一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器及光路由方法

本发明涉及光信号路由，尤其涉及一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器及光路由方法。

背景技术：

1、随着互联网络的快速发展，无论是使用范围还是应用场景都迅速扩大，导致数据信息业务量爆炸式增长，这对数据中心信息传输带宽和处理速度提出了很高的要求。目前典型的数据中心采用多级电交换，虽然这种多级交换提供了可扩展性和容错性，然而交换机中的光到电转换，电到光转换以及复杂的光纤互联等导致了高功耗问题产生。为解决此问题，采用光电混合交换网络，用光交换取代大多数电交换，能降低数据中心的损耗；同时光交换机的引入也大幅减少了电交换机的数量，预计的成本将降低。

2、在光电混合网络架构中，不同集群间通过电交换进行小流量交换，同一集群则通过光交换进行不同架顶交换机间的大流量交换。阵列波导光栅路由器（awgr）作为光电混合交换网络中的光交换关键器件，可实现多个链路间的同时互联，且作为无源器件，不需要额外的控制电路。同时，awgr还具有集成度高、成本低、通道数目多、损耗小等优点。

3、然而当进行多通道光交换时，awgr不同输出端口的输出光强会产生一个明显差值，并且随着通道数目的增多输出光强的差值也随之变大，此差值称为损耗非均匀性。

4、产生损耗非均匀性是因为每条阵列波导在像面上的模场近似高斯分布，因此所有阵列波导叠加在一起也近似高斯分布，即所有来自同一输入通道的输出通道光谱会存在一个近似高斯型的包络。在这种情况下，最中心的输出波导损耗最低，越靠近边缘的输出通道损耗越大。阵列波导衍射远场的能量的计算式为：

5、；

6、损耗非均匀性lu可表示为：

7、；

8、其中，表示衍射角度，表示等效高斯远场角，是最边缘输出通道所对应的倾角，表示输入波导末端能量。随着awgr输出通道的增加，其最边缘输出通道倾角也随之增大，也就是损耗非均匀性增大。这将导致以下问题：光信号的传输质量下降，如信号衰减、失真、噪声等；通道之间产生干扰和损失，系统的通道容量降低，系统的传输速率和距离下降；需要采用更加复杂的信号处理算法和更高性能的光器件来弥补不同通道间的损耗差，系统的成本和复杂度增加。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明实施例提供了一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器及光路由方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

2、一方面，本发明提供一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，包括：

3、第一设定数量个输入波导；

4、输入平板波导耦合区，所述输入平板波导耦合区的输入端连接所述输入波导的输出端；

5、交错啁啾阵列波导，所述交错啁啾阵列波导的输入端连接所述输入平板波导耦合区的输出端；其中，将波长设定整数倍作为公差，所述交错啁啾阵列波导中各阵列波导长度按照所述公差递增的基础上，在各阵列波导上交错延长波导长度，使光通过被延长的波导时偏转90°；

6、输出平板波导耦合区，所述输出平板波导耦合区的输入端连接所述交错啁啾阵列波导的输出端；

7、第二设定数量个输出波导，所述输出波导的输入端连接所述输出平板波导耦合区的输出端，所述输入波导中光的各波长引导至各输出波导输出；

8、其中，在执行过程中，所述阵列波导光栅路由器采用的自由光谱范围大于等于所述输入波导通道数与所述公差乘积的8倍。

9、在一些实施例中，所述交错啁啾阵列波导中，各阵列波导长度的计算式为：

10、，i为奇数；

11、，i为偶数；

12、其中，li为第i个阵列波导长度，l1为所述阵列波导初始最短的波导长度，△l是阵列波导增量，λ0为阵列波导的中心波长，nc是阵列波导的有效折射率。

13、在一些实施例中，所述第二设定数量为所述第一设定数量的两倍。

14、在一些实施例中，所述阵列波导光栅路由器还包括：

15、第一设定数量个耦合器，将各所述输出波导进行两两循环耦合，以按照所述第一设定数量输出，以将各输入波导中输入光的各波长引导至各耦合器输出，并实现循环路由。

16、在一些实施例中，所述输入平板波导耦合区和所述输出平板波导耦合区采用星形耦合器替代。

17、另一方面，本发明还提供一种基于阵列波导光栅路由器的光路由方法，包括：

18、根据实际需求和网络规划，获取拓补结构；

19、基于所述拓补结构，构建上述基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，并进行光纤连接；

20、根据实际需求配置路由表，开启路由并执行光信号的路由和分发。

21、在一些实施例中，开启路由并执行光信号的路由和分发之前，还包括：进行光路由测试和验证。

22、在一些实施例中，开启路由并执行光信号的路由和分发之后，还包括：对所述基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器进行路由监控和维护，并在发生故障的情况下进行告警提示。

23、本发明的有益效果至少是：

24、本发明所述基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器及光路由方法，在阵列波导光栅路由器中引入交错啁啾阵列结构，将波长设定整数倍作为公差，设置交错啁啾阵列波导中各阵列波导长度在按照所述公差递增的基础上，对各阵列波导交错延长波导长度，使光通过被延长的波导时偏转90°，同时增大自由光谱范围，能够更好地接收衍射场能量，使得awgr的最小插入损耗大幅减小。实现了不以牺牲最小插入损耗为代价，提高损耗非均匀性。

25、本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

26、本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

技术特征：

1.一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，其特征在于，所述交错啁啾阵列波导中，各阵列波导长度的计算式为：

3.根据权利要求1所述的基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，其特征在于，所述第二设定数量为所述第一设定数量的两倍。

4.根据权利要求1所述的基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，其特征在于，所述阵列波导光栅路由器还包括：

5.根据权利要求1所述的基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器，其特征在于，所述输入平板波导耦合区和所述输出平板波导耦合区采用星形耦合器替代。

6.一种基于阵列波导光纤路由器的光路由方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的基于阵列波导光纤路由器的光路由方法，其特征在于，开启路由并执行光信号的路由和分发之前，还包括：进行光路由测试和验证。

8.根据权利要求6所述的基于阵列波导光纤路由器的光路由方法，其特征在于，开启路由并执行光信号的路由和分发之后，还包括：对所述基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器进行路由监控和维护，并在发生故障的情况下进行告警提示。

技术总结
本发明提供一种基于交错啁啾阵列的阵列波导光栅路由器及光路由方法，在阵列波导光栅路由器中引入交错啁啾阵列结构，将波长设定整数倍作为公差，设置交错啁啾阵列波导中各阵列波导长度在按照所述公差递增的基础上，对各阵列波导交错延长波导长度，使光通过被延长的波导时偏转90°，同时增大自由光谱范围，能够更好地接收衍射场能量，使得AWGR的最小插入损耗大幅减小。实现了不以牺牲最小插入损耗为代价，提高损耗非均匀性。

技术研发人员：薛旭伟,李奕璇,唐雄燕,王光全,钱灏泽,张贺,沈世奎,魏步征,郭秉礼,黄善国
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16