[发明专利]一种基于5个微环谐振器的4×4非阻塞光学交换网络

说明书

技术领域

本发明涉及光互连网络架构，特别是涉及一种基于5个微环谐振器的4×4非阻塞光学交换网络。 

背景技术

随着半导体技术的发展，单个处理器的集成密度显著增加，处理器向着多核和众核的方向发展,使得核间的互连成为制约处理器整体性能的关键因素之一。未来多核系统怎样在低功耗的情况下满足对时延和速度的要求成为目前集成光电子领域的重大的挑战。 

随着多核处理器对互连网络性能要求的进一步提高，电互连技术的局限性已越来越明显，将逐渐不适应多处理器系统互连网络通信带宽、延迟速度、功耗的要求。 

近年来，硅基光电子学发展迅速，特别是硅基激光器，硅基光电调制器，硅基光探测器等高速器件，推动了片上光互连的发展。微环作为基本的结构单元，可以构建激光器的谐振腔，调制器，波长路由，波长选择探测器等功能器件。其主要优点是尺寸小，速度快，功耗低。 

光互连作为一种新兴技术成为了解决片上众核互连挑战的一种非常有前景的方案。光具有最快的传播速度，波分复用提供了巨大的带宽，本质上传播功耗与距离无关而具有低功耗的特性，又能有效避免噪声的干扰。光互连技术正朝着更短传输距离，更高速，更高带宽密度和集成密度的方向发展。而光交换网络是片上光互连的核心器件，一个光交换网络的性能很大程度上影响着整个光互连网络的性能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于5个微环谐振器的4×4非阻塞光学交换网络，用五个微环谐振器便实现片上光互连网络架构四个双向端口的自由交换，降低了插入损耗和结构复杂度。 

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是： 

本发明包括：第一端输入口和第二端输出口构成的第一光波导；第二端输入口和第一端输出口构成的第二光波导；第三端输入口和第四端输出口构成的第三光波导；第四端输入口和第三端输出口构成的第四光波导；五个微环谐振器；其中： 

第一光波导的第一端输入口与第三光波导的第四端输出口通过第一微环谐振器耦合；第一光波导的第一端输入口与第四光波导的第三端输出口、第四光波导的第四端输入口与第一光波导的第二端输出口通过第二微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第一光波导的第二端输出口通过第四微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第二光波导的第一端输出口、第二光波导的第二端输入口与第四光波导的第四端输入口通过第三微环谐振器耦合，以上四种耦合分别通过交叉波导微环1×2光开关实现； 

第五微环谐振器用于连接从第四光波导的第四端输入口到第二光波导的第一端输出口和从第二光波导的第二端输入口到第四光波导的第三端输出口的光通路，这种耦合通过平行波导微环1×2光开关实现。 

所述的五个微环谐振器的谐振波长一致。 

所述的五个微环谐振器具有相同的有效折射率和相同的尺寸。 

本发明具有的有益效果是： 

本发明提供了基于微环的四端口非阻塞光学交换网络，利用微环谐振器的谐振特性，通过微环和光波导的巧妙组合，实现了四个双向端口的非阻塞路由交换。特别的，由于第二，第三，第五微环谐振器的均由两条光链路复用，使得所用微环谐振器由以往的八个减少到了五个，提高了微环谐振器的利用效率，精简了开关的结构，减小了开关的面积，降低了成本和功耗。相对于以往的4×4光开关，本发明第一次用五个微环完成了四个双向端口的非阻塞路由交换，微环数量减少到5个，也就是减少了37.5%，降低了插入损耗、功耗和面积。特别的，交叉数目减小到六个，降低了交换网络的插入损耗和串扰，增强了光互连网络的可扩展性。 

附图说明

图1是平行波导微环1×2光开关的“关”状态示意图。 

图2是平行波导微环1×2光开关的“开”状态示意图。 

图3是交叉波导微环1×2光开关的“关”状态示意图。 

图4是交叉波导微环1×2光开关的“开”状态示意图。 

图5是基于微环的4×4非阻塞光学交换网络的结构示意图。 

具体实施方式

为了更清楚明白地介绍本发明的目的，技术方案和优点，以下结合具体实例，参照附图，对本发明做进一步详细说明。 

本发明利用有源微环谐振器的谐振特性，设计了新型交换网络拓扑结构，实现了四端口低损耗非阻塞光学交换网络。 

下面结合图1至图4详细说明其工作原理：