[发明专利]基于树形分支的N×N型硅基波导光开关

说明书

基于树形分支的N×N型硅基波导光开关涉及光通信领域，采用两个1×N树形网络对称分布，中间采用连接波导相连接；树形网络包括：时延控制开关、光选通开关和连接波导；当光进入阵列输入端口时，时延控制开关打开，此束光继续向前传输信号；若同时有多束光进入阵列输入端口时，时延控制开关将按顺序依次打开，对不同光束添加不同时延，以防止多路光束在交换网络内部发生信号串扰；在树形网络内部，信号每到达两个分支的汇合处的节点，或即将分成两个分支的节点时，将通过此处的光选通开关选择下一分支继续向前传播，最后通过时延控制开关到达阵列输出端口，完成光信号在双树形网络分支架构任意两端口间的光路转换，实现多路互通。

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种基于树形分支的N×N型硅基波导光开关。

背景技术

随着互联网通信技术的发展，传统的电交换技术受限于电子器件工作速度的限制，已经不能满足高带宽和大数据传输容量的通信网络的需求。光交换技术则省去了光-电-光的转换过程，大大提高了交换单元的信息吞吐量，因而以光交换技术为基础的全光网络通信技术有着广阔的发展潜力，是未来通信领域的发展方向。光开关矩阵作为光交换技术的核心器件，新一代光网络通信技术也对其提出了更高的技术指标要求。

目前已有多种光开关被广泛地研究，主要包括MEMS、液晶、铌酸锂波导、硅基光波导光开关等。近年来，绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator， SOI)的制备技术日益成熟，且其有着与互补金属氧化物半导体 (Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)的加工工艺相兼容的特性，同时硅基光波导光开关有着高速、集成性高、成本低等优点，因而以 SOI材料制备的硅基光波导光开关受到研究人员的广泛关注。

硅材料有着良好的热光效应和等离子色散效应，硅基光波导光开关可以通过热光或电光调制对开关单元进控制，实现光信号切换的功能。在通信网络实际应用场景中，往往需要集成大量的硅基光波导开关单元并通过网路开关拓扑结构实现大端口的N×N光开关阵列。现有的网络拓扑架构(日本电信电话株式会社：波导型光开关CN201280008701.9)波导连线复杂，光波导之间往往存在交叉状态，且阵列所需光开光数目繁多，不利于大阵列集成。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于树形分支的N×N 型硅基波导光开关，通过树形网络分支的引入，有效减少了开关数量，对于 N×N光开关阵列，仅需4N-2个开关模块，同时避免了交叉波导的出现，具有体积小、功耗低、损耗低、全固态(稳定性高)等优势。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于树形分支的N×N型硅基波导光开关，采用两个1×N树形网络对称分布，中间采用连接波导相连接；所述树形网络包括：与阵列输入输出端口连接的时延控制开关、各节点处的光选通开关和连接所述时延控制开关与所述光选通开关，两组所述光选通开关之间的连接波导；当光进入阵列输入端口时，所述时延控制开关打开，此束光继续向前传输信号；若同时有多束光进入阵列输入端口时，所述时延控制开关将按顺序依次打开，对不同光束添加不同时延，以防止多路光束在交换网络内部发生信号串扰；在树形网络内部，信号每到达两个分支的汇合处的节点，或即将分成两个分支的节点时，将通过此处的所述光选通开关选择下一分支继续向前传播，最后通过所述时延控制开关到达阵列输出端口，完成光信号在双树形网络分支架构任意两端口间的光路转换，实现多路互通。

优选的，所述时延控制开关与所述光选通开关采用马赫-曾德尔调制器架构。

优选的，所述时延控制开关包括：相位调制单元和设置在所述相位调制单元两侧的1×2多模干涉耦合器。

优选的，所述光选通开关包括：相位调制单元和设置在所述相位调制单元两侧的1×2多模干涉耦合器或2×2多模干涉耦合器。

优选的，所述光选通开关包括：接收输入信号的1×2多模干涉耦合器和接收输出信号的2×2多模干涉耦合器。