[发明专利]一种基于马赫增德尔干涉仪的可重构模式转换器

说明书

本发明公开了一种基于马赫增德尔干涉仪的可重构模式转换器，包括相连接的三阶模式解复用器和三阶模式复用器，三阶模式解复用器和三阶模式复用器均与马赫增德尔干涉仪开关组相连；解复用器用于多模波导的解复用，马赫增德尔开关用于控制模式输出，复用器用于将马赫增德尔开关中的模式复用到多模波导中。该可重构模式转换器为光通信中模式复用技术所遇到的不同模式之间灵活转换的提供了方案，有效解决了光信息网络规模日益增大的所带来器件面积高效利用问题。本器件可高度集成，结构紧凑，可重构性良好，能够在光互联网络应用中发挥重要的作用。

技术领域

本发明属于光信息处理技术领域，涉及一种光学信息处理器件，特别涉及一种基于马赫增德尔干涉仪的可重构模式转换器。

背景技术

随着信息时代互联网技术与应用的发展，人们对大容量、高速率数据通信的要求也越来越高。为了适应数据时代的需求，已研究出各种结构的高速光传输方面的波分复用技术。然而，通信容量和通信速率增长速度与日俱增，波分复用技术已经不能满足成倍增长的数据量的需求。因此，研究人员提出了各种其他类型的复用技术来提高通信容量。光的模式作为光传输的另一种维度，和波长类似可以用作光传输的另一种复用形式。模式复用也可以与其他类型的复用兼容，从而以相应量级的模式数提升通讯容量。模式复用技术一般通过在发射端把光信号利用不同的模式状态复用到同一根光纤或者多模波导中，在接收端再将光信号解复用，从而实现降低成本的基础上与其他类型复用技术结合来提升信道容量，大大降低了数据传输速率受通信波长带宽限制的问题。

模式转换器是可重构模式复用技术中最关键的器件之一，片上的模式复用一般包含模式复用器、模式解复用器、模式转换器和多模传输波导,目前模式转换器的主要实现方法有不对称定向耦合器、微环谐振器、马赫增德尔干涉仪和多模干涉耦合器等。

发明内容

本发明的目的是实现一种基于马赫增德尔干涉仪的可重构模式转换器，以解决光信息网络规模日益增大的所带来器件面积高效利用问题，期望在光互联网络实际应用中发挥重要的作用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于马赫增德尔干涉仪的可重构模式转换器，包括相连接的三阶模式解复用器和三阶模式复用器，三阶模式解复用器和三阶模式复用器均与马赫增德尔干涉仪开关组相连接；

所述的马赫增德尔干涉仪开关组包括数量为奇数的依次串联的多个马赫增德尔开关，相邻的马赫增德尔开关通过具有TEO波导宽度的直波导相连，位于两端的两个马赫增德尔开关还分别连接有一根具有TEO波导宽度的直波导，每个马赫增德尔开关上均连接有两根L型波导；

三阶模式解复用器和三阶模式复用器均包括多个U形的耦合波导以及由宽度不同的直波导按宽度逐渐减小的顺序依次连接而成的直波导的组合，该组合中直波导的数量与耦合波导的数量相同，且三阶模式解复用器中耦合波导的数量与三阶模式复用器中耦合波导的数量之和等于马赫增德尔开关的数量加1；三阶模式解复用器中宽度最小的直波导与三阶模式复用器宽度最小的直波导相连。

本发明模式转换器采取与传统波分复用类似的原理，将波导中不同的模式进行复用与解复用，将马赫增德尔干涉仪利用到器件中来实现不同模式之间的交换，器件具有良好的可重构性，增加或者减少马赫增德尔干涉仪开关组中光开关的数量和相应复用/解复用器中多模波导的数量，就可将模式转换器的可转换模式的数量增减至所需的阶数，实现光通信中模式复用技术所遇到的不同模式之间的灵活转换。

本发明可重构模式转换器具有如下优点：

1）利用光信号独立传播互不影响的原理，实现大容量信号处理，器件制作工艺与传统CMOS工艺兼容，器件可高度集成，结构紧凑，可重构性好，能够在光互联网络应用中发挥重要的作用。

2）所有马赫增德尔开关都是独立控制，将输入模式转化为所需的模式只需同时设定开关状态即可，开关的延迟互不影响，信号以光的形式输出，整个器件信号处理速度远高于电路信号。