CN107193085B - 一种可抑制串扰的n×n光开关矩阵及其信号传输方法 - Google Patents

Abstract

一种N×N光开关矩阵及在这种光开关矩阵中传输光信号的方法。光开关矩阵包括N个输入端；N个输出端；和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于所述N个输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，每个光开关单元的初始状态设置为交叉传输状态；其中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态。

Description

一种可抑制串扰的N×N光开关矩阵及其信号传输方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种串扰抑制的电光型硅基波导N×N光开关矩阵及其信号传输方法。

背景技术

目前，光开关的实现有多种技术途径，其中一类典型技术是干涉型光开关技术，电光型硅基波导光开关是一种利用硅的等离子色散效应进行折射率调制的典型的干涉型光开关，与其它光开关技术相比，具有突出性优势。但在利用硅的等离子色散效应来进行硅折射率调制的同时，会伴有寄生的吸收损耗，这就导致电光型硅基波导光开关在进行“开”“关”状态切换时，两臂波导中的光功率不再维持相等，总有一个输出口的“关”状态出现无法完全消光的情况，导致光开关的消光比下降，即通道间串扰增大。电光型硅基波导光开关的串扰来源有多种，比如工艺偏差导致的两个波导臂中光功率不均问题，但硅折射率调制时的寄生损耗是构成电光型硅基波导光开关串扰的一个重要原因。目前消除串扰的方法主要有两种：一种是通过提高器件的性能来减小串扰的影响；另一种是通过设计适当的光开关矩阵结构来减小串扰的影响。

其中第一种方法在光开关单元的光分路结构处引入相位调制结构，通过在该区域加电进行载流子注入来改变该区域的折射率，进而改变光场相位，改变光分路器的分光比，以求正好抵消两臂波导相位调制器光吸收引起的两臂光功率不均衡。缺点是：受限于器件物理性，不够理想，器件成本升高，控制复杂性增加，不利于大规模级联光开关阵列的实现。

第二种方法具体为：由I、II、III三级构成，对于带间串扰可以在输出端设置可调谐窄带滤波器(TOF)来进行消除，而带内串扰，串扰项可以用阶次(Order)来进行归类，如一阶、二阶等，通过对网络节点拓扑结构的设计，使串扰量由低阶向高阶转换，从而一定程度上消除串扰对传输系统的影响。缺点是：尽管综合考虑了网络拓扑结构与DWDM系统的特点，但造成网络节点的复杂化和无源器件的数目的增加，单个网络节点成本也随之增加，同样不利于大规模级联光开关矩阵的实现。

大规模级联光开关矩阵的实现是现在亟待解决的主要问题，因此迫切需要设计出一种新的光开关矩阵结构及一种新的信号传输方法。本发明正是基于对未来大规模级联光开关的需求，设计和实现了一种串扰抑制的电光型硅基波导N×N光开关矩阵及其信号传输方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种光开关矩阵结构、光传输系统、在光开关矩阵中传输信号的方法以及光开关矩阵的控制方法。

本发明的一个目的在于提供了一种抑制串扰的光开关矩阵结构。

本发明的另一目的在于提供了一种在N×N光开关矩阵中信号传输的方法。

本发明的另一目的在于提供了一种光传输系统。

本发明的另一目的在于提供了一种N×N光开关矩阵控制方法。

为了实现上述目的，提供了一种抑制串扰的光开关矩阵，包括：

N个输入端；

N个输出端；和

N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于所述N个输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，每个光开关单元的初始状态设置为交叉传输状态；

其中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态。当光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，N为正整数，1≤i≤N，1≤j≤N。

其中，光开关单元为2×2光开关单元，包括第一输入端口和第二输入端口，及第一输出端口和第二输出端口，其中，直通传输状态为第一输入端口与第一输出端口相连接且第二输入端口与第二输出端口相连接，交叉传输状态为第一输入端口与第二输出端口相连接且第二输入端口与第一输出端口相连接。

其中，当需要对光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为直通传输状态。

其中，所述2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元。

其中，所述光开关单元还包括第一波导传输臂和第二波导传输臂。

其中，所述光开关单元的输入输出场强传递函数为，

其中，θ₁、θ₂表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α₁、α₂表示与损耗相关的场强衰减因子；

当θ₁＝θ₂时，所述光开关单元呈交叉传输状态；

当θ₁-θ₂＝±π时，所述光开关单元呈直通传输状态。

其中，第一波导传输臂和第二波导传输臂采用对称设计，使得光开关单元在不控制的情况下形成交叉传输状态。

其中，第一波导传输臂和第二波导传输臂采用非对称设计，使得光开关单元通过控制形成交叉传输状态。

其中，通过对第一波导传输臂或第二波导传输臂加电进行相位调制，使得光开关单元形成交叉传输状态。

此外，还提供了一种在N×N光开关矩阵中信号传输的方法，所述光开关矩阵包括N个输入端，N个输出端，和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于在所述N输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，所述方法包括以下步骤：将光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为可以使光信号交叉传输的状态；当需要在所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端之间进行光信号传输时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元切换为直通传输状态，光信号在所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元中保持交叉传输状态，其中，1≤i≤N，1≤j≤N。

另外，还提供了一种光传输系统，包括上述串扰抑制的N×N光开关矩阵。

另外，还提供了一种N×N光开关矩阵控制方法，所述光开关矩阵包括N个输入端，N个输出端，和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于在所述N输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，所述方法包括以下步骤：将所述光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为交叉传输状态；当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

根据本发明提供的光开关矩阵、在光开关矩阵中信号传输方法、光传输系统以及光开关矩阵控制方法，从开关拓扑结构和状态配置控制方法入手，消除硅折射率调制时寄生损耗引起的电光型波导光开关单元串扰对光开关矩阵整体串扰的影响，可以实现在当前的光开关单元技术水平下降低光开关矩阵整体串扰的影响，特别是降低大规模级联N×N光开关矩阵整体串扰的影响。另外，本发明提供的光开关矩阵具有工艺简单，器件之间均匀性强，控制复杂性小的优点，本发明的方案特别适用于N×N大规模电光型硅基波导光开关矩阵。

附图说明

附图，其被包括以提供本发明的进一步理解而且被并入并构成本说明书的一部分，所述附图示出本发明的实施例并且连同说明书用来解释本发明的原理，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的光开关矩阵的拓扑结构示意图。

图2a是示出根据本发明实施例的光开关单元交叉传输状态。

图2b是示出根据本发明实施例的光开关单元直通传输状态。

图3是示出根据本发明实施例的2×2干涉型光开关单元的结构示意图。

图4是示出根据本发明实施例的在N×N光开关矩阵中信号传输的方法框图。

图5是示出根据本发明实施例的N×N光开关矩阵控制方法框图。

图6是示出根据本发明实施例的光开关矩阵的初始配置状态图。

图7是示出根据本发明实施例的3×3光开关矩阵拓扑结构示意图。

图8是示出根据本发明实施例的3×3光开关矩阵的初始配置状态与信号传输路径。

图9是示出根据本发明实施例的3×3光开关矩阵的一种开关配置状态与信号传输路径。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现在将详细参考本发明的实施例，这些实施例的示例在附图中示出。元件的后缀“模块”和“单元”在此用于方便描述，并且因此可以可交换地被使用，而且没有任何可区别的意义或功能。

虽然构成本发明的实施例的所有元件或单元被描述为结合到单个元件中或被操作为单个元件或单元，但是本发明不一定局限于此种实施例。根据实施例，在本发明的目的和范围内所有的元件可以选择性地结合到一个或多个元件并且被操作为一个或多个元件。

根据本发明的一个或多个实施例，提供了一种光开关矩阵，如图1示出了本发明的光开关矩阵拓扑结构示意图(长宽未按实际比例画出)。本发明中采用的N×N光开关矩阵包括：

N个输入端；

N个输出端；和N²个光开关单元，N²个光开关单元位于N个输入端和N个输出端之间，并按照交叉(Crossbar)的方式进行连接，每个光开关单元的初始状态设置为交叉传输状态；其中，当需要对光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

具体地，光开关矩阵中的每个光开关单元为2×2光开关单元，2×2光开关单元包括第一输入端口i1和第二输入端口i2，及第一输出端口o1和第二输出端口o2。其中，直通传输状态(如图2b所示)，为第一输入端口i1与第一输出端口o1相连接且第二输入端口i2与第二输出端口o2相连接，所述交叉传输状态(如图2a所示)为第一输入端口i1与第二输出端口o2相连接且第二输入端口i2与第一输出端口o1相连接。

对交叉传输状态下2×2光开关单元采用无串扰的设计，必须说明，即使在设计中该光开关单元在“交叉”状态下是无串扰的，但不可避免地由于工艺偏差等原因实际器件在此传输状态下仍或多或少的有串扰，但这种串扰会在波导尺寸足够大、或工艺水平足够高时变得足够小，以至于可忽略其影响。

因此，光开关单元处于交叉传输状态时的连接相对于直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，便于选择初始状态的光开关单元配置，及设计产生最少串扰的控制方法。

如图1所示，光开关矩阵采用的2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元，电光型波导N×N光开关矩阵结构为典型的Crossbar拓扑结构，该结构特征在于：

(1)最小单元为2×2光开关单元，包含N²个2×2光开关单元；

(2)首先，N个2×2光开关单元相串连构成一个开关序列，其连接方法是：后一个2×2光开关单元的i1端口与前一个2×2光开关单元的o2端口相连；

(3)然后，将按步骤(2)方式连接而成的N个光开关序列相串连构成N×N光开关矩阵，其连接方法是：后一个光开关序列中第k个(1≤k≤N)光开关单元的i2端口与前一个光开关序列中第k个光开关单元的o1端口相连；

(4)所构成的N×N光开关矩阵共有4个系列的光信号端口，分布于矩阵的四边，如图4中的i#系列、o#系列、c#系列、d#系列(#表示从1到N的数字)。光信号的输入端口与输出端口须设定在矩阵四边中的相邻两边端口，有以下4种可能：i#系列作输入，o#系列作输出；o#系列作输入，i#系列作输出；c#系列作输入，d#系列作输出；d#系列作输入，c#系列作输出。

控制状态的切换可以通过加电控制，或其他控制方法。即可以当需要对光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为所述直通传输状态。通过在初始状态下的个别切换这种方法，可以减少控制复杂度，减少产生串扰的光开关单元数量，更方便易操作。

具体地，本发明特别适用于2×2电光型硅基波导光开关单元。2×2光开关单元可以是一个光开关，也可以是多个光开关组成的矩阵，能够实现交叉和直通两种传输状态。

具体地，如图3所示，光开关单元还包括第一波导传输臂和第二波导传输臂。

目前，光开关的实现有多种技术途径，其中一类典型技术是干涉型光开关技术，其主要结构包括光分路结构、两臂波导传输结构和光合路结构。其基本工作原理是将输入光分为两路，在两臂波导传输结构处利用热光、电光效应等原理对波导材料的折射率进行调制，从而改变两个波导臂中光的相位差，在光合路结构处利用两路光的干涉，实现光输出的“开”或“关”状态。

图3给出了2×2干涉型光开关单元的结构示意，其中i1、i2为两个光输入口；c1、c2为光耦合结构，可以由定向耦合器或多模干涉仪制成，用于对输入光的分路；PS1、PS2表示相位调制结构，可以由电控折射率调制、热控折射率调制制成；o1、o2为两个光输出口。对于2×2干涉型光开关单元而言，其“开”“关”状态的描述是：如对于来自i1端口的输入光信号，通过相位调制使其最终完全输出至o1端口，在o2端口处没有i1光信号泄露，则称从i1到o1呈现“开”状态，从i1到o2呈现“关”状态；反之，通过相位调制使其最终完全输出至o2端口，在o1端口处没有i1光信号泄露，则称从i1到o1呈现“关”状态，从i1到o2呈现“开”状态。

电光型硅基波导光开关是一种利用硅的等离子色散效应进行折射率调制的典型的干涉型光开关，与其它光开关技术相比，它具有开关速度极快、体积小、易于集成、与CMOS工艺相兼容等突出性优势。但在利用硅的等离子色散效应来进行硅折射率调制的同时，会伴有寄生的吸收损耗，这就导致电光型硅基波导光开关在进行“开”、“关”状态切换时，两臂波导中的光功率不再维持相等，总有一个输出口的“关”状态出现无法完全消光的情况，导致光开关的消光比下降，即通道间串扰增大。这是电光型硅基波导光开关的物理机制导致的共性问题。

电光型硅基波导光开关的串扰来源有多种，比如工艺偏差导致的两个波导臂中光功率不均问题，但硅折射率调制时的寄生损耗是构成电光型硅基波导光开关串扰的一个重要原因。

根据本发明的一个或多个实施例，光开关单元是基于2×2电光型波导光开关单元的传输特点来进行设计的，因此需要先对2×2电光型波导光开关单元的传递函数进行描述。

一般地，电光型波导光开关的光分路器按3dB分路来设计，其输入输出的场强传递函数为如以下公式(1)和(2)所示：

其中，θ₁、θ₂表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α₁、α₂表示与损耗相关的场强衰减因子；

1)当θ₁＝θ₂时，如图2a所示，所述光开关单元呈交叉传输状态。

若电光型波导光开关采用第一波导传输臂和所述第二波导传输臂对称设计，两臂波导的波导结构尺寸、波导长度完全对称，使得所述光开关单元在不控制的状态下即可实现θ₁＝θ₂，此时α₁＝α₂，E_out1＝-α₁je^jθ1E_in2，E_out2＝-α₁je^jθ1E_in1，即没有吸收损耗引起的串扰，使得所述光开关单元形成交叉传输状态。形成交叉传输状态的控制方法包括加电相位调制，一般通过对其中一个波导臂加电载流子注入或抽取进行光相位调制来完成，或其他控制方法。

若电光型波导光开关采用第一波导传输臂和所述第二波导传输臂非对称设计，也可以通过控制使得光开关单元实现θ₁＝θ₂形成交叉传输状态。控制方法包括加电相位调制，一般通过对其中一个波导臂加电载流子注入或抽取进行光相位调制来完成，或其他控制方法。

2)当θ₁-θ₂＝±π时，如图2b所示，所述光开关单元呈直通传输状态。

在光开关两个波导臂对称设计的情况下，要实现θ₁-θ₂＝±π，一般通过对其中一个波导臂加电载流子注入或抽取进行光相位调制来完成，此时α₁≠α₂，E_out1除了接收到来自E_in1的信号光，还由于两臂光强衰减不等而接收到来自E_in2的串扰信号光。

根据本发明的一个或多个实施例，还提供了一种N×N电光型波导光开关矩阵结构的光信号传输方法400，如图4所示，包括以下步骤：

在S401中，将光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为可以使光信号交叉传输的状态；

在S402中，当需要在所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端之间进行光信号传输时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元切换为直通传输状态，光信号在所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元中保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

根据本发明的一个或多个实施例，还提供了一种N×N光开关矩阵控制方法500，如图5所示，包括以下步骤：

在S501中，将光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为交叉传输状态；

在S502中，当需要在所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态，其中，1≤i≤N，1≤j≤N。

在该矩阵的4个系列端口中，只有2个系列端口用作有效的光信号端口，分别为信号光的输入端口与输出端口。剩余2个系列端口为冗余端口，用于泄漏串扰信号。比如设i1，i2，…，iN为信号光的N个输入端口，o1，o2，…，oN为信号光的N个输出端口，c1，c2，…，cN和d1，d2，…，dN端口为不用于有效信号光输入或输出的冗余端口。Sjk(j＝1，2，…n，k＝1，2，…n)表示2×2光开关单元的编号。

同时，4个系列的光信号端口，分布于矩阵的四边，如图1中的i#系列、o#系列、c#系列、d#系列(#表示从1到N的数字)。在该矩阵的4个系列端口中，只有2个系列端口用作有效的光信号端口，分别为信号光的输入端口与输出端口。剩余2个系列端口为冗余端口。光信号的输入端口与输出端口须设定在矩阵四边中的相邻两边端口，有以下4种可能：i#系列作输入，o#系列作输出；o#系列作输入，i#系列作输出；c#系列作输入，d#系列作输出；d#系列作输入，c#系列作输出。

如图6所示，此开关矩阵的初始状态配置为：所有2×2光开关单元均呈“交叉”传输状态，且对“交叉”传输状态下2×2光开关单元采用无串扰的设计。典型的设计方法是对2×2电光型波导光开关单元采用完全对称设计，即采用3dB光分路、合路设计，并且两个波导臂的波导结构尺寸、波导长度完全对称设计。在这种设计下，不加电时上述2×2光开关即呈“交叉”传输状态，不存在吸收损耗引起的串扰。

该交叉状态也可以在加电情况下实现。所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用非对称设计，通过加电后进行的相位调制形成交叉传输状态。

当所有2×2光开关均呈“交叉”传输状态时，从i1端口输入的光信号从d1端口输出，从i2端口输入的光信号从d2端口输出，类似地iN端口输入的光信号从dN端口输出(如图3，图中带箭头实线标出了光信号的传输路径)。但d1，d2，…，dN端口并非实际使用中希望的光信号输出端口，o1，o2，…，oN为光信号的输出端口。

对于任意规模的N×N电光型波导光开关矩阵，其实际使用时的控制方法和实现串扰抑制的证明如下：

(1)初始状态下所有2×2电光型光开关单元节点全部设置为“交叉”传输状态，并对所有2×2电光型光开关单元采用“交叉”状态无串扰的设计；

(2)对于任意所需建立的输入输出关系，均可按如下方法实现：党对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，只需将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元(如图2中编号所示)调制至“直通”状态即可，即由交叉传输状态切换为直通传输状态，而在第j行和第i列的其他所有光开关单元，都需要且可以保持“交叉”传输状态；

(3)如此，因折射率调制而在(j，i)节点光开关单元处产生的串扰，由于其后不存在“直通”状态的光开关节点，不会被传递至前文定义的输出端口(o1，o2，…，oN端口)，从而实现对它的抑制。

根据本发明的一个或多个实施例，例如，如图7所示，提供了一种以3×3电光型光开关矩阵为例来说明其串扰抑制与相应的控制方法。3×3电光型波导光开关矩阵拓扑结构。

图8是该3×3光开关矩阵的一种无串扰的初始配置状态示意，此时2×2光开关单元均处于“交叉”传输状态，设计使其无串扰(不考虑工艺偏差导致的串扰)。如图中带箭头实线所示，此时如有光信号从i系列端口输入，最终将无串扰地传输至d系列端口，但这并非实际定义的光信号输出端口(定义的光信号输出端口是o系列端口)。

假定所需配置的输入、输出光信号传输关系是：

在以上传输矩阵中，每一行只允许出现1个“1”，表示每个光输出端口只能接收来自1个输入端口的光信号；每一列也只允许出现1个“1”，表示任意输入端口的光信号只能发送给1个输出端口，不允许“广播”传输。图6给出了该传输条件下3×3光开关矩阵中各开关单元的配置状态示意图。对比上式传输矩阵与图6，可以发现以上传输矩阵正好对应了光开关矩阵结构中单元光开关的配置状态，其中0表示“交叉”、1表示“直通”。

由于“交叉”状态下该光开关单元没有吸收损耗引起的串扰，串扰会发生在处于“直通”状态的光开关单元处(本实施例中发生在S13、S21、S32三个光开关单元处)，它们需通过折射率调制来切换至“直通”状态。

图9中带箭头的实线标出了有效光信号的传输路径，虚线标出了串扰信号的传输路径。从图中可见，对于任意输入的光信号，在“直通”光开关单元处产生串扰后，由于该串扰信号所在支路后续连接的光开关单元均处于“交叉”状态，该串扰信号最终会从dk(k为1、2、3中的某一个)端口泄漏，而该端口是不作为信号光输出端口的冗余端口。

此外，根据本发明的一个或多个实施例，本发明的N×N光开关矩阵可以应用于光传输系统或光网络中，以便更好地提高信号传输速率和缩短时延。

综上所述，本发明所述的新型光开关矩阵至少具有以下优点：首先，本发明与现有技术的视角不同，本发明技术并不致力于降低电光型光开关单元的串扰，而是在当前的光开关单元技术水平下，从开关矩阵的状态配置与控制方法入手，消除硅折射率调制时寄生损耗引起的电光型波导光开关单元串扰对光开关矩阵整体串扰的影响，特别适用于N×N大规模电光型硅基波导光开关矩阵。

其次，根据本发明以上所述的一个或多个实施例，对于硅基SOI电光型波导光开关，在不考虑工艺偏差导致串扰的前提下，折射率调制寄生损耗使2×2光开关单元的消光比上限为29dB，而采用本发明方法构建2×2光开关矩阵，可几乎完全消除寄生损耗引起的串扰，从而大幅降低电光型波导光开关矩阵的综合串扰水平(考虑工艺偏差因素引入串扰的情况)。

另外，对于采用本发明方法构建的电光型波导N×N光开关矩阵，折射率调制寄生损耗所致的串扰几乎不随矩阵规模的增大而升高，因此特别适用于大规模光开关矩阵。

最后，本发明提供的光开关矩阵操作方法操作简单，成本较低。对于电光型波导N×N光开关矩阵控制方法，对任意需要连接的第i个输入端和第j个输出端，只需将(j，i)节点的光开关单元(如图4中编号所示)调制至“直通”状态即可，而在第j行和第i列的其他所有光开关单元，都需要且可以保持“交叉”传输状态。

应当理解，在本说明书中描述的功能单元或能力可被称为或标示为组件、模块或系统，以便更具体地强调它们的实现独立。例如，组件、模块或系统可被实现为硬件电路，其包括定制超大规模集成(VLSI)电路或门阵列、现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管，或其他分立组件。组件或模块还可在可编程硬件设备中实现，诸如场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。组件或模块还可以在用于由各种类型的处理器执行的软件中实现。例如，可执行代码的识别的组件或模块可以包括一个或多个物理或逻辑的计算机指令，其可以，例如，被组织为对象、程序或功能。然而，所识别的组件或模块不必在物理上定位在一起，而是可以包含存储在不同位置的全异指令，其当逻辑上接合在一起时，包含组件或模块并实现对于组件或模块的规定目的。

应该理解由本领域技术人员通过本发明能够实现的效果并不局限于在上文已特别描述的内容，并且本发明的其它优点从上面的详细描述中将更清楚地理解。

对于本领域技术人员，显然可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在本发明中做出各种修改和变型。因此，本发明旨在如果本发明的修改和变型落入附随权利要求和它们的等同形式的范围内，那么本发明覆盖这些修改和变型。

以下是本发明上述实施例额外的示例。

示例1可以包括的主题(N×N光开关矩阵、光开关模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)，其包括：N个输入端；N个输出端；和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于所述N个输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，每个光开关单元的初始状态设置为交叉传输状态；其中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

示例2可以包括或可以可选地与示例1的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元为2×2光开关单元，所述2×2光开关单元包括第一输入端口和第二输入端口，及第一输出端口和第二输出端口，

其中，所述直通传输状态为所述第一输入端口与所述第一输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第二输出端口相连接，所述交叉传输状态为所述第一输入端口与所述第二输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第一输出端口相连接。

示例3可以包括或可以可选地与示例1-2的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为所述直通传输状态。

示例4可以包括或可以可选地与示例1-3的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元。

示例5可以包括或可以可选地与示例1-4的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元还包括第一波导传输臂和第二波导传输臂。

示例6可以包括或可以可选地与示例1-5的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元的输入输出场强传递函数为，

其中，θ₁、θ₂表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α₁、α₂表示与损耗相关的场强衰减因子；当θ₁＝θ₂时，所述光开关单元呈交叉传输状态；当θ₁-θ₂＝±π时，所述光开关单元呈直通传输状态。

示例7可以包括或可以可选地与示例1-6的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用对称设计，使得所述光开关单元在不控制的情况下形成交叉传输状态。

示例8可以包括或可以可选地与示例1-7的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用非对称设计，使得所述光开关单元通过控制形成交叉传输状态。

示例9可以包括或可以可选地与示例1-8的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，通过对所述第一波导传输臂或所述第二波导传输臂加电进行相位调制，使得所述光开关单元形成交叉传输状态。

示例10可以包括的主题(一种在N×N光开关矩阵中信号传输的方法、光开关模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)所述光开关矩阵包括N个输入端，N个输出端，和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于在所述N输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，所述方法包括以下步骤：将光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为可以使光信号交叉传输的状态；当需要在所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端之间进行光信号传输时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元切换为直通传输状态，光信号在所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元中保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

示例11可以包括或可以可选地与示例10的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元为2×2光开关单元，所述2×2光开关单元包括第一输入端口和第二输入端口，及第一输出端口和第二输出端口，其中，所述直通传输状态为所述第一输入端口与所述第一输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第二输出端口相连接，所述交叉传输状态为所述第一输入端口与所述第二输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第一输出端口相连接。

示例12可以包括或可以可选地与示例10-11的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为所述直通传输状态。

示例13可以包括或可以可选地与示例10-12的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元。

示例14可以包括或可以可选地与示例10-13的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元还包括的第一波导传输臂和第二波导传输臂。

示例15可以包括或可以可选地与示例10-14的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述光开关单元的输入输出场强传递函数为，

其中，θ1、θ2表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α1、α2表示与损耗相关的场强衰减因子；当θ₁＝θ₂时，所述光开关单元呈交叉传输状态；当θ₁-θ₂＝±π时，所述光开关单元呈直通传输状态。

示例16可以包括或可以可选地与示例10-15的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用对称设计，使得所述光开关单元在不控制的状态下形成交叉传输状态。

示例17可以包括或可以可选地与示例10-16的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用非对称设计，使得所述光开关单元通过控制形成交叉传输状态。

示例18可以包括或可以可选地与示例10-17的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，通过对所述第一波导传输臂或所述第二波导传输臂加电进行相位调制，使得所述光开关单元形成交叉传输状态。

示例19可以包括的主题(一种光传输系统、用于执行动作的模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)包括所述N×N光开关矩阵。

示例20可以包括的主题(一种N×N光开关矩阵控制方法、光开关模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)所述光开关矩阵包括N个输入端，N个输出端，和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于在所述N输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，所述方法包括以下步骤：将所述光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为交叉传输状态；当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元，保持交叉传输状态，其中，光开关单元处于所述交叉传输状态时的连接相对于所述直通传输状态时的连接进行了串扰抑制，1≤i≤N，1≤j≤N。

示例21可以包括的主题(一种光开关矩阵、光开关模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)包括：输入端和输出端，以及在所述输入端和所述输出端之间按照预定顺序排列的多个光开关节点，所述输入端、所述输出端和多个所述光开关节点形成多条光通路，其中，所述光开关节点在所述光通路中包括串扰抑制传输状态和非串扰抑制传输状态，形成每条所述光通路的所有光开关节点中的至多一个光开关节点为非串扰抑制传输状态。

示例22可以包括的主题(一种光开关矩阵的控制方法，光开关模块、包括当由机器执行时使得机器执行动作的指令的机器可读介质、或配置成执行的装置等)包括：设置所述光开关矩阵的初始状态为所有光开关节点均处于串扰抑制传输状态；选择预设的光通路；将所述光通路中改变光通路方向的光开关节点调制至非串扰抑制传输状态。

示例23可以包括或可以可选地与示例22的主题组合以可选地包括方面，在该方面中，设置所述光开关矩阵的初始状态为所有光开关节点均处于串扰抑制传输状态；选择预设的光通路；将所述光通路中改变光通路方向的光开关节点调制至非串扰抑制传输状态。

Claims (7)

1.一种可抑制串扰的N×N光开关矩阵，包括：

N个输入端；

N个输出端；和

N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于所述N个输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，每个所述光开关单元的初始状态设置为交叉传输状态；

其中，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个所述光开关单元设置为直通传输状态，所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有所述光开关单元，保持交叉传输状态，N为正整数，1≤i≤N，1≤j≤N；

所述光开关单元为2×2光开关单元，所述2×2光开关单元包括第一输入端口和第二输入端口，及第一输出端口和第二输出端口；

其中，所述直通传输状态为所述第一输入端口与所述第一输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第二输出端口相连接，所述交叉传输状态为所述第一输入端口与所述第二输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第一输出端口相连接；

所述2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元；

所述光开关单元还包括第一波导传输臂和第二波导传输臂；

所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用对称设计，使得所述光开关单元在不控制的情况下形成交叉传输状态；

所述N×N光开关矩阵具有4个系列的光信号端口，分布于矩阵的四边，在该矩阵的4个系列端口中，只有2个系列端口用作有效的光信号端口，分别为信号光的输入端口与输出端口，剩余2个系列端口为冗余端口，光信号的输入端口与输出端口须设定在矩阵四边中的相邻两边端口。

2.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为所述直通传输状态。

3.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，所述光开关单元的输入输出场强传递函数为，

其中，θ₁、θ₂表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α₁、α₂表示与损耗相关的场强衰减因子；

当θ₁＝θ₂时，所述光开关单元呈交叉传输状态；

当θ₁-θ₂＝±π时，所述光开关单元呈直通传输状态。

4.一种在N×N光开关矩阵中可抑制串扰的信号传输方法，所述光开关矩阵采用Crossbar拓扑结构，包括N个输入端，N个输出端，和N²个光开关单元，所述N²个光开关单元位于在所述N个输入端和所述N个输出端之间，并按照交叉的方式进行连接，所述方法包括以下步骤：

将光开关矩阵中的所有光开关单元初始状态设置为可以使光信号交叉传输的状态；

当需要在所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端之间进行光信号传输时，将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元切换为直通传输状态，光信号在所述光开关矩阵中的第i行和第j列的其他所有光开关单元中保持交叉传输状态，其中，N为正整数，1≤i≤N，1≤j≤N；

所述光开关单元为2×2光开关单元，所述2×2光开关单元包括第一输入端口和第二输入端口，及第一输出端口和第二输出端口；

其中，所述直通传输状态为所述第一输入端口与所述第一输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第二输出端口相连接，所述交叉传输状态为所述第一输入端口与所述第二输出端口相连接且所述第二输入端口与所述第一输出端口相连接；

所述2×2光开关单元为电光型硅基波导光开关单元；

所述光开关单元还包括的第一波导传输臂和第二波导传输臂；

所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂采用对称设计，使得所述光开关单元在不控制的状态下形成交叉传输状态；

所述N×N光开关矩阵具有4个系列的光信号端口，分布于矩阵的四边，在该矩阵的4个系列端口中，只有2个系列端口用作有效的光信号端口，分别为信号光的输入端口与输出端口，剩余2个系列端口为冗余端口，光信号的输入端口与输出端口须设定在矩阵四边中的相邻两边端口。

5.根据权利要求4所述的信号传输方法，其特征在于，当需要对所述光开关矩阵中的第i个输入端和第j个输出端进行连接时，通过加电控制将所述光开关矩阵中的第(j，i)个光开关单元由所述交叉传输状态切换为所述直通传输状态。

6.根据权利要求4所述的信号传输方法，其特征在于，所述光开关单元的输入输出场强传递函数为，

其中，θ1、θ2表示所述第一波导传输臂和所述第二波导传输臂中光的相位变化，α1、α2表示与损耗相关的场强衰减因子；

当θ₁＝θ₂时，所述光开关单元呈交叉传输状态；

当θ₁-θ₂＝±π时，所述光开关单元呈直通传输状态。

7.一种光传输系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一所述的N×N光开关矩阵。

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