CN106772792A - 一种单片集成的光交叉连接器 - Google Patents

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张敏明
潘泽鹏
付松年
刘德明
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    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
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Abstract

本发明属于集成光子器件领域，并公开了一种单片集成的光交叉连接器，其特征在于，包括N个相同结构的M×M周期性阵列波导光栅组成的输入端和M个相同结构的N×N周期性阵列波导光栅组成的输出端，并通过直波导、弯曲波导和交叉波导完成输入端和输出端的交叉互连，其中，N、M互质并且N、M的值由所需的端口数目决定。本光交叉连接器具有纳秒级的开关速率，并且具有充足的扩展性，每个交叉节点处的损耗和串扰低，而且可以有效缩小不同路由过程的性能差异，适用于大容量高速率的光交换系统。

Description

一种单片集成的光交叉连接器
技术领域
本发明属于集成光子器件领域，更具体地，涉及一种光交叉连接器。
背景技术
随着诸如云计算、物联网、虚拟现实等各种新兴技术的应用，将刺激全球的通信需求进一步急速增长，这给未来高速率大容量的光通信系统提出了更大的挑战。光交叉连接器(OXC)，作为易于操控的多波长路由器件，是实现低功耗高速率通信节点的可靠器件。
目前，光交叉连接器已经受到世界范围的广泛研究。主要的实现技术方案，包括微机电系统(MEMS)、半导体光放大器(SOA)、波长路由、压电陶瓷(PLZT)、光相位阵列等。
基于MEMS的光交叉连接器是目前应用比较广泛的，但是它的交换时间较长，为毫秒量级。而基于SOA的光交叉连接器，虽然可以实现纳秒级的开关速度，但是它的扩展性有限。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光交叉连接器，该光交叉连接器具有纳秒级的开关速率，并且具有充足的扩展性，适用于大容量高速率的光交换系统。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种单片集成的光交叉连接器，其特征在于，包括N个相同结构的M×M周期性阵列波导光栅组成的输入端和M个相同结构的N×N周期性阵列波导光栅组成的输出端，并通过直波导、弯曲波导和交叉波导完成输入端和输出端的交叉互连，其中，N、M互质并且N、M的值由所需的端口数目决定。
优选地，输入端的第s个阵列波导光栅的M个输出端口依次和输出端的各个阵列波导光栅的第s个输入端口相连，所有的阵列波导光栅具有相同的信道间隔，并且s≤N。
优选地，包含N×M个波长的入射光从任意一个输入端的任意一个端口输入，都可将这些波长分别解复用到输出端的N×M个输出端口。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本光交叉连接器具有纳秒级的开关速率，并且具有充足的扩展性，每个交叉节点处的损耗和串扰低，而且可以有效缩小不同路由过程的性能差异，适用于大容量高速率的光交换系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中优选的56×56光交叉连接器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1、图2，一种单片集成的光交叉连接器，包括N个相同结构的M×M周期性阵列波导光栅组成的输入端和M个相同结构的N×N周期性阵列波导光栅组成的输出端，并通过直波导、弯曲波导和交叉波导完成输入端和输出端的交叉互连，其中，N、M互质并且N、M的值由所需的端口数目决定。
进一步，输入端的第s个阵列波导光栅的M个输出端口依次和输出端的各个阵列波导光栅的第s个输入端口相连，所有的阵列波导光栅具有相同的信道间隔，并且s≤N。
进一步，包含N×M个波长的入射光从任意一个输入端的任意一个端口输入，都可将这些波长分别解复用到输出端的N×M个输出端口。
当N＝7，M＝8时，就可以构成一个56×56光交叉连接器，如图2所示。输入端由7个8×8周期性阵列波导光栅构成，输出端由8个7×7周期性阵列波导光栅构成，交叉互连区域由直波导、弯曲波导和交叉波导构成。整个器件利用标准的硅基制造工艺在单个SOI基片上完成。
具体的交叉互连方式：输入端的第一个阵列波导光栅的八个输出端口依次和输出端的八个阵列波导光栅的第一个输入端口相连，然后输入端的第二个阵列波导光栅的八个输出端口依次和输出端的八个阵列波导光栅的第二个输入端口相连，以此类推，最后，输入端的第七个阵列波导光栅的八个输出端口依次和输出端的八个阵列波导光栅的第七个输入端口相连。
各阵列波导光栅的输入输出波导，以及用于交叉互连的直波导、弯曲波导的宽度可以取硅波导宽度典型值450nm。7×7和8×8阵列波导光栅的信道间隔均取为400GHz(或3.2nm)。一般性设计，选取抛物线型结构用于连接阵列波导光栅的自由传输区和两侧的直波导(包括输入波导、输出波导和阵列波导)，将阵列波导的直波导部分的宽度设计为1μm，以降低传输损耗和串扰。这样，单个阵列波导光栅的损耗和串扰分别约为3dB和-20dB。交叉波导可以选择椭圆形交叉波导，或者其它更低插损和串扰的交叉波导，在每个交叉节点处的损耗和串扰可以分别低于0.15dB和-25dB。最终，一束光完成从一个端口输入，再从一个端口输出的过程，产生的损耗应该在6～10dB。当然，采取性能更好的阵列波导光栅和交叉波导，可以进一步降低整个器件的损耗和串扰，并缩小不同路由过程的性能差异。
光路由原理举例：当有一束波长范围为1460.4nm～1639.2nm的宽谱光从输入端的任意一个端口输入，经过交叉互连区域，最终将在输出端的各个端口分别输出一系列波长间隔为3.2nm的光，每个输出端口的具体输出情况和输入端口选择有关。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单片集成的光交叉连接器，其特征在于，包括N个相同结构的M×M周期性阵列波导光栅组成的输入端和M个相同结构的N×N周期性阵列波导光栅组成的输出端，并通过直波导、弯曲波导和交叉波导完成输入端和输出端的交叉互连，其中，N、M互质并且N、M的值由所需的端口数目决定。
2.根据权利要求1所述的一种单片集成的光交叉连接器，其特征在于，输入端的第s个阵列波导光栅的M个输出端口依次和输出端的各个阵列波导光栅的第s个输入端口相连，所有的阵列波导光栅具有相同的信道间隔，并且s≤N。
3.根据权利要求1所述的一种单片集成的光交叉连接器，其特征在于，包含N×M个波长的入射光从任意一个输入端的任意一个端口输入，都可将这些波长分别解复用到输出端的N×M个输出端口。
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