一种用于链路交换的多模光开关结构的制作方法

本公开涉及光互联与集成光学技术领域，尤其涉及一种用于链路交换的多模光开关结构。

背景技术：

随着通信容量需求的快速提升，在单位路径中传输的光信号越来越多，波分复用等技术已无法满足要求，更多的自由度如模分复用技术因而得到重视。模分复用技术允许利用统一物理载体中并行传输多个携带信息的空间模，在进一步的增大通信容量的应用中有很好的应用前景。传统的链路交换网络器件通常只支持单通信信道或者波分复用的信道，因而，通信容量相对受到限制，进一步提高通信容量成为研究的热点。

公开内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本公开提出了一种用于链路交换的多模光开关结构。

(二)技术方案

本公开提供了一种用于链路交换的多模光开关结构，其中，包括：模式解复用器组；多模输入波导组，每一多模输入波导连接一个模式解复用器的输入端；单模光开光单元组；多个单模输入波导组，对于每个单模输入波导组的多个单模波导，其输入端分别连接一个模式解复用器的各个输出端，其输出端分别连接各个单模光开关单元的同一输入端；多模输出波导组，每一多模输出波导连接一个模式复用器的输出端；模式复用器组；多个单模输出波导组，对于每个单模输出波导组的多个单模波导，其输入端分别连接各个单模光开关单元的同一输出端，其输出端分别连接一模式复用器的各个输入端；多路多模复用信号经各个多模输入波导输入对应的模式解复用器，对于每路多模复用信号，模式解复用器将其解复用为多个单模信号，多个单模信号经所述模式解复用器对应的单模输入波导组分别传输至各个单模光开关单元的同一输入端，各个单模光开关单元处于相同的路由态，将多个单模信号经单模输出波导组交换至同一模式复用器，多个单模信号经所述模式复用器后成为多模复用信号并经多模输出波导输出。

在本公开的一些实施例中，所述模式解复用器组包括n个模式解复用器，分别用于将多模复用信号转换为多个单模信号；所述模式复用器组包括n个模式复用器，分别用于将多个单模信号转换为多模复用信号；所述单模光开光单元组包括m个n×n单模光开关单元；所述多个单模输入波导组包括n个单模输入波导组，每个单模输入波导组包括m个单模波导；所述多个单模输出波导组包括n个单模输出波导组，每个单模输出波导组m个单模波导；所述多模输入波导组包括n个多模输入波导；所述多模输出波导组包括n个多模输出波导，其中m，n为正整数。

在本公开的一些实施例中，所述n个模式解复用器包括：第一模式解复用器、第二模式解复用器、……、第n模式解复用器；所述n个模式复用器：第一模式复用器、第二模式复用器、……、第n模式复用器；每一所述单模光开关单元包括：第一输入端、第二输入端、……、第n输入端、以及第一输出端、第二输出端、……、第n输出端；第一单模输入波导组包括m个第一单模波导，m个第一单模波导的输入端分别连接所述第一模式解复用器的m个输出端，m个第一单模波导的输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第一输入端；第二单模输入波导组包括m个第二单模波导，m个第二单模波导的输入端分别连接所述第二模式解复用器的m个输出端，m个第二单模波导的输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第二输入端；以此类推，第n单模输入波导组包括m个第n单模波导，m个第n单模波导的输入端分别连接所述第n模式解复用器的m个输出端，m个第n单模波导的输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第n输入端；第一单模输出波导组包括m个第一单模波导，m个第一单模波导的输出端分别连接所述第一模式复用器的m个输入端，m个第一单模波导的输入端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第一输出端；第二单模输出波导组包括m个第二单模波导，m个第二单模波导的输出端分别连接所述第二模式复用器的m个输入端，m个第二单模波导的输入端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第二输出端；以此类推，第n单模输出波导组包括m个第n单模波导，m个第n单模波导的输出端分别连接所述第n模式复用器的m个输入端，m个第n单模波导的输入端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第n输出端；第一多模输入波导连接至第一模式解复用器的输入端，第二多模输入波导连接至第二模式解复用器的输入端，以此类推，第n多模输入波导连接至第n模式解复用器的输入端；第一多模输出波导连接至第一模式复用器的输出端，第二多模输出波导连接至第二模式复用器的输出端，以此类推，第n多模输出波导连接至第n模式复用器的输入端。

在本公开的一些实施例中，在控制信号的控制下，所述m个n×n单模光开关单元的路由状态被切换，信号被选择使得所述m个n×n单模光开关单元同时处于相同的路由状态。

在本公开的一些实施例中，通过热光效应或等离子色散效应调谐所述n×n单模光开关单元的路由状态切换。

在本公开的一些实施例中，所支持的最大多模复用信号的模式数为m。

在本公开的一些实施例中，所述模式解复用器组、多模输入波导组、单模光开光单元组、单模输入波导组、多模输出波导组、模式复用器组、单模输出波导组均在绝缘体的硅上制作。

在本公开的一些实施例中，所述m为4，所述n为2。

本公开还提供了一种支持多模的链路交换网络，包括上述任一项所述的多模光开关结构。

在本公开的一些实施例中，所述链路交换网络为mesh网络、fat-tree网络、crossbar网络、clos网络。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开的多模光开关结构至少具有以下有益效果之一：

(1)本公开中的用于链路交换的多模光开关支持多路的多模复用信号输入且同时进行切换；

(2)采用本公开中的多模光开关构建多模复用的链路交换网络，可有效的提高通信带宽。

附图说明

图1为本公开实施例用于链路交换的多模光开关结构的示意图。

图2为本公开实施例的模式数量m为4、多模输入波导的数量n为2时开关工作的状态图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所熟知的方式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

光开关是光网络的重要组成单元，通过多个光开关的级联和不同拓扑结构的组合来实现不同节点之间链路路径的切换功能，因此要提高光网络的通信带宽，很重要的一点在于提高光开关的通信带宽。

本公开提供一种用于链路交换的多模光开关结构，通过特殊结构将模式复用器、模式解复用器和单模光开关单元结合起来，可以实现一种模式数量可扩展的、用于链路交换的多模光开关，其支持多路多模输入且同时进行切换。

图1为本公开一实施例用于链路交换的多模光开关结构的示意图，如图1所示，多模光开关结构包括：模式解复用器组、模式复用器组、多模输入波导组、多模输出波导组、单模光开光单元组以及多个单模输入波导组、多个单模输出波导组。

模式解复用器组包括n个第一模式接复用器：第一模式解复用器1201到第n模式解复用器120n，均用于将一多模复用信号转换为多个单模信号。每一模式解复用器包括一用于接收多模复用信号的输入端、以及用于输出单模信号的多个输出端，本实施例中为m个输出端，其中m，n为正整数。

模式复用器组包括n个第一模式复用器：第一模式复用器2201到第n模式复用器220n，均用于将多个单模信号转换为一多模复用信号，每一模式复用器包括用于接收单模信号的多个输入端，本实施例中为m个输入端、以及用于输出多模复用信号的一输出端，模式复用器与模式解复用器的作用互逆。

单模光开光单元组包括m个n×n单模光开关单元3001，3002，……，300m，设置在模式解复用器组与模式复用器组之间，每一n×n单模光开关单元包括n个输入端：第一输入端、第二输入端到第n输入端，以及n个输出端：第一输出端、第二输出端到第n输出端，具体可以使用例如马克-增德尔干涉器结构或微环谐振器通过按一定的拓扑方式级联构成，拓扑结构可采用spanke-benes，benes或tri-anglenetwork等。

多个单模输入波导组包括n个单模输入波导组。第一单模输入波导组，包括m个第一单模波导1011，1012，……，101m，第一单模输入波导组的m个输入端分别连接所述第一模式解复用器的m个输出端，第一单模波导组的m个输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第一输入端。具体的，第一单模波导1011的输入端连接第一模式解复用器1201的第一输出端，第一单模波导1011的输出端连接第一n×n单模光开关单元3001的第一输入端，第一单模波导1012的输入端连接第一模式解复用器1201的第二输出端，第一单模波导1012的输出端连接第二n×n单模光开关单元3002的第一输入端，依次类推，第一单模波导101m的输入端连接第一模式解复用器1201的第m个输出端，第一单模波导101m的输出端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第一输入端。

第二单模输入波导组，包括m个第二单模波导1021，1022，……，102m，第二单模输入波导组的m个输入端分别连接所述第二模式解复用器的m个输出端，第二单模波导的m个输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第二输入端。具体的，第二单模波导1021的输入端连接第二模式解复用器1202的第一输出端，第二单模波导1021的输出端连接第一n×n单模光开关单元3001的第二输入端，第二单模波导1022的输入端连接第二模式解复用器1202的第二输出端，第二单模波导1022的输出端连接第二n×n单模光开关单元3002的第二输入端，依次类推，第二单模波导102m的输入端连接第二模式解复用器1202的第m个输出端，第二单模波导102m的输出端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第二输入端。

同上类推，第n单模输入波导组，包括m个第二单模波导10n1，10n2，……，10nm，第n单模输入波导组的m个输入端分别连接所述第n模式解复用器的m个输出端，第n单模波导的m个输出端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第n输入端。具体的，第n单模波导10n1的输入端连接第n模式解复用器120n的第一输出端，第n单模波导10n1的输出端连接第一n×n单模光开关单元3001的第n输入端，第二单模波导10n2的输入端连接第n模式解复用器120n的第二输出端，第二单模波导10n2的输出端连接第二n×n单模光开关单元3002的第n输入端，依次类推，第m单模波导10nm的输入端连接第n模式解复用器120n的第m个输出端，第m单模波导10nm的输出端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第n输入端。

多个单模输出波导组包括n个单模输出波导组。第一单模输出波导组，包括m个第一单模波导2011，2012，……，201m，第一单模输出波导组的m个输出端分别连接第一模式复用器的m个输入端，第一单模输出波导组的m个输入端分别连接m个n×n单模光开关单元的第一输出端。具体的，第一单模波导2011的输出端连接第一模式复用器2201的第一输入端，第一单模波导2011的输入端连接第一n×n单模光开关单元3001的第一输出端，第二单模波导2012的输出端连接第一模式复用器2201的第二输入端，第一单模波导2012的输入端连接第二n×n单模光开关单元3002的第一输出端，依次类推，第一单模波导201m的输出端连接第一模式复用器2201的第m输入端，第一单模波导201m的输入端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第一输出端。

第二单模输出波导组，包括m个第二单模波导2021，2022，……，202m，第二单模波导组的m个输出端分别连接所述第二模式复用器的m个输入端，第二单模波导组的m个输入端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第二输出端。具体的，第二单模波导2021的输出端连接第二模式复用器2202的第一输入端，第二单模波导2021的输入端连接第一n×n单模光开关单元3001的第二输出端，第二单模波导2022的输出端连接第二模式复用器2202的第二输入端，第二单模波导2022的输入端连接第二n×n单模光开关单元3002的第二输出端，依次类推，第二单模波导202m的输出端连接第二模式复用器2022的第m输入端，第二单模波导202m的输入端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第n输出端。

同上类推，第n单模输出波导组，包括m个第n单模波导20n1，20n2，……，20nm，第n单模波导组的m个输出端分别连接所述第n模式复用器220n的m个输入端，第n单模波导组的m个输入端分别连接所述m个n×n单模光开关单元的第n输出端。具体的，第n单模波导20n1的输出端连接第n模式复用器220n的第一输入端，第n单模波导20n1的输入端连接第一n×n单模光开关单元3001的第n输出端，第n单模波导20n2的输出端连接第n模式复用器220n的第二输入端，第n单模波导20n2的输入端连接第二n×n单模光开关单元3002的第n输出端，依次类推，第n单模波导20nm的输出端连接第n模式复用器220n的第m输入端，第n单模波导20nm的输入端连接第m个n×n单模光开关单元300m的第n输出端。

多模输入波导组包括n个多模输入波导。第一多模输入波导1101，连接至第一模式解复用器1201的输入端，第二多模输入波导1102，连接至第二模式解复用器1202的输入端，以此类推，第n多模输入波导110n，连接至第二模式解复用器120n的输入端，n个多模输入波导用于输入多组多模复用信号。

多模输出波导组包括n个多模输出波导。第一多模输出波导2101，连接至第一模式复用器2201的输出端；第二多模输出波导2102，连接至第二模式复用器2202的输出端，以此类推，第n多模输出波导210n，连接至第二模式复用器220n的输出端，n个多模输出波导用于输出多组多模复用信号。

以下介绍本公开实施例中的用于链路交换的多模光开关结构的工作方式。

在本实施例中，m个n×n单模光开关单元3001，3002，……，300m中的每一个均可根据控制信号进行路由态的切换，根据所需速度和消光比的不同，可选用热光效应或等离子色散效应来调节其路由状态。m个n×n单模光开关单元同时处于相同的路由状态，此时可以实现用于链路交换的多模光开关的正常工作。

第一多模复用信号为m个模式复用，经由第一多模输入波导1101输入第一模式解复用器1201，m个模式复用的信号被解复用为m个单模信号，分别传输至m个n×n单模光开关单元3001，3002，……，300m的第一输入端，当m个n×n单模光开关单元同时处于相同的路由态时，m个单模信号经过交换被传输至同一模式复用器，该模式复用器是2201至220n的任意一个模式复用器，由相应的该模式复用器输出与第一多模复用信号模式相同的多模复用信号到对应的输出多模波导，该对应的输出多模波导为2101到210n的其中一个。

其他多模输入波导输入的多模复用信号处理过程与上述完全相同。每个多模输入波导输入的多模复用信号的通道数(即模式数量)可以小于或者等于m。每个多模复用信号的通道数可以相同，也可以不同，由此实现多模复用输入且同时进行切换。

作为本公开的一个示例，输入多模复用信号的模式数量m为4，多模开关的多模输入波导的数量n为2，开关工作的一个状态如图2所示。输入的2组多模复用信号经过中间过程即开关的操作后，输入多模输入波导1的信号group1交换到了多模输出波导2，输入多模输入波导2的信号group2交换到了多模输出波导1，即实现了链路交换，且每个多模波导内的信号内容和顺序均保持不变。

本公开所有采用的器件均在绝缘体硅上制作，用于实现单片集成。

本公开另一实施例还提供一种片上网络，如mesh网络、fat-tree网络、crossbar网络和clos网络等，结构中包括至少一个用于链路交换的多模光开关结构，以满足高通信带宽光交换需求。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和步骤的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

综上所述，本公开提供的一种声子晶体声表面波滤波器及制作方法能够实现多频信号输出、插入损耗小、使用寿命长、滤波特性好、不易受外界温度影响、激励的声表面波带宽较宽。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。