一种无阻塞波长选择型光波导开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光交换器件，尤其涉及一种波长选择型光波导开关器件，多应用于光通信、光互连、光计算等，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]互联网通信量每年都在急速增长，人们对带宽的需求越来越大，网络节点如光交叉连接(OXC)和光上下路复用(OADM)都有大量的端口。而光开关及其阵列就是其中的关键部件，光互连系统中多个运算核心之间的高速光学信号的分配和连接主要由光开关阵列来控制。
[0003]传统的光波导开关阵列由多个开关单元级联构成，单个开关单元的作用是把光信号从一条通道转移到另一条通道，常用谐振腔型(如法布里玻罗腔、微环谐振腔等)或干涉型(马赫-增德尔干涉仪)实现数据在链路中的交换。光波导开关阵列结构按照实现功能的不同分为完全无阻塞性、重排无阻塞型和受限阻塞型三类。若要实现完全遍历的连接，必须是完全无阻塞型结构，对于一个NXN(N端输入，N端输出)的开关阵列，无阻塞型至少需要N(N-1)个开关单元和N-1级级联，这会产生大量的插入损耗，庞大的开关数目也会使功耗大大增加，同时多级连接会较难获得快的开关时间。另外，器件个数过多时，难以保证工艺的稳定性和一致性，尤其对于谐振腔型的开关单元，由于工艺的误差性，不同单元的谐振波长均会各自有所偏差，严重的可能会造成开关阵列无法工作。
[0004]因此，本发明拟提出一种利用波长选择路径的光波导开关，该设计为NXN光开关模块，设计中只用N个可调谐的微环组和一个波长复用器件即可实现完全无阻塞连接，大大减少了有源器件的数目和级联级数，使工艺实现难度降低，并提高整个开关的性能。
【发明内容】
[0005]鉴于此，本发明要解决传统光开关阵列开关单元数过多、工艺难以实现、插入损耗过大、功耗过大等的问题，采用波长选择控制路径的方案，提供一个NXN路的无阻塞波长选择型光波导开关方案。
[0006]为实现上述目的，根据本发明，参见附图1，这种无阻塞波长选择型光波导开关的设计可以描述为:
[0007]—种无阻塞波长选择型光波导开关，其构成为:N个输入端、N个用于选择波长的微环组、I个用于选择路径的波分复用器件和N个输出端。
[0008]对于输入端，N大于等于2 ;每个输入端同时输入N个波长的光信号，设其输入波长为λ I?λ N。
[0009]对于微环组，其特征在于，微环组作为一个上下话路滤波结构连接在每一路输入端之后，其下载端和后端器件连接；微环组具有相同的自由光谱范围(设为AFSR)和相近的谐振峰位置；微环组是可调谐的，调谐利用的原理可以是热光效应、电光效应和等离子体色散效应等，设微环组可调谐的最大谐振波长偏移量为λ max ο
[0010]对于波分复用器件，可以是I XN或NXN的阵列波导光栅(AWG)结构或衍射蚀刻光栅(EDG)结构。
[0011]对于输出端，开关的N个输出端即为即为波分复用器件的N个输出端。
[0012]在上述设计中，输入波长λ 1-λ N之间的波长差为XFSR+A λ，从λ I至λ N依次递增。其中Δ λ是波长的调谐增加量，满足关系式ΝΔ λ ( Amax0
[0013]在上述设计中，波分复用器件具有N个波长信道，相邻的信道间隔为XFSR+Δ λ。λ 1-λ N各自位于N个波长信道的中央。
[0014]根据上述对本光波导开关的描述，参见附图2，本方案的作用机理为:
[0015]每个输入端口同时输入波长为λ??λ N的光信号。以第m路的输入端为例，调节m路输入端的微环，使微环组的谐振峰发生改变。若使λ1+ηΔ λ刚好为第m路微环组的谐振波长，即选定了谐振波长λη= Al+nAFSR+nA λ通过微环组，进入下一级波分复用器件。波分复用器件中，λ η位于第η+1个波长信道，因此该信号将被送入第η+1个输出端口。其中me [l，N]，ne [0，N)。改变第m路微环的偏置电压，即可切换端口连接。
[0016]m可取I?N中的任何整数值。整个开关过程对每一路来说是相互独立的，即任意一路的信号送往任意端口并不影响其他所有端口的取向，因此该光波导开关是无阻塞的。
[0017]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0018]1.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，只需最少N个有源单元即可实现NXN的无阻塞开关功能，和传统光开关阵列相比，大大简化了结构，降低了功耗。
[0019]2.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，不必采用多级开关单元级联的结构，同时当N ^ 4时，可以在设计上避免大量交叉波导的使用，可以减小插入损耗。
[0020]3.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，开关响应时间取决于单个微环组的开关速度，有利于实现高速开关。
[0021]4.本发明提供的这种无阻塞波长选择型光波导开关，开关单元数大大减少，更容易工艺实现。
【附图说明】
[0022]图1是本发明提供的一种无阻塞波长选择型光波导开关结构组成示意图；
[0023]图2为本发明技术方案的工作原理说明；
[0024]图3为本发明提供的具体实施例的示意图。
[0025]图3标记说明:
[0026]I第一路输入光经过的电调微环滤波器
[0027]2第二路输入光经过的电调微环滤波器
[0028]3第八路输入光经过的电调微环滤波器
[0029]4合束结构连接AWG输入波导
[0030]51X8阵列波导光栅
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图3，对本发明进一步详细说明。
[0032]具体实施例:8X8路SOI无阻塞波长选择型光波导开关
[0033]该8X8路SOI无阻塞波长选择型光波导开关由8个输入端口、8个微环上下话路单元、I个阵列波导光栅、8个输出端口构成。
[0034]输入端波导为单模波导，每个输入端口连接着一个微环上下话路滤波器。该微环上下话路滤波器由一个微环、两根直波导构成。
[0035]微环的电学结构是正向PIN结构，脊形波导的两侧平板分别为重掺杂的P+区和n+，加正向偏置电压时，本征区注入大量非平衡少数载流子，由于载流子色散效应，波导内的折射率发生变化，即微环的谐振波长发生偏移。微环未加电压时的某一个谐振波长为λ 0，微环的FSR为λ FSR,当加到最大偏置电压时谐振波长的偏移量为λ max ο经测试，当正向偏置电压分别为V1、V2…V8时，对应的波长偏移量分别为Δ λ、2Δ λ...7Δ λ，其中8 A λ < λ max 0
[0036]微环上下话路滤波器的下载端经过一个合束结构和AWG的输入波导连接。合束结构将8路波导合为一路。
[0037]AffG是一个I输入8输出的结构，其信道间隔为λ FSR+ Δ λ，各通道中心波长分别为 λ O、λ 0+ λ FSR+ Δ λ、λ 0+2 λ FSR+2 Δ λ......λ 0+7 λ FSR+7 Δ λ。
[0038]AffG的8个输出端作为光波导开关的8的输出端。
[0039]其工作过程为:每一个输入端输入波长为λ O、λ 0+ λ FSR+ Δ λ、A0+2AFSR+2A λ……λ 0+7 λ FSR+7 Δ λ的光信号。若要将第m路输入与第η路输出相连接，便调整第m路的微环偏置电压至Vn，则m路微环将在波长λ 0+n △ λ处谐振，即波长λ 0+η λ FSR+n Δ λ可以通过上下话路滤波器进入AWG。通过AWG的路径选择，该波长被送至第η+1个输出端输出。若要切换输出路径，只需切换微环的正向偏置电压即可。
[0040]在不偏离本发明精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
【主权项】
1.一种无阻塞波长选择型光波导开关，其构成为:N个输入端、用于选择波长的微环组、用于选择路径的波分复用器件和N个输出端，其中，微环组作为一个滤波结构连接在每一路输入端之后，其输出端和后端器件连接；波分复用器件是IXN或NXN的阵列波导光栅结构或衍射蚀刻光栅结构；波分复用器件的N个输出端作为开关的N个输出端。2.根据权利要求1中所述的无阻塞波长选择型光波导开关，其特征在于，输入输出波导N大于等于2 ;每个输入端同时输入N个波长的光信号。3.根据权利要求1中所述的无阻塞波长选择型光波导开关，其特征在于，用于选择路径的微环组连接在每一路输入端之后，每路的微环个数不为1，作为上下话路滤波器使用；每一路微环组具有相同的自由光谱范围和相近的谐振峰位置；微环组是可调谐的，调谐利用的原理是热光效应、电光效应或等离子体色散效应。
【专利摘要】本发明公开了一种无阻塞波长选择型光波导开关，该光开关包括：N个输入端、用于选择波长的微环组、用于选择路径的波分复用器件和N个输出端。通过改变微环的谐振波长，使光信号进入不同路径，建立任意两个输入输出端口之间的数据连接。该光开关最少只需要N个有源单元即可实现N×N个端口之间的无阻塞连接，无需大规模级联和使用多个交叉波导，有利于减小功耗和插入损耗，并提高开关速度。本发明中的光波导开关应用于光交换、光计算和光通信领域，易于实现节点之间的数据交换和链路之间的快速切换，具有光明的应用前景。
【IPC分类】G02B6/35
【公开号】CN105137544
【申请号】CN201510665016
【发明人】叶彤, 储涛, 乔雷
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月15日