基于改进型并联微环的通信信道研究

徐晓瑞

（山西机电职业技术学院 山西 长治 046011）

1 引言

随着移动通信产业的高速发展，人们对网络带宽、速率要求越来越高，比如网络直播、网络购物、手机游戏等，这些海量数据传输需要依赖高带宽的传送网和高速率移动通信网进行，而传统微电子技术很难满足移动通信网络对高带宽及动态信道切换的要求。硅基光电子学结合微电子技术和光电子技术的优势[1]，把光器件集成到微电子IC芯片上，拥有极大带宽的同时又增加了集成度。在硅基光器件中，经常利用微环谐振器来引入反馈，产生延迟及谐振，提光通信器件的性能，获得高形状因子，低插入损耗，低阻带串扰的高带宽信道。在硅基光集成器件中，可以设计不同的微环结构来获得想要的通信频谱。如果将两根直波导分别放在一列微环的两侧，这种结构叫做并联微环阵列。如果并联微环阵列中所有微环半径按顺序依次等差增大，相邻微环谐振器间将会发生CRIT效应。微环可以用来构建各种重要的光通信器件，比如光调制器[2]、光开关[3]、光传感器[4]及密集波分复用器，如果将其应用于5G设备，也可以有效减小机柜的体积。本文根据传输矩阵法推导了改进型并联微环阵列产生CRIT效应的相长干涉条件和相消干涉条件，并对输出的通信信道频谱进行了仿真。

2 改进型微环结构及传输函数

图1为改进型微环阵列结构图。设MR1的微环半径R1，其余微环半径依次以ΔR递增，R1+iΔR为最后一个微环的半径。令第i对相邻微环的间距为Li，相邻微环的间距都不同。如果每对相邻微环都发生相长干涉，则i对相邻微环，在直通端最多会输出i个CRIT通信信道。

图1 改进型微环阵列结构图

由于每个微环的半径都不相同，其传输矩阵也不同。设光在微环中传播一周的增益为Z，相邻微环增益差为，其中，周长差2πΔR引起的增益为，振幅衰减因子根据公式[5]，第i+1个微环的下载端 1iD+和直通端 1iT+频谱强度为：

设加载端bi+1=0，可推出下载端D和直通端T的频谱强度分别为[5]：

3 改进型微环CRIT谐振条件

图2是改进型双微环结构图，MR1、MR2为两个并行排列的微环，。图中虚线表示MR1、MR2与直波导构成的较大的CRIT谐振腔。仿真参数为，R1=10μm，R2=10.005μm，ΔR=5nm，系统折射率1.705。这种改进型微环阵列可以发生MR1谐振、MR2谐振、法布里-珀罗谐振以及直波导上的布拉格谐振。光沿着图2中的虚线在两个环之间的波导中逆时针传播。下面利用微环谐振条件和布拉格谐振条件对CRIT谐振条件进行推导[5]。

图2 改进型双微环结构结构图

由于两个微环半径不相等，直通端频谱是加宽的布拉格阻带[5]。当波长时，若，可以得到，此时直通端输出CRIT信道；若则有，此时直通端CRIT信道关闭。可以得出，为相长干涉距离，为相消干涉距离。

图3是环间距不相等时直通端频谱图。在波长1.5 529μm处，当LS=πR1,2时，谐振级数MB=69，MC=69，直通端输出尖锐的CRIT信道；当LS=1.5πR1,2时，MB=103.5，MC=69，CRIT信道被布拉格谐振抵消，直通端为平坦的阻带。

图3 微环间距不同时直通端频谱图

4 结语

本文基于改进型微环阵列，推导了产生CRIT通信信道的谐振条件。当微环间距为相邻微环平均半径的π倍时，相邻微环发生相长干涉，直通端输出C R I T通信信道；当微环间距为相邻微环平均半径的1.5π倍时，相邻微环发生相消干涉，直通端无CRIT信道输出。利用CRIT通信信道的开关特性，可以设计多信道密集波分复用器，提高光通信器件的集成度、灵活性和性能。