块、两个模数转换模块和数模转换模块，将两个模数转换模块分别称为第一模数转换模块和第二模数转换模块；所述的射频驱动模块用于产生交变电信号输出，所述的氧化锌膜覆盖在氧化硅微环谐振器和微环加热器集成形成的光芯片的包层上，将该包层与微环加热器隔开，使微环加热器附着在其上，所述的叉指换能器附着在所述的氧化锌膜上，所述的叉指换能器用于接入所述的射频驱动模块输出的交变电信号，并在该交变电信号激励下，产生周期性的声表面波传输至氧化硅微环谐振器处，与氧化硅微环谐振器内部的光信号进行周期性交互，对氧化硅微环谐振器内部的光信号进行调制，被调制后的光信号输出至所述的光电转换模块，所述的光电转换模块用于将氧化硅微环谐振器输出至其处的光信号转换成电压信号，并将该电压信号输出至所述的锁相放大模块，所述的锁相放大模块用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号以及所述的射频驱动模
2.根据权利要求1所述的一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，其特征在于将所述的光电转换模块输出的电压信号记为V0，将所述的锁相放大模块输出的电压信号记为V1,所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块的采样频率相同，将所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块的采样时刻的序列索引记为n，n＝1,2,3，…；将所述的第二模数转换模块在第n个采样时刻采样得到的采样信号记为V0[n]，将所述的第一模数转换模块在第n个采样时刻采样得到的采样信号记为V1[n]，将所述的反馈控制模块根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块第n个采样时刻输出至其处的采样信号得到的第n个采样时刻的反馈控制信号记为Vheater[n]；所述的反馈控制模块根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块在第n个采样时刻输出至其处的采样信号得到第n个采样时刻的反馈控制信号Vheater[n]的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，其特征在于所述的光电转换模块包括光电二极管、第一运算放大器、第一电阻和第一电容，所述的第一运算放大器具有同相端、反相端、输出端、正电源端和负电源端，所述的光电二极管的正极和所述的第一运算放大器的同相端均接地，所述的光电二极管的负极、所述的第一运算放大器的反相端、所述的第一电阻的一端和所述的第一电容的一端连接，所述的第一运算放大器的正电源端接入正电压VCC,所述的第一运算放大器的负电源端接入负电压VEE，所述的第一运算放大器的输出端、所述的第一电阻的另一端和所述的第一电容的另一端连接，且其连接端为所述的光电转换模块的输出端，所述的光电二极管用于接收氧化硅微环谐振器在外部光信号激励下产生的光信号，所述的光电转换模块的输出端用于输出电压信号。
4.根据权利要求1所述的一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，其特征在于所述的锁相放大模块包括乘法器和低通滤波器，所述的乘法器包括型号为AD633的第一芯片、第二电容和第二电阻，所述的第一芯片的X1脚分别与所述的第二电容的一端和所述的第二电阻的一端连接，所述的第二电阻的另一端、所述的第一芯片的X2脚、Y2脚和Z脚均接地，所述的第二电容的另一端为所述的乘法器的第一输入端，用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号，所述的第一芯片的Y1脚为所述的乘法器的第二输入端，用于接入所述的射频驱动模块输出的交变电信号，所述的第一芯片的W脚为所述的乘法器的输出端，所...
【技术特征摘要】
1.一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，包括光电转换模块和反馈控制模块，所述的光电转换模块用于接收氧化硅微环谐振器输出的光信号，并将该光信号转换为电压信号输出，其特征在于还包括射频驱动模块、叉指换能器、用于产生压电效应的氧化锌膜、锁相放大模块、两个模数转换模块和数模转换模块，将两个模数转换模块分别称为第一模数转换模块和第二模数转换模块；所述的射频驱动模块用于产生交变电信号输出，所述的氧化锌膜覆盖在氧化硅微环谐振器和微环加热器集成形成的光芯片的包层上，将该包层与微环加热器隔开，使微环加热器附着在其上，所述的叉指换能器附着在所述的氧化锌膜上，所述的叉指换能器用于接入所述的射频驱动模块输出的交变电信号，并在该交变电信号激励下，产生周期性的声表面波传输至氧化硅微环谐振器处，与氧化硅微环谐振器内部的光信号进行周期性交互，对氧化硅微环谐振器内部的光信号进行调制，被调制后的光信号输出至所述的光电转换模块，所述的光电转换模块用于将氧化硅微环谐振器输出至其处的光信号转换成电压信号，并将该电压信号输出至所述的锁相放大模块，所述的锁相放大模块用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号以及所述的射频驱动模块输出的交变电信号，并将接入的电压信号与交变电信号进行相干解调，得到表征氧化硅微环谐振器内部光信号的频谱信息和频谱斜率信息的电压信号输出至所述的第一模数转换模块，所述的第一模数转换模块用于对所述的锁相放大模块输出至其处的电压信号进行周期性采样，每个周期采样得到一个采样信号输出至所述的反馈控制模块，所述的第二模数转换模块用于接入所述的光电转换模块输出的电压信号，并对接入的电压信号进行周期性采样，每个周期采样得到一个采样信号输出至所述的反馈控制模块，所述的第二模数转换模块和所述的第一模数转换模块的采样频率相同，所述的反馈控制模块用于根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块每个周期输出至其处的采样信号得到每个周期的反馈控制信号输出至所述的数模转换模块，所述的数模转换模块用于对所述的反馈控制模块输出至其处的每个周期的反馈控制信号进行数模转换，得到反馈控制电压输出至微环加热器，对微环加热器的热功率进行实时调节，进而调节氧化硅微环谐振器的谐振波长，使氧化硅微环谐振器输出的光信号锁定在目标波长。
2.根据权利要求1所述的一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，其特征在于将所述的光电转换模块输出的电压信号记为v0，将所述的锁相放大模块输出的电压信号记为v1,所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块的采样频率相同，将所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块的采样时刻的序列索引记为n，n＝1,2,3，…；将所述的第二模数转换模块在第n个采样时刻采样得到的采样信号记为v0[n]，将所述的第一模数转换模块在第n个采样时刻采样得到的采样信号记为v1[n]，将所述的反馈控制模块根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块第n个采样时刻输出至其处的采样信号得到的第n个采样时刻的反馈控制信号记为vheater[n]；所述的反馈控制模块根据所述的第一模数转换模块和所述的第二模数转换模块在第n个采样时刻输出至其处的采样信号得到第n个采样时刻的反馈控制信号vheater[n]的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种氧化硅微环谐振器的波长锁定系统，其特征在于所述的光电转换模块包括光电二极管、第一运算放大器、第一电阻和第一电容，所述的第一运算放大器具有同相端、反相端、输出端、正电源端和负电源端，所述的光电二极管的正极和所述的第一运算放大器的同相端均接地，所述的光电二极管的负极、所述的第一运算放大器的反相端、...
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