基于改進型并聯微環的通信信道研究

徐曉瑞

（山西機電職業技術學院 山西 長治 046011）

1 引言

隨著移動通信產業的高速發展，人們對網絡帶寬、速率要求越來越高，比如網絡直播、網絡購物、手機游戲等，這些海量數據傳輸需要依賴高帶寬的傳送網和高速率移動通信網進行，而傳統微電子技術很難滿足移動通信網絡對高帶寬及動態信道切換的要求。硅基光電子學結合微電子技術和光電子技術的優勢[1]，把光器件集成到微電子IC芯片上，擁有極大帶寬的同時又增加了集成度。在硅基光器件中，經常利用微環諧振器來引入反饋，產生延遲及諧振，提光通信器件的性能，獲得高形狀因子，低插入損耗，低阻帶串擾的高帶寬信道。在硅基光集成器件中，可以設計不同的微環結構來獲得想要的通信頻譜。如果將兩根直波導分別放在一列微環的兩側，這種結構叫做并聯微環陣列。如果并聯微環陣列中所有微環半徑按順序依次等差增大，相鄰微環諧振器間將會發生CRIT效應。微環可以用來構建各種重要的光通信器件，比如光調制器[2]、光開關[3]、光傳感器[4]及密集波分復用器，如果將其應用于5G設備，也可以有效減小機柜的體積。本文根據傳輸矩陣法推導了改進型并聯微環陣列產生CRIT效應的相長干涉條件和相消干涉條件，并對輸出的通信信道頻譜進行了仿真。

2 改進型微環結構及傳輸函數

圖1為改進型微環陣列結構圖。設MR1的微環半徑R1，其余微環半徑依次以ΔR遞增，R1+iΔR為最后一個微環的半徑。令第i對相鄰微環的間距為Li，相鄰微環的間距都不同。如果每對相鄰微環都發生相長干涉，則i對相鄰微環，在直通端最多會輸出i個CRIT通信信道。

圖1 改進型微環陣列結構圖

由于每個微環的半徑都不相同，其傳輸矩陣也不同。設光在微環中傳播一周的增益為Z，相鄰微環增益差為，其中，周長差2πΔR引起的增益為，振幅衰減因子根據公式[5]，第i+1個微環的下載端 1iD+和直通端 1iT+頻譜強度為：

設加載端bi+1=0，可推出下載端D和直通端T的頻譜強度分別為[5]：

3 改進型微環CRIT諧振條件

圖2是改進型雙微環結構圖，MR1、MR2為兩個并行排列的微環，。圖中虛線表示MR1、MR2與直波導構成的較大的CRIT諧振腔。仿真參數為，R1=10μm，R2=10.005μm，ΔR=5nm，系統折射率1.705。這種改進型微環陣列可以發生MR1諧振、MR2諧振、法布里-珀羅諧振以及直波導上的布拉格諧振。光沿著圖2中的虛線在兩個環之間的波導中逆時針傳播。下面利用微環諧振條件和布拉格諧振條件對CRIT諧振條件進行推導[5]。

圖2 改進型雙微環結構結構圖

由于兩個微環半徑不相等，直通端頻譜是加寬的布拉格阻帶[5]。當波長時，若，可以得到，此時直通端輸出CRIT信道；若則有，此時直通端CRIT信道關閉。可以得出，為相長干涉距離，為相消干涉距離。

圖3是環間距不相等時直通端頻譜圖。在波長1.5 529μm處，當LS=πR1,2時，諧振級數MB=69，MC=69，直通端輸出尖銳的CRIT信道；當LS=1.5πR1,2時，MB=103.5，MC=69，CRIT信道被布拉格諧振抵消，直通端為平坦的阻帶。

圖3 微環間距不同時直通端頻譜圖

4 結語

本文基于改進型微環陣列，推導了產生CRIT通信信道的諧振條件。當微環間距為相鄰微環平均半徑的π倍時，相鄰微環發生相長干涉，直通端輸出C R I T通信信道；當微環間距為相鄰微環平均半徑的1.5π倍時，相鄰微環發生相消干涉，直通端無CRIT信道輸出。利用CRIT通信信道的開關特性，可以設計多信道密集波分復用器，提高光通信器件的集成度、靈活性和性能。