[发明专利]一种微环光开关芯片的设计方法

摘要

本发明公开了一种微环光开关芯片的设计方法，通过输入光信号的信号带宽和带宽容限的设计要求，确定微环光开关的光谱带宽和自由光谱范围，这样兼顾了微环光开关的主要性能参数，具有设计的通用性。在具体的设计中，引入了规律性的微环网络拓扑结构，并设计合适的光路和电路参数，具有设计效率高和低成本的特点。最后根据设计的光路和电路参数建立微环光开关芯片的仿真模型，并进行仿真和性能的验证，这进一步提高了实现的可靠性，符合当前光纤通信技术发展的需要。

主权项

一种微环光开关芯片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立微环光开关芯片的仿真模型；(1.1)、根据光谱带宽BR和自由光谱范围FSR的计算公式BR≥BS+ΔB和FSR≥BR+BS，确定出微环光开关的光谱带宽BR和自由光谱范围FSR，其中，BS为输入光信号的信号带宽，ΔB为输入光信号的带宽容限；(1.2)、确定微环基本参数；根据输入光信号在波导结构里传输的色散要求确定波导结构，并结合自由光谱范围FSR确定微环环长L，λ为波长，Ng为群折射率；再根据微环的3dB带宽需求和计算公式：计算出单环波导结构中直连波导与微环间的耦合系数K,再通过有效折射率法确定出直连波导与微环间的间距，其中，2δλ为3dB带宽；(1.3)、构建微环网络拓扑结构；根据微环光开关的光谱平坦度、滚降系数和消光比，将微环进行规律性串并联，构建合适的微环网络拓扑结构；微环在引入串联结构后，在直连波导与微环间耦合系数K不变的前提下，微环间耦合系数与微环光开关光谱带宽BR成正比，从而确定出微环间耦合系数，再通过有效折射率法确定出微环间的间距；(1.4)、设计驱动电极和加热电阻；根据带宽容限ΔB的要求，以及驱动电路和温控电路的控制精度与抖动要求映射到对电压与折射率的变化关系的要求，从而来设计符合要求的注入载流子的驱动电极和实现热光效应的加热电阻的位置结构、掺杂浓度、掺杂区位置，掺杂深度；(2)、对建立的微环光开关芯片的仿真模型进行仿真优化，确定出微环光开关芯片的最终仿真模型；在未加载电路时，对微环光开关输出的光谱进行仿真，根据微环的3dB带宽、自由光谱范围FSR、光谱平坦度、滚降系数和消光比的设计要求来调整微环光开关的环长、直波导与微环间以及微环间的间距；在加载电路时，分别对驱动电路和温控电路进行仿真，根据带宽容限ΔB以及驱动电路和温控电路的控制精度、抖动要求，结合驱动电路和温控电路的仿真结果分别对驱动电极和加热电阻的位置结构、掺杂浓度、掺杂区位置、掺杂深度进行优化调整，最终建立微环光开关芯片的仿真模型；(3)、对微环光开关芯片进行性能验证；基于电学仿真软件，先仿真微环光开关芯片的电学特性，将电学特性转化为光学特性，再结合光学仿真软件，完成微环光开关芯片的性能验证。