[发明专利]光开关和光交换系统

说明书

本申请提供了一种光开关和光交换系统，光开关的第一波导相对于衬底不可运动，第二波导相对于衬底不可运动，第三波导为弯曲波导，网状平板带动第三波导在电极的驱动下绕着转动轴相对于衬底转动；当网状平板带动第三波导运动到第一位置时，第三波导与第一波导和第二波导光学解耦，光开关处于直通态；当网状平板带动第三波导运动到第二位置时，网状平板位于与第一波导和第二波导不同的平面内，第三波导分别与第一波导和第二波导在垂直于衬底的平面内光学耦合，光开关处于下载态。本申请的光开关的可动的光波导能够在垂直于2个固定光波导的平面内与固定光波导耦合，从而控制光开关的状态，工艺简单并且可以减小光开关的损耗。

技术领域

本申请涉及光通信领域，并且更具体地，涉及一种光开关和光交换系统。

背景技术

随着密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术在光通信系统和数据中心系统中的应用，全光交换已经成为能够满足日益增长的带宽需求的一种发展趋势。在DWDM系统中，不同的光波长承载不同的光信号，在同一条光纤中传输，可以实现大容量和低损耗的数据通信。光开关作为实现全光交换系统的关键器件，可以具有全光层的路由选择，波长选择，光交叉连接，自愈保护等功能。目前已经实现的光开关包括传统的机械结构光开关、基于微机电系统(MicroElectrical-Mechanical System，MEMS)的光开关、液晶光开关、波导型光开关和半导体光放大器光开关等。

传统的MEMS光开关通常基于静电驱动的微反射镜结构，具有插入损耗低、串扰小、消光比高、可扩展性好和控制简单等优点。多个MEMS光开关组成的光交换系统规模可达到1000端口以上。例如，M路输入光信号进入MEMS光开关组成的光交换系统，经过若干旋转到不同角度的微反射镜的反射重新排列顺序，从N个输出端口输出，实现光交换功能。但是，MEMS光开关的机械振动性和稳定性不好，并且微反射镜旋转速度慢，其切换速度通常只能达到毫秒量级，无法满足未来微秒级开关速度的需求。

波导型光开关通常依靠成熟的互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)工艺在绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)平台或磷化铟平台上制备。硅材料的热光效应或等离子体色散效应可以使波导型光开关切换速度达到纳秒到微秒量级，并且波导型光开关体积小，集成度高，CMOS工艺可以使其实现低成本的量产。但是，光交换系统需要由若干级1×2或者2×2的波导型光开关通过光波导连接形成，光交换系统端口数越大，光开关级数就越多，光交换系统的插入损耗也越大。与MEMS光开关相比，现有的波导型光开关插入损耗、消光比、偏振敏感性、端口数量和控制难度等指标较差，尚未获得广泛的商用。

因此，实现微秒级切换速度、低插入损耗、大端口数和低成本的光交换系统是未来发展全光交换技术的重要部分。

发明内容

本申请提供一种光开关和光交换系统，该光开关和光交换系统制作工艺简单并且损耗小。