[发明专利]一种无阻塞波长选择型光波导开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种光交换器件，尤其涉及一种波长选择型光波导开关器件，多应用于光通信、光互连、光计算等，属于光电子技术领域。

背景技术

互联网通信量每年都在急速增长，人们对带宽的需求越来越大，网络节点如光交叉连接(OXC)和光上下路复用(OADM)都有大量的端口。而光开关及其阵列就是其中的关键部件，光互连系统中多个运算核心之间的高速光学信号的分配和连接主要由光开关阵列来控制。

传统的光波导开关阵列由多个开关单元级联构成，单个开关单元的作用是把光信号从一条通道转移到另一条通道，常用谐振腔型(如法布里玻罗腔、微环谐振腔等)或干涉型(马赫-增德尔干涉仪)实现数据在链路中的交换。光波导开关阵列结构按照实现功能的不同分为完全无阻塞性、重排无阻塞型和受限阻塞型三类。若要实现完全遍历的连接，必须是完全无阻塞型结构，对于一个N×N(N端输入，N端输出)的开关阵列，无阻塞型至少需要N(N-1)个开关单元和N-1级级联，这会产生大量的插入损耗，庞大的开关数目也会使功耗大大增加，同时多级连接会较难获得快的开关时间。另外，器件个数过多时，难以保证工艺的稳定性和一致性，尤其对于谐振腔型的开关单元，由于工艺的误差性，不同单元的谐振波长均会各自有所偏差，严重的可能会造成开关阵列无法工作。

因此，本发明拟提出一种利用波长选择路径的光波导开关，该设计为N×N光开关模块，设计中只用N个可调谐的微环组和一个波长复用器件即可实现完全无阻塞连接，大大减少了有源器件的数目和级联级数，使工艺实现难度降低，并提高整个开关的性能。

发明内容

鉴于此，本发明要解决传统光开关阵列开关单元数过多、工艺难以实现、插入损耗过大、功耗过大等的问题，采用波长选择控制路径的方案，提供一个N×N路的无阻塞波长选择型光波导开关方案。

为实现上述目的，根据本发明，参见附图1，这种无阻塞波长选择型光波导开关的设计可以描述为：

一种无阻塞波长选择型光波导开关，其构成为：N个输入端、N个用于选择波长的微环组、1个用于选择路径的波分复用器件和N个输出端。

对于输入端，N大于等于2；每个输入端同时输入N个波长的光信号，设其输入波长为λ1～λN。

对于微环组，其特征在于，微环组作为一个上下话路滤波结构连接在每一路输入端之后，其下载端和后端器件连接；微环组具有相同的自由光谱范围(设为λFSR)和相近的谐振峰位置；微环组是可调谐的，调谐利用的原理可以是热光效应、电光效应和等离子体色散效应等，设微环组可调谐的最大谐振波长偏移量为λmax。

对于波分复用器件，可以是1×N或N×N的阵列波导光栅(AWG)结构或衍射蚀刻光栅(EDG)结构。

对于输出端，开关的N个输出端即为即为波分复用器件的N个输出端。

在上述设计中，输入波长λ1-λN之间的波长差为λFSR+Δλ，从λ1至λN依次递增。其中Δλ是波长的调谐增加量，满足关系式NΔλ≤λmax。

在上述设计中，波分复用器件具有N个波长信道，相邻的信道间隔为λFSR+Δλ。λ1-λN各自位于N个波长信道的中央。

根据上述对本光波导开关的描述，参见附图2，本方案的作用机理为：

每个输入端口同时输入波长为λ1～λN的光信号。以第m路的输入端为例，调节m路输入端的微环，使微环组的谐振峰发生改变。若使λ1+nΔλ刚好为第m路微环组的谐振波长，即选定了谐振波长λn＝λ1+nλFSR+nΔλ通过微环组，进入下一级波分复用器件。波分复用器件中，λn位于第n+1个波长信道，因此该信号将被送入第n+1个输出端口。其中m∈[1，N]，n∈[0，N)。改变第m路微环的偏置电压，即可切换端口连接。

m可取1～N中的任何整数值。整个开关过程对每一路来说是相互独立的，即任意一路的信号送往任意端口并不影响其他所有端口的取向，因此该光波导开关是无阻塞的。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，只需最少N个有源单元即可实现N×N的无阻塞开关功能，和传统光开关阵列相比，大大简化了结构，降低了功耗。

2.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，不必采用多级开关单元级联的结构，同时当N≥4时，可以在设计上避免大量交叉波导的使用，可以减小插入损耗。

3.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，开关响应时间取决于单个微环组的开关速度，有利于实现高速开关。