波长选择性光开关的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其涉及通信领域中的波长选择性光开关。

背景技术：

随着密集波分复用(densewavelengthdivisionmultiplexing，简称“dwdm”)技术在光纤通信系统和数据中心系统中的应用，全光交换已经成为一种满足日益增长的带宽的趋势。在密集波分复用系统中，每个不同的光波长承载一路不同的光信号，不同波长的光信号在同一条光纤中传输，实现了大容量和低损耗的数据通信。光开关是实现全光交换系统的关键器件，它可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接、自愈保护等功能等。目前已经实现的光开关包括传统的机械结构光开关、基于微光机电系统开关、液晶光开关、波导型光开关和半导体光放大器光开关。其中波导型光开关通常依靠成熟的互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，简称“cmos”)工艺在绝缘衬底上的硅(silicon-on-insulator，简称“soi”)平台或磷化铟(indiumphosphide，简称“inp”)平台上制备，利用硅材料的热光效应或等离子体色散效应可以使切换速度达到纳秒到微秒量级，且体积小，集成度高，并且与cmos工艺兼容，因此可实现低成本的量产。波导型微环谐振器是一种对波长具有敏感的选择性导通的器件，它具有结构紧凑、集成度高、功耗低、设计简单等优点，可用于实现滤波、复用、解复用、路由、波长变换、光调制、光交换等功能。当波分复用的光信号通过微环谐振器时，如果光信号的波长符合微环谐振器的谐振波长，此光信号将会被耦合到微环谐振器中产生共振，从而实现指定波长的光信号的路由功能。与级联马赫-曾德尔干涉仪(mach-zehnder-interferomete，简称“mzi”)型硅基光开关矩阵相比，由微环谐振器组成的光开关阵列拓扑结构简单，级数少，并具有波长选择性，因此穿通波长的光信号不会受微环谐振器的耦合影响，直通的插损很低。尤其是在城域光网络的城域汇聚环中，微环谐振器型的光开关同时具备滤波和上下载信号的功能，使交换节点设备简单高效。

然而现有的微环谐振器通常只能支持单偏振态的信号光上传和下载，这是因为微环谐振器的谐振波长对波导的有效折射率和结构尺寸十分敏感。通常来讲，波导的te模式和tm模式的有效折射率不相同，导致te模式和tm模式的谐振波长也不相同，因此微环谐振器无法处理偏振复用的光信号。即使采用一些横截面为正方形或者脊形的特殊设计的波导结构，使波导的te模式和tm模式的有效折射率或者群折射率相等，工艺误差造成的波长结构尺寸的改变也会导致te模式和tm模式的谐振波长不相同。这将限制了微环谐振器在城域光网络中的应用场景。如何设计一种偏振相关损耗低的微环谐振器光开关，是城域光网络中汇聚环光交换节点的关键技术之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种波长选择性光开关，能够在偏振无关的光信号的选择过程中，降低偏振相关损耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种波长选择性光开关，包括偏振分束单元和波长选择单元，所述波长选择单元包括两组微环谐振器和偏振合束单元，

所述偏振分束单元，用于将输入光束分成第一偏振光束和第二偏振光束，并将所述第一偏振光束传输至所述两组微环谐振器中的第一组微环谐振器的输入端，将所述第二偏振光束传输至所述两组微环谐振器中的第二组微环谐振器的输入端；

所述第一组微环谐振器，用于将传输至所述第一组微环谐振器的输入端的所述第一偏振光束中的第一目标光束，耦合至所述第一组微环谐振器中，并将耦合至所述第一组微环谐振器中的所述第一目标光束，从所述第一组微环谐振器的输出端输出至所述偏振合束单元，所述第一目标光束的波长等于所述波长选择单元对应的目标波长；

所述第二组微环谐振器，用于将传输至所述第二组微环谐振器的输入端的所述第二偏振光束中的第二目标光束，耦合至所述第二组微环谐振器中，并将耦合至所述第二组微环谐振器中的所述第二目标光束，从所述第二组微环谐振器的输出端输出至所述偏振合束单元，所述第二目标光束的波长等于所述目标波长；

所述偏振合束单元，用于对从所述第一组微环谐振器的输出端接收到的所述第一目标光束，以及从所述第二组微环谐振器的输出端接收到的所述第二目标光束进行合束，并输出对所述第一目标光束和所述第二目标光束进行合束后的光束。

因此，该波长选择性光开关通过对两个偏振光束进行相同的波长选择处理，使得第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换次数相同，因此能够降低偏振相关损耗，有利于光交换节点的性能。

而且，在该波长选择性光开关中，第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中的传输路程相等或相近，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述偏振分束单元通过连接所述偏振分束单元与所述第一组微环谐振器的输入端的第一光波导，将所述第一偏振光束传输至所述第一组微环谐振器的输入端，且所述第一偏振光束中的没有耦合至所述第一组微环谐振器中的光束沿所述第一光波导继续传输；

所述偏振分束单元通过连接所述偏振分束单元与所述第二组微环谐振器的输入端的第二光波导，将所述第二偏振光束传输至所述第二组微环谐振器的输入端，且所述第二偏振光束中的没有耦合至所述第二组微环谐振器中的光束，沿所述第二光波导继续传输。

应理解，该波长选择性光开关可以用于具有任何偏振态的偏振光的选择，也就是说，第一偏振光束和第二偏振光束可以为具有任何偏振模式的偏振光束，特别地，第一偏振光束可以为te模式或tm模式的光信号，第二偏振光束可以为te模式或tm模式的光信号。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述第一偏振光束与所述第二偏振光束为相同模式的偏振光束，其中，所述第一组微环谐振器中的微环谐振器和所述第二组微环谐振器中的微环谐振器，为与所述相同模式相匹配的微环谐振器。

例如，如果第一偏振光束为tm模式的偏振光束，那么第一组微环谐振器中的微环谐振器可以设计成与tm模式相匹配的微环谐振器；如果第二偏振光束为te模式的偏振光束，那么第二组微环谐振器中的微环谐振器可以设计成与te模式相匹配的微环谐振器。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述偏振分束单元包括偏振分束旋转器，所述偏振合束单元包括偏振合束旋转器。

因此，第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换次数是相同的，而且第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中传输的路程是相等的，可以降低偏振相关损耗和差分群速度时延。

而且，由于第一组微环谐振器中的微环谐振器，与第二组微环谐振器中的微环谐振器，为针对同一偏振模式的微环谐振器，因此可以使用处理同一偏振态光束的相同的微环谐振器，不用设计两套不同的微环谐振器，降低了系统的复杂程度，降低了控制复杂度。

应理解，该实施例中的偏振分束单元，还可以包括其他能够对输入光信号进行分束和旋转的器件，以实现将输入光信号分成两路偏振光束例如te模式光信号和tm模式光信号，并将其中一路偏振光束例如tm模式光信号转换成te模式光信号。例如偏振分束单元可以包括偏振分束器和偏振转换器，或者其他能够实现该功能的光学结构。同样，偏振合束单元也可以包括其他能够对输入光信号进行合束和旋转的器件。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述第一偏振光束与所述第二偏振光束为不同模式的偏振光束，其中，所述第一组微环谐振器中的微环谐振器为与所述第一偏振光束的模式相匹配的微环谐振器，所述第二组微环谐振器中的微环谐振器为与所述第二偏振光束的模式相匹配的微环谐振器。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述偏振分束单元包括偏振分束器，所述偏振合束单元包括第三光波导，所述第三光波导用于对所述第一目标光束和所述第二目标光束进行耦合。

也就是说，这里对第一目标光束和第二目标光束的合束是在耦合光波导中完成的，无需增加其他的合波器件。

因此，第一偏振光束与第二偏振光束的无需经过偏振态转换，大大降低了偏振相关损耗。另外，第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中的传输路程的差值明显减小，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述第一组微环谐振器包括一个微环谐振器或者级联的多个微环谐振器，所述第二组微环谐振器包括一个微环谐振器或者级联的多个微环谐振器。

因此，该波长选择性光开关通过使用级联的多个微环谐振器，能够扩大该光开光的工作光谱带宽。

进一步地，第一组微环谐振器中的微环谐振器的个数，等于第二组微环谐振器中的微环谐振器的个数。从而降低波长选择单元的结构复杂性，减少两路偏振光束在光波导中传输时的路程差，减少偏振相关损耗。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述波长选择性光开关还包括与所述波长选择单元对应的波长检测单元，所述波长检测单元用于对所述第一目标光束的波长和所述第二目标光束的波长进行检测。

可选地，在第一方面的一种实现方式中，所述波长检测单元包括位于所述第一组微环谐振器的输出端处的第一光耦合器，和与所述第一光耦合器相连接的第一光探测器，以及位于所述第二组微环谐振器的输出端处的第二光耦合器，和与所述第二光耦合器相连接的第二光探测器。

在该波长选择单元中，可以在两组组微环谐振器的输出端处各设置一个光耦合器，用于从干路中抽取少量的光信号能量输送到光探测器中进行监控。光探测器通过外部的反馈电路，将这抽取出的这部分光信号分别反馈给两组微环谐振器的电极驱动，通过实时补偿两组微环谐振器的谐振波长的改变量来稳定下载的光信号的波长。

因此，该波长选择性光开关中通过设置波长监测单元，以对目标波长的实时监测与补偿，能够稳定波长选择单元下载的光信号的波长。

第二方面，提供了一种波长选择性光开关，其特征在于，包括第一方面及各种实现方式中所述的偏振分束单元，以及至少一个第一方面及各种实现方式中所述的波长选择单元，其中，所述至少一个波长选择单元中的每个波长选择单元所对应的目标波长不同

例如，该波长选择性光开关可以包括上述的偏振分束单元，以及n个上述的波长选择单元，其中，第i个波长选择单元输出的第一偏振光束中不满足目标波长的光束，与第二偏振光束中不满足目标波长的光束，分别进入第i+1个波长选择单元。第一偏振光束中不满足目标波长的光束通过第i+1个波长选择单元中的第一组微环谐振器，实现对满足目标波长λi+1的光束的选择，第二偏振光束中不满足目标波长的光束通过第i+1个波长选择单元中的第二组微环谐振器，实现对满足目标波长λi+1的光束的选择。

基于本发明实施例的波长选择性光开关，通过设置两组微环谐振器分别对两个偏振光束进行相同的波长选择处理，使得第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换次数相同，从而降低偏振相关损耗，有利于光交换节点的性能。

而且，两路偏振光束在光波导中的传输路程相等或相近，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

另外，本发明实施例中的该波长选择性光开关结构简单，体积紧凑，还能够组成大规模光开关矩阵。

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，下面所描述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是现有技术中的一个偏振无关的微环谐振器的示意性结构图。

图2是本发明一个实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图3是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图4是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图5是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图6是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图7是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图8是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

图9是本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。

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做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是现有技术中的一个偏振无关的微环谐振器的示意性结构图。该微环谐振器100包含两个部分：偏振敏感工作单元110和偏振旋转反射镜120。偏振复用的光信号包含te模式光信号和tm模式光信号，输入的偏振复用的光信号从总线光波导130进入此偏振无关微环谐振器结构，经过偏振分束器111，te模式光信号从光波导112输出，tm模式光信号从光波导113输出。其中，光波导112与微环谐振器114耦合，符合微环谐振器114的谐振波长的te模式光信号耦合到微环谐振器114中逆时针方向传输，从输出光波导115耦合输出，进入偏振合波器118。光波导113中的tm模式光信号传输到远端的偏振旋转反射镜121，反射回来转变成te模式的光信号tetm进入光波导112，与te光信号反向传输。其中偏振旋转反射镜120包含偏振旋转器121和弯曲波导122。符合微环谐振器114的谐振波长的光信号tetm耦合到微环谐振器114中顺时针方向传输，从输出光波导115耦合输出，再通过弯曲光波导116和偏振旋转器117转换成tm模式光信号，进入偏振合波器118。偏振合波器118将输入的te模式光信号和tm模式光信号进行合波并从总线光波导140输出，从而实现偏振无关的滤波切换功能。

但是，在该微环谐振器中，te模式的光信号和tm模式的光信号经过的光波导长度相差很大，tm模式光信号的偏振态转换次数较多，会造成严重的偏振相关损耗和差分群速度时延，影响系统性能；而且，该微环谐振器的结构复杂，体积庞大，不适合组成大规模的光开关矩阵。

这里的偏振相关损耗是指不同偏振状态的光信号通过一个系统后，产生的能量损失的差，本发明实施例中可以使两个不同偏振态的偏振光束通过该光开关之后，两者的能量损耗的差值。该差值越小，表明该光开关对偏振状态越不敏感。

波长选择性光开关(wavelengthselectiveswitch，简称“wss”)是近几年发展迅速的波分系统的子系统，它可以使不同的波长的光信号在任意的输入与输出端口之间进行切换，大大提高了波分系统的组网能力。从工作原理上来讲，波长选择性开关可以划分为微机电型，平面波导型和液晶型等等。本发明实施例中的波长选择性光开关就是平面波导型中的一种。

图2是本发明实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。该波长选择性光开关包括偏振分束单元310和波长选择单元320，其中，波长选择单元320包括两组微环谐振器和偏振合束单元323，该两组微环谐振器包括第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322。

偏振分束单元310，用于将输入光束分成第一偏振光束和第二偏振光束，并将第一偏振光束传输至两组微环谐振器中的第一组微环谐振器321的输入端，将第二偏振光束传输至两组微环谐振器中的第二组微环谐振器322的输入端；

第一组微环谐振器321，用于将传输至第一组微环谐振器321的输入端的第一偏振光束中的第一目标光束，耦合至第一组微环谐振器321中，并将耦合至第一组微环谐振器321中的第一目标光束，从第一组微环谐振器321的输出端输出至偏振合束单元323，第一目标光束的波长等于波长选择单元320对应的目标波长；

第二组微环谐振器322，用于将传输至第二组微环谐振器322的输入端的第二偏振光束中的第二目标光束，耦合至第二组微环谐振器322中，并将耦合至第二组微环谐振器322中的第二目标光束，从第二组微环谐振器322的输出端输出至偏振合束单元323，第二目标光束的波长等于目标波长；

偏振合束单元323，用于对从第一组微环谐振器321的输出端接收到的第一目标光束，以及从第二组微环谐振器322的输出端接收到的第二目标光束进行合束，并输出对第一目标光束和第二目标光束进行合束后的光束。

具体而言，偏振复用且波长复用的输入光束，经过偏振分束单元被分成两种偏振态不同的偏振光束，即第一偏振光束和第二偏振光束。这两束偏振光束通过输入组件进入波长选择单元320，如图2所示，第一偏振光束进入波长选择单元320中的第一组微环谐振器321，第二偏振光束进入第二组微环谐振器322中，其中，本发明实施例中，附图中的箭头方向为光束在光波导中的传播方向的示意。

传输至第一组微环谐振器321的输入端的第一偏振光束中的第一目标光束，被耦合到第一组微环谐振器321中产生共振，从而实现指定波长λi的光信号的选择，第一组微环谐振器321将第一偏振光束中满足目标波长λi的第一目标光束耦合至第一组微环谐振器321中，其中λi为该第一组微环谐振器321的谐振波长。进入第二组微环谐振器322中的第二偏振光束，被耦合到第二组微环谐振器322中产生共振，从而实现指定波长λi的光信号的选择，第二微环谐振组322将第二偏振光束中满足目标波长λi的第二目标光束耦合至第二组微环谐振器322中，其中该第二组微环谐振器322的谐振波长也为λi。该第一组微环谐振器321的谐振波长与第二组微环谐振器322的谐振波长相等，均等于目标波长λi。

第一组微环谐振器321从第一偏振光束中耦合出来的第一目标光束，通过第一组微环谐振器321与偏振合束单元323之间的光波导，传输至偏振合束323，第一组微环谐振器321与偏振合束单元323之间的该光波导，与第一组微环谐振器321之间相互耦合，使得第一组微环谐振器321的输出的光束可以进入该光波导从而传输至偏振合束单元323。

同样，第二组微环谐振器322从第一偏振光束中耦合出来的第一目标光束，通过第二组微环谐振器322与偏振合束单元323之间的光波导，传输至偏振合束323，第二组微环谐振器322与偏振合束单元323之间的该光波导，与第二组微环谐振器322之间相互耦合，使得第二组微环谐振器322的输出的光束可以进入该光波导从而传输至偏振合束单元323。

偏振合束单元323对第一组微环谐振器321耦合出来的第一目标光束，以及第二组微环谐振器322耦合出来的第二目标光束进行合束并将第一目标光束和第二目标光束进行合束后的光束输出，从而完成一次波长选择的过程。该波长选择单元320输出的单波长光信号满足目标波长λi。

可以看出，在本发明实施例的波长选择性光开关中，通过对两个偏振光束同时进行波长选择的处理，使得第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换次数相同，因此能够降低偏振相关损耗，有利于光交换节点的性能。

而且，第一组微环谐振器和第二组微环谐振器分别对两路偏振光束的处理过程也是一致的，从而使得第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中的传输路程相等或相近，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

另外，相比于现有技术的波长选择性光开关，本发明实施例中的该波长选择性光开关结构简单，体积紧凑，适合组成大规模光开关矩阵。

作为另一个实施例，偏振分束单元310通过连接偏振分束单元310与第一组微环谐振器321的输入端的第一光波导，将第一偏振光束传输至第一组微环谐振器321的输入端，且第一偏振光束中的没有耦合至第一组微环谐振器321中的光束沿第一光波导继续传输；

偏振分束单元310通过连接偏振分束单元321与第二组微环谐振器322的输入端的第二光波导，将第二偏振光束传输至第二组微环谐振器322的输入端，且第二偏振光束中的没有耦合至第二组微环谐振器322中的光束，沿第二光波导继续传输。

应理解，当微环谐振器的边缘与其他器件(例如直波导)在空间内相互靠近，直到两者的间距达到与波长同一数量级(例如微米量级)或者更小(例如纳米量级)，两者中的光场发生相互作用，我们称之为耦合。

当第一组微环谐振器321的输入端与第一光波导在空间内相互靠近，直到两者的间距达到与目标波长同一数量级或者更小，两者中的光场发生相互作用，实现第一组微环谐振器321与第一光波导之间的耦合；当第二组微环谐振器322的输入端与第二光波导在空间内相互靠近，直到两者的间距达到与目标波长同一数量级或者更小，两者中的光场发生相互作用，实现第二组微环谐振器322与第二光波导之间的耦合。

具体而言，在传输至第一组微环谐振器321的输入端的第一偏振光束中，第一微环谐振组321将满足目标波长λi的第一目标光束耦合至第一组微环谐振器321中；在传输至第二组微环谐振器322的输入端的第二偏振光束中，第二微环谐振组322将满足目标波长λi的第二目标光束耦合至第二组微环谐振器322中，且第一目标光束与第二目标光束在偏振合束单元323中进行合束处理后被输出，而没有被耦合至第一组微环谐振器321的不符合目标波长λi的剩余光束在第一光波导中继续传输，没有被耦合至第二组微环谐振器322的不符合目标波长λi的剩余光束在第二光波导中继续传输。

应理解，本发明实施例中的光束，也可以称为光信号，每个不同的光波长承载一路不同的光信号，不同波长的光信号在光波导中共同传输，例如在同一条光纤中传输，可以实现大容量低损耗的数据通信。

作为另一个实施例，本发明实施例的波长选择性光开关包括偏振分束单元310，以及至少一个波长选择单元320，其中，每个波长选择单元320所对应的目标波长不同。

应理解，该波长选择性光开关中的至少一个波长选择单元中的每个波长选择单元320所对应的目标波长不同，也就是说，每个波长选择单元所输出的光信号的波长不相同。例如图3所示的三个波长选择单元所对应的波长分别为λi、λi+1和λn。上面是以其中的一个波长选择单元320为例进行说明，该波长选择单元320对应的目标波长为λi。

还应理解，本发明实施例中，输入光束是偏振复用且波分复用的；偏振合束单元323最后输出的输出光束，即对第一目标光束与第二目标光束合束后的光束，是满足目标波长的单波长的偏振复用的光束。经过偏振分束单元310和波长选择单元320后，原本的输入光束由多波长光束变为了单波长的输出光束。

下面结合图4至图9详细描述本发明实施例的波长选择性光开关。如图3至图9中均示出了两个波长选择单元320，即第i个波长选择单元320(对应波长λi)和第i+1个波长选择单元320(对应波长λi+1)，但该波长选择性光开关还可以至包括更多的波长选择单元320，可以根据实际应用情况加以选择。下面结合图3至图9中所示的第i个波长选择单元进行详细描述，其他波长选择单元可以参考对该波长选择单元的相关描述。

可选地，第一偏振光束为tm模式或te模式的光信号，第二偏振光束为tm模式或te模式的光信号。

本发明实施例中，模式是特定形状的波导能够支持的一种电磁场分布，数学上讲是此结构的麦克斯韦方程的一个导模解，对应一个特征值，即有效折射率。有效折射率是波导中的一个重要参数，它与波导的结构、材料特性(折射率)、工作波长以及模式阶数有关。一旦波导的这些参数特性确定之后，波导的某个模式的有效折射率也将确定。后面以tm模式和te模式的光束为例进行描述。

本发明实施例的波长选择性光开关可以用于具有任何偏振态的偏振光的选择，也就是说，第一偏振光束和第二偏振光束可以为具有任何偏振模式的偏振光束，特别地，第一偏振光束可以为te模式或tm模式的光信号，第二偏振光束可以为te模式或tm模式的光信号。

下面均以第一偏振光束为tm模式或te模式的光信号，第二偏振光束为te模式的光信号为例进行说明，但本发明并不限于此。

作为另一个实施例，第一组微环谐振器321中可以包括一个微环谐振器或者级联的多个微环谐振器，第二组微环谐振器322中包括一个微环谐振器或者级联的多个微环谐振器。

进一步地，第一组微环谐振器321中的微环谐振器的个数，等于第二组微环谐振器322中的微环谐振器的个数。

图4示出了本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。如图4所示，这里以第一组微环谐振器321中包括一个微环谐振器，第二组微环谐振器322中包括一个微环谐振器为例进行说明。

作为另一个实施例，第一偏振光束与第二偏振光束为不同模式的偏振光束，其中，第一组微环谐振器321中的微环谐振器为与第一偏振光束的模式相匹配的微环谐振器，第二组微环谐振器322中的微环谐振器为与第二偏振光束的模式相匹配的微环谐振器。

模式匹配即相邻两个波导中有效折射率相近或者相等。当两条空间中相邻的波导中的两个模式的有效折射率相近或者相等时，对应的两个模式就满足了相位匹配条件。满足相位匹配条件的模式之间可以发生能量耦合和模式转换。平面波导回路中的波导通常具有相同的高度，因此相邻区域的波导宽度决定了波导的某个模式的有效折射率；相邻区域的波导间距决定了单位长度的能量耦合和模式转换效率；相邻区域的波导长度(即耦合长度)决定了器件总的能量耦合和模式转换效率。

通过选择合适的波导间距、波导宽度和相邻区域的波导长度(即耦合长度)，可以实现将一条波导中的一个模式的光能量完全耦合(转换)到另一条波导对应的模式中。

例如图4所示，第一偏振光束为tm模式的偏振光束，那么第一组微环谐振器321中的微环谐振器可以设计成与tm模式相匹配的微环谐振器；第二偏振光束为te模式的偏振光束，那么第二组微环谐振器322中的微环谐振器可以设计成与te模式相匹配的微环谐振器。

这时，当tm模式的光信号经过第一组微环谐振器321时，满足目标波长λi的目标光束就被耦合到与tm模式相匹配的微环谐振器中，当te模式的光信号经过第二组微环谐振器322时，满足目标波长λi的目标光束就被耦合到与te模式相匹配的微环谐振器中。

作为另一个实施例，偏振分束单元320包括偏振分束器，偏振合束单元323包括第三光波导，第三光波导用于对第一目标光束和第二目标光束进行耦合。

也就是说，这里对第一目标光束和第二目标光束的合束是在耦合光波导(或称为光波导)中完成的，第一目标光束和第二目标光束从各自对应的微环谐振器组的输出端输出后，分别进入该光波导中进行合波，最后通过该光波导输出，这时无需增加其他的合波器件。

由于第一组微环谐振器321中的微环谐振器为与第一偏振光束的模式相匹配的微环谐振器，那么第一组微环谐振器321就能够实现将第一光波导中的tm模式的光能量完全耦合(转换)到第一组微环谐振器321对应的模式中，并将耦合至第一组微环谐振器321的tm模式的第一目标光束，输出至第三光波导中；第二组微环谐振器322中的微环谐振器为与第二偏振光束的模式相匹配的微环谐振器，那么第二组微环谐振器322就能够实现将第二光波导中的te模式的光能量完全耦合到第二组微环谐振器322对应的模式中，并将耦合至第二组微环谐振器322的te模式的第二目标光束，输出至该第三光波导中。

在该实施例中，偏振分束器310用于将输入光信号分束为第一偏振光束和第二偏振光束。第一组微环谐振器321的接收端接收第一偏振光束，该第一偏振光束中满足该目标波长λi的该第一目标光束耦合至该第一组微环谐振器321中，并从第一微环谐振器321的输出端输出；第二组微环谐振器322的接收端接收第二偏振光束，该第二偏振光束中满足该目标波长λi的该第二目标光束耦合至该第二组微环谐振器322中，并从第二微环谐振器322的输出端输出。第一组微环谐振器321的输出端输出该第一目标光束至第三光波导中，该第二组微环谐振器322的输出端输出该第二目标光束至该第三光波导中，第一组微环谐振器321输出的该第一目标光束与该第二组微环谐振器322输出的该第二目标光束在第三光波导中进行合束。在第三光波导中进行合束后的该第一目标光束和该第二目标光束被输出。

具体而言，当偏振复用和波分复用的输入光束(波长λ1、λ2…λn、)从输入端口输入偏振分束器310后，输入光信号在偏振分束器310中可以被分成tm模式的光信号和te模式的光信号，这两路光信号分别进入波长选择单元320。tm模式的光信号传输至第一组微环谐振器321的输入端，te模式的光信号传输至第二组微环谐振器322的输入端。如果tm模式的光信号中的波长λi符合第一组微环谐振器321的谐振波长，那么第一组微环谐振器321将该tm模式的光信号中的满足该目标波长λi的第一目标光束耦合至该第一组微环谐振器321中；如果te模式的光信号中的波长λi符合第二组微环谐振器322的谐振波长，那么第二组微环谐振器322将该te模式的光信号中的满足该目标波长λi的第二目标光束耦合至该第二组微环谐振器322中。

第一组微环谐振器321中的第一目标光束，从第一组微环谐振器321的输出端，输出至第一组微环谐振器321与第三光波导的耦合区；第二组微环谐振器322中的第二目标光束，从第二组微环谐振器322的输出端，输出至第二组微环谐振器322与第三波导的耦合区。从第一组微环谐振器321输出的第一目标光束，与从第二组微环谐振器322输出的第二目标光束，在第三光波导中进行合波。

在第三光波导中进行合波后的第一目标光束和第二目标光束被输出。tm模式的第一目标光束与te模式的第二目标光束合波后形成偏振复用的单波长光信号，输出后的光束的波长为λi，满足第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322的谐振波长λi。

这样，第一偏振光束与第二偏振光束的无需经过偏振态转换，大大降低了偏振相关损耗。

另外，第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中的传输路程的差值明显减小，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

作为另一个实施例，该波长选择性光开关还可以包括与波长选择单元对应的波长检测单元，该波长检测单元用于对该第一目标光束的波长和该第二目标光束的波长进行检测。

具体而言，该波长选择单元320中，在第一组微环谐振器321的输出端与第二组微环谐振器322的输出端处，分别设置有该波长检测单元，分别对第一目标光束的波长和第二目标光束的波长进行检测。

进一步地，波长检测单元包括位于第一组微环谐振器321的输出端处的第一光耦合器341，和与第一光耦合器341相连接的第一光探测器351，以及位于第二组微环谐振器322的输出端处的第二光耦合器342，和与第二光耦合器342相连接的第二光探测器352。

如图5所示的本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。在第i个波长选择单元中，可以在第一组微环谐振器321的输出端处设置第一光耦合器341，用于从干路中抽取少量的光信号能量输送到第一光探测器351中进行监控。第一光耦合器341将第一目标光束中的部分光信号输出到第一光探测器351上，第一光探测器351通过外部的反馈电路，将这部分光信号反馈给第一组微环谐振器321的电极驱动，通过实时补偿第一组微环谐振器的谐振波长λi的改变量来稳定下载的光信号的波长。

同样，可以在第二组微环谐振器322的输出端处设置第二光耦合器342，将第二目标光束中的部分光信号输出到第二光探测器352上，第二光探测器352通过外部的反馈电路，将这部分光信号反馈给第二组微环谐振器322的电极驱动，通过实时补偿第二组微环谐振器的谐振波长λi的改变量来稳定下载的光信号的波长。

因此，通过设置波长监测单元，通过对目标波长的实时监测与补偿，能够稳定波长选择单元下载的光信号的波长。

图4和图5都是以第一组微环谐振器321中包括一个微环谐振器，第二组微环谐振器322中包括一个微环谐振器为例进行说明的。但是，第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322中分别可以包括多个微环谐振器。如图6所示的本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图，第一组微环谐振器321中可以包括两个级联的微环谐振器，第二组微环谐振器322中可以包括两个级联的微环谐振器。也就是说，这里可以用级联的多个微环谐振器替代上述波长选择单元中的一个微环谐振器，而其他地方可以不变。从而能够扩大该光开关的工作光谱带宽。

可选地，第一组微环谐振器中的微环谐振器的个数，与第二组微环谐振器中的微环谐振器的个数相同。从而降低波长选择单元的结构复杂性，减少两路偏振光束在光波导中传输时的路程差，减少偏振相关损耗。

图7示出了本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。如图7所示，这里以第一组微环谐振器321中包括一个微环谐振器，第二组微环谐振器322中包括一个微环谐振器为例进行说明。

作为另一个实施例，第一偏振光束与第二偏振光束为相同模式的偏振光束，其中，第一组微环谐振器321中的微环谐振器和第二组微环谐振器322中的微环谐振器，为与相同模式相匹配的微环谐振器。

例如，如图7所示，第一偏振光束为te模式的偏振光束，那么第一组微环谐振器321中的微环谐振器可以设计成与te模式相匹配的微环谐振器；第二偏振光束也为te模式的偏振光束，那么第二组微环谐振器322中的微环谐振器也设计成与te模式相匹配的微环谐振器。

这时，当te模式的光信号经过第一组微环谐振器321时，满足目标波长λi的目标光束就被耦合到与te模式相匹配的微环谐振器中，当另一路te模式的光信号经过第二组微环谐振器322时，满足目标波长λi的目标光束就被耦合到与te模式相匹配的微环谐振器中。

由于偏振态相同的两路光束携带的信号不同，如果耦合在一起处理会发生相干相长和相干相消的干涉效应，这要导致信号丢失无法再解调出来，因此，这里通过第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322分别对两路te光束进行处理。

作为另一个实施例，偏振分束单元310包括偏振分束旋转器，偏振合束单元323包括偏振合束旋转器。

在该实施例中，第一组微环谐振器321的输入端接收第一偏振光束，第一偏振光束中满足该目标波长λi的第一目标光束被耦合至第一组微环谐振器321中，第二组微环谐振器322的输入端接收第二偏振光束，并将第二偏振光束中满足目标波长λi的第二目标光束耦合至第二组微环谐振器322中。第一组微环谐振器321的输出端输出第一目标光束至该偏振合束旋转器323，第二组微环谐振器322的输出端输出该第二目标光束至该偏振合束旋转器323，偏振合束旋转器323用于对该第一目标光束和该第二目标光束进行合束，并对该第一目标光束和该第二目标光束进行合束后的光束被输出。

具体而言，当偏振复用和波分复用的输入光束(波长λ1、λ2…λn、)从输入端口输入偏振旋转分束器310后，输入光信号在偏振分束器310中可以被分成两路te模式的光信号，其中，第一路te模式的光信号(第一偏振光束)是原偏振复用和波分复用的光信号中的te模式分量，第二路te模式的光信号(第二偏振光束)是原偏振复用和波分复用的光信号中的tm模式分量转变而得到的，这两路光信号分别进入波长选择单元320。如果第一路te模式的光信号中的波长λi符合第一组微环谐振器321的谐振波长，那么第一组微环谐振器321将该路te模式的光信号中的满足该目标波长λi的第一目标光束耦合至该第一组微环谐振器321中；如果第二路te模式的光信号中的波长λi符合第二组微环谐振器322的谐振波长，那么第二组微环谐振器322将该te模式的光信号中的满足该目标波长λi的第二目标光束耦合至该第二组微环谐振器322中。

第一组微环谐振器321中的第一目标光束，从第一组微环谐振器的输出端，输出至偏振合束旋转器323；第二组微环谐振器322中的第二目标光束，从第二组微环谐振器322的输出端，输出至偏振合束旋转器323。偏振合束旋转器323用于对所述第一目标光束和所述第二目标光束进行合束。从第一组微环谐振器321输出的第一目标光束，与从第二组微环谐振器322输出的第二目标光束，在偏振合束旋转器323中进行合束。

在偏振合束旋转器323中进行合束后的第一目标光束和第二目标光束中，原本输入光信号中的te模式的光信号经过偏振合束旋转器323转变成tm模式的光信号，而另一路te模式的光信号经过偏振合束旋转器323后保持te模式的光信号，合束后形成偏振复用的单波长光信号。偏振合束旋转器323输出的合束后的te模式的光信号和tm模式的光信号，输出后的光束的波长为λi，满足第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322的谐振波长λi。

这样，第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换次数是相同的，而且第一偏振光束与第二偏振光束从分波至合波的过程中，在光波导中传输的路程是相等的，因此可以降低偏振相关损耗和差分群速度时延。

而且，由于第一组微环谐振器321中的微环谐振器，与第二组微环谐振器322中的微环谐振器，为针对同一偏振模式的微环谐振器，因此可以使用处理同一偏振态光束的相同的微环谐振器，不用设计两套不同的微环谐振器，降低了系统的复杂程度，降低了控制复杂度。

应理解，该实施例中的偏振分束单元，还可以包括其他能够对输入光信号进行分束和旋转的器件，以实现将输入光信号分成两路偏振光束例如te模式光信号和tm模式光信号，并将tm模式光信号转换成te模式光信号。例如偏振分束单元可以包括偏振分束器和偏振转换器，或者其他能够实现该功能的光学结构。同样，偏振合束单元也可以包括其他能够对输入光信号进行合束和旋转的器件。本发明对此不做限定。

可选地，该实施例中的波长选择性光开关还可以包括与所述波长选择单元对应的波长检测单元，该波长检测单元用于对第一目标光束的波长和第二目标光束的波长进行检测。

进一步地，波长检测单元320包括位于第一组微环谐振器321的输出端处的第一光耦合器341，和与第一光耦合器341相连接的第一光探测器351，以及位于第二组微环谐振器322的输出端处的第二光耦合器342，和与第二光耦合器342相连接的第二光探测器352。

如图8所示的本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图。在第i个波长选择单元中，可以在第一组微环谐振器321的输出端处设置第一光耦合器341，用于从干路中抽取少量的光信号能量输送到第一光探测器351中进行监控。第一光耦合器341将第一目标光束中的部分光信号输出到第一光探测器351上，第一光探测器351通过外部的反馈电路，将这部分光信号反馈给第一组微环谐振器321的电极驱动，通过实时补偿第一组微环谐振器的谐振波长λi的改变量来稳定下载的光信号的波长。

同样，可以在第二组微环谐振器322的输出端处设置第二光耦合器342，将第二目标光束中的部分光信号输出到第二光探测器352上，第二光探测器352通过外部的反馈电路，将这部分光信号反馈给第二组微环谐振器322的电极驱动，通过实时补偿第二组微环谐振器的谐振波长λi的改变量来稳定下载的光信号的波长。

因此，通过设置波长监测单元，通过对目标波长的实时监测与补偿，能够稳定波长选择单元下载的光信号的波长。

在该实施例中，图7和图8都是以第一组微环谐振器321中包括一个微环谐振器，第二组微环谐振器322中包括一个微环谐振器为例进行说明的。但是，第一组微环谐振器321和第二组微环谐振器322中分别可以包括多个微环谐振器。如图9所示的本发明另一实施例的波长选择性光开关的示意性结构图，第一组微环谐振器321中可以包括两个级联的微环谐振器，第二组微环谐振器322中可以包括两个级联的微环谐振器。也就是说，这里可以用级联的多个微环谐振器替代上述波长选择单元中的一个微环谐振器，而其他地方可以不变。从而能够扩大该光开关的工作光谱带宽。

上述实施例中描述的波长选择性光开关，是以波长选择性光开关中包括的一个波长选择单元为例进行描述的，实际该波长选择性该中可以包括多个这种波长选择单元从而形成大规模光开关矩阵。该波长选择性光开关中还可以包括如图2至图9所描述的偏振分束单元310，以及n个如图2至图9所描述的波长选择单元，根据图2至图9所示，第i个波长选择单元输出的第一偏振光束中不满足目标波长的光束，与第二偏振光束中不满足目标波长的光束，分别进入第i+1个波长选择单元。第一偏振光束中不满足目标波长的光束通过第i+1个波长选择单元中的第一组微环谐振器，实现对满足目标波长λi+1的光束的选择，第二偏振光束中不满足目标波长的光束通过第i+1个波长选择单元中的第二组微环谐振器，实现对满足目标波长λi+1的光束的选择。其中，i为大于零且小于n的正整数。

可以看出，本发明实施例中的波长选择性光开关，第一偏振光束与第二偏振光束的偏振态转换的次数相同，因此能够大大降低偏振相关损耗，有利于光交换节点的性能。

另外，第一组微环谐振器和第二组微环谐振器沿光信号输入方向对称分布，他们分别对两个偏振光束的处理过程也是一致的，从而使得第一偏振光束与第二偏振光束在光波导中的传输路程相等或相近，可以在进一步降低偏振相关损耗的同时，还降低差分群速度时延。

而且，相比于现有技术的波长选择性光开关，本发明实施例中的该波长选择性光开关结构简单，体积紧凑，适合组成大规模光开关矩阵。

应注意的是，基于本发明实施例的波长选择性光开关，可以连接形成具有其他变形的连接关系的光开关。例如变换图2至图9中的波长选择性光开关中的入射光输入端口和目标输出端口的方向，可以通过将波长选择单元的连接关系作出相应的变化来实现，此处不进行赘述。

应理解，本文中涉及的第一、第二和第三以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本发明实施例的范围。

还应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

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。另一点，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，可以是电性，机械或其它的形式。

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，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能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(read-onlymemory，简称“rom”)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称“ram”)、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，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。