光学路由器的制作方法

本发明涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及光学路由器。

背景技术：

随着近年来半导体技术的迅猛发展，芯片的集成度逐年提高，在芯片中集成上亿晶体管已经实现。单个片上处理器核的数量不断提升，多核及众核将成为未来处理器发展的主要趋势。核间互连，数据传输效率成为制约整个互连网络架构性能的关键因素之一。

传统的片上互连设计(如总线)已经逐渐无法适应当前的性能需求。电子互连的成本将会超越光互连的成本，光互连正在展现出越来越好的商业前景。光互连技术在降低系统功耗方面有着相当的优势，且有着很小的传输损耗及极高的通信带宽，是比较理想的片上互连技术。

近年来，硅基光子学发展迅猛，特别是硅基激光器，硅基光电调制器，硅基光探测器等器件，推动了片上光互连的发展。微环谐振器结构在1969年由Marcatili提出，限于当时的工艺，一直没有受到广泛的关注。基于微环谐振器的光器件具有功耗低，面积小等优点，随着半导体工艺的迅速发展，基于微环谐振器的光学路由器得到了越来越广泛的关注。

光互连技术具有大带宽、高速、低时延、无需大量引脚、低传输损耗、低串扰、低功耗、可与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容等诸多优点，对于解决通信瓶颈问题有着显著的优势。目前，光互连技术正朝着更高速、更短传输距离、更高带宽密度和集成度的方向发展。而光学路由器是片上光网络的核心器件，一个光学路由器的性能很大程度上决定着整个光互连网络的性能。但是目前光学路由器的结构比较复杂，交叉节点和微环的数量较多，导致生产成本高、稳定性差、插入损耗高、功耗大，从而影响光学路由器的性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种光学路由器，能够提高光学路由器的性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学路由器，包括：

第一波导101、第二波导102、第三波导103、第四波导104；

第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116、第七微环谐振器117；

第一波导101的一端为第一输入端121，另一端为第二输出端132；第二波导102的一端为第二输入端122，另一端为第三输出端133；第三波导103的一端为第三输入端123，另一端为第四输出端134；第四波导104的一端为第四输入端124，另一端为第一输出端131；

第一输入端121与第二输出端132通过第一波导101耦合，第一输入端121与第三输出端133通过第三微环谐振器113耦合，第一输入端121与第四输出端134通过第一微环谐振器111耦合，第二输入端122与第一输出端131通过第四微环谐振器114耦合，第二输入端124与第三输出端133通过第四波导104耦合，第二输入端122与第四输出端134通过第五微环谐振器115耦合，第三输入端123与第一输出端131通过第六微环谐振器116耦合，第三输入端123与第二输出端132通过第七微环谐振器117耦合，第三输入端123与第四输出端134通过第三波导103耦合，第四输入端124与第一输出端131通过第二波导102耦合，第四输入端124与第二输出端132通过第二微环谐振器112耦合，第四输入端124与第三输出端133通过第四微环谐振器114耦合。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117为平行波导微环谐振器。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，第一微环谐振器111连接第一波导101和第三波导103；第二微环谐振器112连接第四波导104和第一波导101；第三微环谐振器111连接第一波导101和第二波导102；第四微环谐振器111连接第二波导102和第四波导104；第五微环谐振器115连接第二波导102和第三波导103；第六微环谐振器116连接第三波导103和第四波导104；第七微环谐振器117连接第三波导103和第一波导101。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117的半径相同。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117具有波分复用WDM多波长开关功能。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117的谐振波长一致。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，第一输入端121、第二输入端122、第三输入端123、第四输入端124与第一输出端131、第二输出端132、第三输出端133、第四输出端134之间实现4×4的无阻塞交换。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，第一输入端121和第一输出端131相邻；第二输入端122和第二输出端132相邻；第三输入端123和第三输出端133相邻；第四输入端124和第四输出端134相邻。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，第一波导101与第四波导104有三个波导交叉，第二波导102与第三波导103有三个波导交叉。

结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，第一波导101和第三波导103各有五个波导弯曲，第二波导102和第四波导104各有一个波导弯曲。

基于上述技术方案，本发明实施例的光学路由器，具有较少的波导交叉，可以降低光链路的平均插入损耗及串扰，并且，采用较少的微环谐振器，可以降低功耗、器件尺寸和成本，从而能够提高光学路由器的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的光学路由器的结构示意图。

图2a是微环谐振器的ON状态的示意图。

图2b是微环谐振器的OFF状态的示意图。

图3是根据本发明实施例的光学路由器的一种工作状态的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例的光学路由器100的结构示意图。如图1所示，光学路由器100包括：

第一波导101、第二波导102、第三波导103、第四波导104；以及，

第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116、第七微环谐振器117。

第一波导101、第二波导102、第三波导103和第四波导104为直通波导，即波导的一端为输入端，另一端为输出端。

第一波导101的一端为第一输入端121，另一端为第二输出端132；

第二波导102的一端为第二输入端122，另一端为第三输出端133；

第三波导103的一端为第三输入端123，另一端为第四输出端134；

第四波导104的一端为第四输入端124，另一端为第一输出端131。

四条波导间通过七个微环谐振器连接，其中，第一微环谐振器111连接第一波导101和第三波导103；第二微环谐振器112连接第四波导104和第一波导101；第三微环谐振器111连接第一波导101和第二波导102；第四微环谐振器111连接第二波导102和第四波导104；第五微环谐振器115连接第二波导102和第三波导103；第六微环谐振器116连接第三波导103和第四波导104；第七微环谐振器117连接第三波导103和第一波导101。

通过直通波导以及微环谐振器，可以实现每个输入端到三个输出端的耦合。

第一输入端121与第二输出端132通过第一波导101耦合；

第一输入端121与第三输出端133通过第三微环谐振器113耦合；

第一输入端121与第四输出端134通过第一微环谐振器111耦合；

第二输入端122与第一输出端131通过第四微环谐振器114耦合；

第二输入端124与第三输出端133通过第四波导104耦合；

第二输入端122与第四输出端134通过第五微环谐振器115耦合；

第三输入端123与第一输出端131通过第六微环谐振器116耦合；

第三输入端123与第二输出端132通过第七微环谐振器117耦合；

第三输入端123与第四输出端134通过第三波导103耦合；

第四输入端124与第一输出端131通过第二波导102耦合；

第四输入端124与第二输出端132通过第二微环谐振器112耦合；

第四输入端124与第三输出端133通过第四微环谐振器114耦合。

通过调节各个微环谐振器的开(ON)和关(OFF)状态，每个输入端输入的光信号可以被导向与其耦合的三个输出端中的任意一个，并且可以实现四个输入端输入的光信号互不阻塞。也就是说，本发明实施例的光学路由器的四个输入端与四个输出端之间可以实现4×4的无阻塞交换。

在本发明实施例中，四条波导有六个波导交叉，其中，第一波导101与第四波导104有三个波导交叉，第二波导102与第三波导103有三个波导交叉。由于波导交叉会引入光学损耗和串扰，本发明实施例的光学路由器具有较少的波导交叉，因而降低了光链路的平均插入损耗及串扰，从而提高了光交换网络的可扩展性。

在本发明实施例中，四条波导有十二个波导弯曲，其中，第一波导101和第三波导103各有五个波导弯曲，第二波导102和第四波导104各有一个波导弯曲。

在本发明实施例中，利用微环谐振器的双向工作特性，第四微环谐振器114可以同时连接从第四输入端124到第三输出端133和从第二输入端122到第一输出端131的光通路，从而提高了器件的利用效率，减小了所需微环谐振器的数量，减少了路由器的功耗。

本发明实施例的光学路由器一共有七个微环谐振器，微环谐振器数量较少，从而降低了光学路由器的功耗、器件尺寸和成本。

因此，本发明实施例的光学路由器，具有较少的波导交叉，可以降低光链路的平均插入损耗及串扰，并且，采用较少的微环谐振器，可以降低功耗、器件尺寸和成本，从而能够提高光学路由器的性能。

在本发明的一个实施例中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117为平行波导微环谐振器。

平行波导微环谐振器由微环连接两条平行的波导。如图2a所示，当微环谐振器的谐振波长λresonant与信号波长λ0吻合时，即λresonant＝λ0，这一种状态定义为“ON”，信号通过微环从一个波导耦合到另一波导；如图2b所示，当λresonant≠λ0时，这一种状态定义为“OFF”，信号还是沿原路直通。微环谐振器的谐振波长可以由路由控制信号动态配置，从而实现开关状态的切换。

在本发明的一个实施例中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117的半径相同。也就是说，七个微环谐振器具有相同的半径。

在本发明的一个实施例中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117具有波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)多波长开关功能。

具体而言，各个微环谐振器除了可以工作在单波长状态下，还可以工作在WDM多波长状态下。也就是说，对于各微环谐振器，也可以采用WDM光信号输入，从而增加系统的带宽和吞吐量。在WDM情况下，相邻谐振峰的波长间隔称为自由谱宽(Free Spectral Range，FSR)，通过电或者热调制，可以使得这些谐振峰同时移动，从而实现微环谐振器对多个波长的同时开关。

在本发明的一个实施例中，第一微环谐振器111、第二微环谐振器112、第三微环谐振器113、第四微环谐振器114、第五微环谐振器115、第六微环谐振器116和第七微环谐振器117的谐振波长一致。

具体而言，在单波长情况下，各微环谐振器的谐振波长相同，在WDM情况下，各微环谐振器的多个谐振波长分别相同。

在本发明的一个实施例中，第一输入端口121和第一输出端口131相邻；第二输入端口122和第二输出端口132相邻；第三输入端口123和第三输出端口133相邻；第四输入端口124和第四输出端口134相邻。

对应的输入端和输出端相邻，这样，光学路由器的结构更紧凑，更有利于应用到光网络结构中去。相邻的输入端和输出端可以作为一个双向端口，即本发明实施例的光学路由器共有四个双向端口。

图3示出了根据本发明实施例的光学路由器100的一种工作状态的示意图。图3中虚线表示的微环谐振器处于谐振状态(即ON状态)，即第一微环谐振器111、第四微环谐振器114和第七微环谐振器117处于谐振状态，形成第四输入端124到第三输出端133，第二输入端122到第一输出端131，第三输入端123到第二输出端132，以及第一输入端121到第四输出端134四条光链路。第四输入端124到第三输出端133和第二输入端122到第一输出端131这两条光链路共用第四微环谐振器114而并不造成阻塞。由于微环谐振器的状态切换需要外加电压或者热调制，两条链路共用同一个微环谐振器能够降低功耗。本发明仅用七个微环谐振器完成了四个双向端口的无阻塞路由交换。

本发明实施例的光学路由器共有十二条光通信链路，表1给出了每条链路与波导或处于ON状态的微环谐振器的对应关系。在表1中，各输入端、输出端、微环谐振器、波导分别用相应的附图标记表示。一个输入端到一个输出端为一条链路。每条链路最多由一个微环谐振器耦合。同一时刻可以允许输入端和输出端不相邻的通信链路同时工作(相邻的输入端和输出端不需要通信)，从而缓解了光网络的拥堵。

表1

本发明实施例的光学路由器总共有九种状态，每种状态可最多允许四条链路同时工作。表2给出了每种状态与微环谐振器或波导的对应关系。在表2中，九种状态分别用1，2，…，9表示，各输入端、输出端、微环谐振器、波导分别用相应的附图标记表示。对应谐振器表示输入端和输出端需通过微环谐振器耦合，对应波导表示输入端和输出端由波导连通而不需通过微环谐振器耦合。

表2

本发明实施例的光学路由器，采用七个微环谐振器实现四个双向端口的无阻塞路由交换，且具有较少的波导交叉，既可以降低光链路的平均插入损耗及串扰，又可以降低功耗、器件尺寸和成本，从而能够提高光学路由器的性能。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。