CN107797181B - 光开关矩阵及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光开关矩阵及其控制方法，通过光通信网络中的第一单模光信号和第二单模光信号在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。并且，通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导，减少了不同波导上的交叉波导的个数的差异，从而进一步减小了PDL。

Description

光开关矩阵及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种光开关矩阵及其控制方法。
背景技术
随着光通信系统的快速发展和密集波分复用技术的提出，光开关矩阵成为光通信领域一个至关重要的元件，其可以实现路由选择、波长选择、光交叉连接等重要功能。
现有技术中，光通信网络中的光信号可以包括不同模式的单模光信号。通常，光开关矩阵主要是由波导以及由波导构成的器件组成，其中器件例如可以为光开关、偏振旋转分束器(PSR，Polarization Splitter Rotator)等。由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，因此会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。
因此，现有技术中，存在光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，偏振相关损耗(PDL，Polarization Dependent Loss)和群速度色散时延(DGD，Dispersion GroupDelay)较大的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种光开关矩阵及其控制方法，用以解决现有技术中存在光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。
第一方面，本发明提供一种光开关矩阵，包括：
输入模块、输出模块、第一光开关矩阵模块和第二光开关矩阵模块；其中，所述输入模块包括第一输出端口组和第二输出端口组，所述第一光开关矩阵模块包括第一输入端口组和第三输出端口组，所述第二光开关矩阵模块包括第二输入端口组和第四输出端口组，所述输出模块包括第三输入端口组和第四输入端口组；各输出端口组以及各输入端口组中包括的端口个数都为N，N为大于0的整数；
所述第一输出端口组中的端口与所述第一输入端口组中的端口之间通过长度为L1的第一波导一一对应连接；所述第二输出端口组中的端口与所述第二输入端口组中的端口之间通过长度为L2的第二波导一一对应连接；所述第三输出端口组中的端口与所述第三输入端口组中的端口之间通过长度为L3的第三波导一一对应连接，所述第四输出端口组中的端口与所述第四输入端口组中的端口之间通过长度为L4的第四波导一一对应连接；L1、L3之和与L2、L4之和相等；
其中，N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，所述第一交叉波导不与所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，所述第二交叉波导不与所述第一波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，所述第三交叉波导不与所述第四波导、所述第一波导、所述第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，所述第四交叉波导不与所述第三波导、所述第一波导、所述第二波导连接；
所述输入模块，用于将输入的光信号中的第一单模光信号和第二单模光信号分离，所述第一单模光信号的模式为第一模式，所述第二单模信号的模式为第二模式，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出；
所述第一光开关矩阵模块，用于对从所述第一输入端口组输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从所述第三输出端口组输出；
所述第二光开关矩阵模块，用于对从所述第二输入端口组输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从所述第四输出端口组输出；
所述输出模块，用于将从所述第三输入端口组输入的第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的第二单模光信号进行合并，并对合并后获得的光信号进行输出。
在一种可能的设计中，所述输入模块包括2N个输出端口；
所述2N个输出端口中的第i×2-1个输出端口对应所述第一输出端口组中的第i个输出端口，所述2N个输出端口中的第i×2个输出端口对应所述第二输出端口组中的第i个输出端口；其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
在一种可能的设计中，所述输出模块包括2N个输入端口；
所述2N个输入端口中的第i×2-1个输入端口对应所述第三输入端口组中的第i个输入端口，所述2N个输入端口中的第i×2个输入端口对应所述第四输入端口组中的第i个输入端口；其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
在一种可能的设计中，所述第一输出端口组中的第i个输出端口与所述第一输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第二输出端口组中的第i个输出端口与所述第二输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第三输出端口组中的第i个输出端口与所述第三输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第四输出端口组中的第i个输出端口与所述第四输入端口组中的第i个输入端口对应；
其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
在一种可能的设计中，L1等于L4，L2等于L3。
在一种可能的设计中，L1等于L2，L3等于L4。
在一种可能的设计中，N个所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中每条波导上的交叉波导的个数相同。
在一种可能的设计中，N条所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中两两波导上的交叉波导的个数的差值小于N/2。
在一种可能的设计中，所述第一交叉波导其中的2个端口与一条第一波导连接，所述第一交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第一波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
在一种可能的设计中，所述第二交叉波导其中的2个端口与一条第二波导连接，所述第二交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第二波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
在一种可能的设计中，所述第三交叉波导其中的2个端口与一条第三波导连接，所述第三交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第三波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
在一种可能的设计中，所述第四交叉波导其中的2个端口与一条第四波导连接，所述第四交叉波导的另外2个端口空置；或者所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第四波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
在一种可能的设计中，所述第一光开关矩阵模块与所述第二光开关矩阵模块的结构相同。
在一种可能的设计中，所述输入模块包括N个输入子模块，每个输入子模块包含一个输入端口和两个输出端口；
所述N个输入子模块中第i个输入子模块的两个输出端口分别对应于所述第一输出端口组的第i个输出端口和所述第二输出端口组的第i个输出端口。
在一种可能的设计中，所述输入子模块包括：输入耦合器以及与所述输入耦合器连接的偏振旋转分束器PSR；
所述输入耦合器，用于获取所述输入的光信号；
所述偏振旋转分束器，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。
在一种可能的设计中，每个所述输入子模块中，所述连接所述输入耦合器与所述偏振旋转分束器的波导的长度均为L5。
在一种可能的设计中，所述输入子模块包括：输入耦合器、偏振分束器PBS以及偏振转换器PR；
其中，所述偏振分束器分别与所述输入耦合器和所述偏振转换器连接；
所述输入耦合器，用于获取所述输入的光信号；
所述偏振分束器，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出；
所述偏振转换器，用于将所述偏振分束器分离出的所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。
在一种可能的设计中，每个所述输入子模块中，连接所述输入耦合器与所述偏振分束器的波导的长度均为L5。
在一种可能的设计中，所述输入子模块包括：光栅耦合器。
在一种可能的设计中，所述输出模块包括N个输出子模块，每个输出子模块包含两个输入端口和一个输出端口；
所述N个输出子模块中第i个输出子模块的两个输入端口分别对应于所述第三输入端口组的第i个输入端口和所述第四输入端口组的第i个输入端口。
在一种可能的设计中，所述输出子模块包括：输出耦合器以及与所述输出耦合器连接的偏振旋转合束器PRC；
其中，所述偏振旋转合束器，用于将从所述第三输入端口组输入的所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；
所述输出耦合器，用于对合并后获得的光信号进行输出。
在一种可能的设计中，每个所述输出子模块中，连接所述输出耦合器与所述偏振旋转合束器的波导长度的均为L5。
在一种可能的设计中，所述输出子模块包括：输出耦合器、偏振转换器PR以及偏振合束器PBC；
其中，所述偏振合束器分别与所述输出耦合器和所述偏振转换器连接；
所述偏振转换器，用于将从所述第三输入端口组输入的所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式；
所述偏振合束器，用于将所述偏振转换器输出的所述第一单模模式光信号，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；
所述输出耦合器，用于对合并后获得的光信号进行输出。
在一种可能的设计中，每个所述输出子模块中，连接所述输出耦合器与所述偏振合束器的波导的长度均为L5。
在一种可能的设计中，所述输出子模块包括：光栅耦合器。
在一种可能的设计中，所述输入模块和所述输出模块在所述光开关矩阵的同一侧；或者，所述输入模块和所述输出模块在所述光开关矩阵的不同侧。
第二方面，本发明提供一种光开关矩阵的控制方法，所述方法应用于光开关矩阵，所述光开关矩阵包括输入模块、输出模块、第一光开关矩阵模块和第二光开关矩阵模块；其中，所述第一光开关矩阵模块和所述第二光开关矩阵模块都分别与所述输入模块和所述输出模块连接；所述方法包括：
所述输入模块将输入的N路光信号中第i路光信号中的第一单模光信号i1和第二单模光信号i2分离，所述第一单模光信号i1的模式为第一模式，所述第二单模光信号i2的模式为第二模式，将所述第一单模光信号i1通过长度为L1的第一波导输出至所述第一光开关矩阵模块，并将所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模式后，通过长度为L2的第二波导输出至所述第二光开关矩阵模块；其中，N为大于0的整数，i为大于0且小于或等于N的任意整数；
所述第一光开关矩阵模块对从所述输入模块输入的所述第一单模光信号i1进行光交换处理，并在处理后通过长度为L3的第三波导输出至所述输出模块；
所述第二光开关矩阵模块对从所述输入模块输入的所述第二单模光信号i2进行光交换处理，并在处理后通过长度为L4的第四波导输出至所述输出模块；
所述输出模块将从所述第二光开关矩阵模块输入的所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模块后，与从所述第一光开关矩阵模块输入的所述第一单模光信号i1进行合并，对并合并后获得的光信号进行输出；
其中，L1、L3之和与L2、L4之和相等；
N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，所述第一交叉波导不与所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，所述第二交叉波导不与所述第一波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，所述第三交叉波导不与所述第四波导、所述第一波导、所述第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，所述第四交叉波导不与所述第三波导、所述第一波导、所述第二波导连接。
本发明提供的光开关矩阵及其控制方法，通过光通信网络中的第一单模光信号和第二单模光信号在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换，避免了由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，而导致会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。因此，本发明提供的光开关矩阵，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。并且，通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导，减少了不同波导上的交叉波导的个数的差异，从而解决了由于不同波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数差别较大而引起PDL较大的问题，从而进一步减小了PDL。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种输入模块的输出端口的划分示意图；
图3为本发明实施例提供的一种输出模块中输入端口的划分示意图；
图4为本发明实施例提供的一种第一波导与第二波导通过第五交叉波导相互交叉的结构示意图；
图5为在图4的基础上增加第一交叉波导和第二交叉波导的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种第三波导与第四波导通过第五交叉波导相互交叉的结构示意图；
图7为在图6的基础上增加第三交叉波导和第四交叉波导的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种输入子模块的输出端口的划分示意图；
图9为本发明实施例提供的一种输出子模块中输入端口的划分示意图；
图10为本发明实施例提供的一种输入子模块的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种输出子模块的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图15为本发明实施例提供的一种输入子模块的结构示意图；
图16为本发明实施例提供的一种输出子模块的结构示意图；
图17为本发明实施例提供的一种输入子模块的结构示意图；
图18为本发明实施例提供的一种输出子模块的结构示意图；
图19为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图20为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图21为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；
图22为本发明实施例提供的一种实现一组长度相等的波导的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明可以应用于光开关矩阵中，所述光开关矩阵用于对光通信网络中的光信号进行波长选择、路由选择等处理。其中，光通信网络中的光信号可以包括不同模式的单模光信号，例如包括模式为第一模式的第一单模光信号和模式为第二模式的第二单模光信号。其中，所述第一模式具体可以为横电波(TE，Transverse Electric Wave)模，所述第二模式具体可以为横磁波(TM，Transverse Magnetic Wave)模；或者，所述第一模式具体可以为TM模，所述第二模式具体可以为TE模。
光开关矩阵实施例一
图1为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图。如图1所示，本实施例的光开关矩阵可以包括：输入模块11、输出模块12、第一光开关矩阵模块13、第二光开关矩阵模块14。其中，输入模块11包括第一输出端口组111和第二输出端口组112，第一光开关矩阵模块13包括第一输入端口组131和第三输出端口组132，第二光开关矩阵模块14包括第二输入端口组141和第四输出端口组142，输出模块12包括第三输入端口组121和第四输入端口组122；各输出端口组以及各输入端口组中包括的端口个数都为N，N为大于0的整数；
第一输出端口组111中的端口与第一输入端口组131中的端口之间通过长度为L1的第一波导15一一对应连接；第二输出端口组112中的端口与第二输入端口组141中的端口之间通过长度为L2的第二波导16一一对应连接；第三输出端口组132中的端口与第三输入端口组121中的端口之间通过长度为L3的第三波导17一一对应连接，第四输出端口组142中的端口与第四输入端口组122中的端口之间通过长度为L4的第四波导18一一对应连接；L1、L3之和与L2、L4之和相等；
其中，N条第一波导15中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导19，第一交叉波导19不与第二波导16、第三波导17、第四波导18连接；N条第二波导16中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导20，第二交叉波导20不与第一波导15、第三波导17、第四波导18连接；N条第三波导17中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导21，第三交叉波导21不与第四波导18、第一波导15、第二波导16连接；N条第四波导18中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导22，第四交叉波导22不与第三波导17、第一波导15、第二波导16连接；
输入模块11，用于将输入的光信号中的第一单模光信号和第二单模光信号分离，所述第一单模光信号的模式为第一模式，所述第二单模信号的模式为第二模式，将所述第一单模光信号从第一输出端口组111输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从第二输出端口组112输出；
第一光开关矩阵模块13，用于对从第一输入端口组131输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从第三输出端口组132输出；
第二光开关矩阵模块14，用于对从第二输入端口组141输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从第四输出端口组142输出；
输出模块12，用于将从第三输入端口组121输入的第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从第四输入端口组122输入的第二单模光信号进行合并，并对合并后获得的光信号进行输出。
需要说明的是，L1、L2、L3、L4都为大于或等于0的数。并且，由于光开关矩阵通常能够允许一定的DGD，因此所述L1、L3之和与L2、L4之和相等，具体是指L1、L3之和与L2、L4之和近似相等。即，L1、L3之和与L2、L4之和的差值与光开关矩阵能够允许的DGD有关。具体的，第一模式或第二模式的光信号在该差值长度的波导中的传输时间应小于或等于能够允许的DGD。需要说明的是，光信号在波导中的传输时延与波导的群折射率会印有关，因此该差值的具体大小还与波导的群折射率有关。并且，由于群折射率与波导的材料、截面的大小有关，因此差值的具体大小最终与波导的材料、截面的大小以及能够允许的DGD有关。其中，本发明提供的光开关矩阵能够允许的DGD可以为10皮秒，此时当波导的尺寸为500×220nm，波导的芯层为硅，衬底为二氧化硅时，该差值大约在700-800微米之间。
对于模式为第一模式的第一单模光信号，其在光开关矩阵中经过的路径具体为：以第一模式通过输入模块的第一输出端口组中的端口进入第一光开关矩阵模块的第一输入端口组中的端口，并通过第一光开关矩阵模块的第三输出端口组中的端口进入输出模块的第三输入端口组中的端口，最后在输出模块中将模式由第一模式转换为第二模式后输出。对于模式为第二模式的第二单模光信号，其在光开关矩阵中经过的路径具体为：在输入模块中将模式由第二模式转换为第一模式，以第一模式通过输入模块的第二输出端口组中的端口进入第二光开关矩阵模块的第二输入端口组中的端口，并通过第二光开关矩阵模块的第四输出端口组中的端口进入输入模块的第四输入端口组中的端口，最后通过输出模块输出。
并且，由于第一输出端口组中的端口与第一输入端口组中的端口之间通过长度为L1的第一波导一一对应连接；第二输出端口组中的端口与第二输入端口组中的端口之间通过长度为L2的第二波导一一对应连接；第三输出端口组中的端口与第三输入端口组中的端口之间通过长度为L3的第三波导一一对应连接，第四输出端口组中的端口与第四输入端口组中的端口之间通过长度为L4的第四波导一一对应连接；且，L1、L3之和与L2、L4之和相等。
因此，可以看出，对于光通信网络中的第一单模光信号和第二单模光信号来说其在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换。本实施例提供的光开关矩阵避免了由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，而导致会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。因此，本实施例提供的光开关矩阵，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。
本实施例中，至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，且第一交叉波导不与第二波导、第三波导、第四波导连接；至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，且第二交叉波导不与第一波导、第三波导、第四波导连接；至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，且第三交叉波导不与第四波导、第一波导、第二波导连接；至少一条第四波导连接有第四交叉波导，且第四交叉波导不与第三波导、第一波导、第二波导连接。可以看出，本实施例提供的光开关矩阵模块中的第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导并不是由于第一波导、第二波导、第三波导与第四波导之间需要相互交叉而引入的交叉波导。本实施例中，由于第一波导、第二波导、第三波导、第四波导之间存在用于实现相互交叉的交叉波导，且不同波导上的用于实现相互交叉的交叉波导的个数不同，而交叉波导会引起光信号损耗的增加。因此，在不增加第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导时，存在由于不同波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数差别较大而导致PDL较大的问题。通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导，减少了不同波导上的交叉波导的个数的差异，从而解决了由于不同波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数差别较大而引起PDL较大的问题，从而进一步减小了PDL。同时，由于交叉波导也会影响光信号的传输时延，因此通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导也可以进一步的解决DGD较大的问题。
需要说明的是，由于N越大时，第一波导、第二波导、第三波导和第四波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数的差异相差越大，因此N越大时通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导所带来的改进效果越好。
需要说明的是，图1中的空心圆圈表示端口。
本实施例中，通过光通信网络中的第一单模光信号和第二单模光信号在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换，避免了由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，而导致会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。因此，本实施例提供的光开关矩阵，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。并且，通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导，从而解决了由于不同波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数差别较大而引起PDL较大的问题，从而进一步减小了PDL。
光开关矩阵实施例二
与图1类似，本实施例的光开关矩阵可以包括：输入模块11、输出模块12、第一单偏振光开关矩阵模块13和第二单偏振光开关矩阵模块14；其中，第一单偏振光开关矩阵模块13和第二单偏振光开关矩阵模块14都与输入模块11及输出模块12连接。其中，
输入模块11，用于将输入的N路光信号中的第k路光信号中的第一单模光信号k1和第二单模光信号k2分离，所述第一单模光信号k1的模式为第一模式，所述第二单模光信号k2的模式为第二模式，将所述第一单模光信号k1通过长度为L1的第一波导输出至第一光开关矩阵模块13，并将所述第二光信号k2由第二模式转换为第一模式后，通过长度为L2的第二波导输出至第二光开关矩阵模块14；其中，k为大于0且小于或等于N的任意整数；
第一光开关矩阵模块13，用于对从输入模块11输入的所述第一单模光信号k1进行光交换处理，并在处理后通过长度为L3的第三波导输出至输出模块12；
第二光开关矩阵模块14，用于对输入模块11输入的所述第二单模光信号k2进行光交换处理，并在处理后通过长度为L4的第四波导输出至输出模块12；
输出模块12，用于将从第二光开关矩阵模块14输入的所述第二单模光信号k2的模式由第二模式转换为第一模块后，与从第一光开关矩阵模块13输入的所述第一单模光信号k1进行合并，并对合并后获得的光信号进行输出。
其中，L1、L3之和与L2、L4之和相等。
N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，第一交叉波导不与第二波导、第三波导、第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，第二交叉波导不与第一波导、第三波导、第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，第三交叉波导不与第四波导、第一波导、第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，第四交叉波导不与第三波导、第一波导、第二波导连接。
需要说明的是，第一光开关矩阵模块对第一单模光信号k1进行的处理与第二光开关矩阵模块对第二单模光信号k2进行的处理应相同。
本实施例中，通过第一单模光信号k1和第二单模光信号k2在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换，避免了由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，而导致会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。因此，本实施例提供的光开关矩阵，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。
需要说明的是，本实施例与图1所示实施例的区别主要在于：图1所示实施例主要从光开关矩阵的结构的角度对本发明提供的光开关矩阵进行说明，本实施例主要从光开关矩阵对第k路光信号进行处理的角度对本发明提供的光开关矩阵进行说明。本实施例解决光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题的原理与图1所示实施例类似，在此不再赘述。
光开关矩阵实施例三
可选的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，进一步的，输入模块11包括2N个输出端口。其中，输入模块11的2N个输出端口中的第i×2-1个输出端口对应第一输出端口组111中的第i个输出端口，输入模块11的2N个输出端口中的第i×2个输出端口对应第二输出端口组112中的第i个输出端口；其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
以N等于8为例，输入模块11的2N个输出端口中的输出端口与第一输出端口组111和第二输出端口组112中的输出端口之间的对应关系具体可以如图2所示。图2中，以双向箭头表示两个输出端口之间的对应关系。具体的，输入模块11的16个输出端口中的第1个输出端口对应第一输出端口组111中的第1个输出端口，输入模块11的16个输出端口中的第2个输出端口对应第二输出端口组112中的第1个输出端口，输入模块11的16个输出端口中的第3个输出端口对应第一输出端口组111中的第2个输出端口，输入模块11的16个输出端口中的第4个输出端口对应第二输出端口组112中的第2个输出端口，……。
类似的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，进一步的，输出模块12包括2N个输入端口。其中，输出模块12的2N个输入端口中的第i×2-1个输入端口对应第三输入端口组121中的第i个输入端口，输出模块12的2N个输入端口中的第i×2个输入端口对应第四输入端口组122中的第i个输入端口。
以N等于8为例，输出模块12的2N个输入端口中的输入端口与第三输入端口组121和第四输入端口组122中的输入端口之间的对应关系具体可以如图3所示。图3中，以双向箭头表示两个输入端口之间的对应关系。具体的，输出模块12的16个输入端口中的第1个输入端口对应第三输入端口组121中的第1个输入端口，输出模块12的16个输入端口中的第2个输入端口对应第四输入端口组122中的第1个输入端口，输出模块12的16个输入端口中的第3个输入端口对应第三输入端口组121中的第2个输入端口，输出模块12的16个输入端口中的第4个输入端口对应第四输入端口组122中的第2个输入端口，……。
需要说明的是，第*个输出端口具体可以为所述光开关矩阵从上到下的第*个输出端口或者也可以为所述光开关矩阵从下到上的第*个输出端口，第*个输入端口具体可以为所述光开关矩阵从上到下的第*个输入端口或者也可以所述光开关矩阵从下到上第*个输入端口。其中，*等于为1、2、……。图2及图3中的空心圆圈表示端口。
可选的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，进一步的，第一输出端口组111中的端口与第一输入端口组131中的端口之间的对应关系具体可以为：第一输出端口组111中的第i个输出端口与第一输入端口组131中的第i个输入端口对应。第二输出端口组112中的端口与第二输入端口组141中的端口之间的对应关系具体可以为：第二输出端口组112中的第i个输出端口与第二输入端口组141中的第i个输入端口对应。第三输出端口组132中的端口与第三输入端口组121中的端口之间的对应关系具体可以为：第三输出端口组132中的第i个输出端口与第三输入端口组121中的第i个输入端口对应。第四输出端口组142中的端口与第四输入端口组122中的端口之间的对应关系具体可以为：第四输出端口组142中的第i个输出端口与第四输入端口组122中的第i个输入端口对应。
可选的，由于光开关矩阵通常都能够允许一定的PDL，因此可以根据光开关矩阵能够允许的PDL对第一波导、第二波导、第三波导及第四波导上的交叉波导的个数进行限制。具体的，可以为N条所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中两两波导上的交叉波导的个数的差值小于N/2。优选的，N个所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中每条波导上的交叉波导的个数相同。
需要说明的是，所述交叉波导除了包括上述用于减小不同波导上交叉波导个数差异的第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导以及第四交叉波导，还可以包括用于实现所述第一波导、所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导之间相互交叉的第五交叉波导。其中，关于实现所述第一波导与所述第二波导之间相互交叉的第五交叉波导23具体可以如图4所示，进一步的，在增加第一交叉波导19和第二交叉波导20后具体可以如图5所示。关于实现所述第三波导与所述第四波导之间相互交叉的第五交叉波导23具体可以如图6所示，进一步的，在增加第三交叉波导21和第四交叉波导22后具体可以如图7所示。需要说明的是，图4和图5中以实线表示第一波导、虚线表示第二波导为例；图6和图7中以实线表示第三波导、虚线表示第四波导为例。
可选的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，由于设置所述第一交叉波导的目的是为了减小第一波导与第二波导、第三波导和第四波导上交叉波导的个数的差异，因此所述至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，且第一交叉波导不与第二波导、第三波导、第四波导连接，具体可以为：所述第一交叉波导其中的2个端口与一条第一波导连接，所述第一交叉波导的另外2个端口空置，即不与其他器件连接。或者，为了能够达到吸收所述一条第一波导中的串扰光的目的，可以进一步的将原本空置的所述另外2个端口与光衰减器连接。又或者，为了达到探测所述一条第一波导中的光信号的目的，可以进一步的将原本空置的所述另外2个端口与光探测器连接。
类似的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，所述至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，且第二交叉波导不与第一波导、第三波导、第四波导连接，具体可以为：所述第二交叉波导其中的2个端口与一条第二波导连接，所述第二交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
类似的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，所述至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，且第三交叉波导不与第四波导、第一波导、第二波导连接，具体可以为：所述第三交叉波导其中的2个端口与一条第三波导连接，所述第三交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
类似的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，所述至少一条第四波导连接有第四交叉波导，且第四交叉波导不与第三波导、第一波导、第二波导连接，具体可以为：所述第四交叉波导其中的2个端口与一条第四波导连接，所述第四交叉波导的另外2个端口空置；或者所述另外2个端口与光衰减器连接；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
可选的，在本发明光开关矩阵实施例一和实施例二的基础上，进一步的，所述L1、L3之和与L2、L4之和相等，具体可以为：L1等于L4，L2等于L3；或者也可以为L1等于L2，L3等于L4。具体的，可以参照图4-图7实现所述L1等于L4、L2等于L3。其中，图4、图5中实线表示的第一波导的长度与图6、图7中虚线表示的第四波导的长度相同，图4、图5虚线表示的第二波导与图6、图7中实线表示的第三波导的长度相同。需要说明的是，由于L1、L3之和与L2、L4之和相等中的相等可以为近似相等，因此，L1等于L4或L2，L2等于L3或L4也可以为近似相等。
可选的，上述第一光开关矩阵模块与所述第二光开关矩阵模块的结构可以相同也可以不同。当结构不相同时，需要确保两个光开关矩阵模块的性能相同或相近(即，引入的DGD和PDL近似相等)。本实施例中通过选择结构相同的第一光开关矩阵模块和第二光开关矩阵模块，可以简化设计。
光开关矩阵实施例四
可选的，在本发明光开关矩阵实施例一、实施例二和实施例三的基础上，进一步的，输入模块11包括N个输入子模块113，每个输入子模块113包含一个输入端口和两个输出端口。其中，N个输入子模块113中第i个输入子模块的两个输出端口分别对应于第一输出端口组111的第i个输出端口和第二输出端口组112的第i个输出端口。需要说明的是，上述第*个输入子模块的确定方式与第一输入端口组中的第*个输出端口以及第二输入端口组中的第*个输出端口的确定方式一致。以N等于8为例，输入模块11的N个输入子模块113中的输出端口与第一输出端口组111和第二输出端口组112中的输出端口之间的对应关系具体可以如图8所示。图8中以双向箭头表示两个输出端口之间的对应关系。需要说明的是，图8中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。
可选的，与输入模块11类似，进一步的，输出模块12包括N个输出子模块123，每个输出子模块123包含两个输入端口和一个输出端口。其中，N个输出子模块123中第i个输出子模块的两个输入端口分别对应于第三输入端口组121的第i个输入端口和第四输入端口组122的第i个输入端口。需要说明的是，上述第*个输出子模块的确定方式与第三输入端口组中的第*个输出端口以及第四输入端口组中的第*个输出端口的确定方式一致。以N等于8为例，输出模块12的N个输出子模块123中的输入端口与第三输入端口组121和第四输入端口组122中的输入端口之间的对应关系具体可以如图9所示。图9中以双向箭头表示两个输入端口之间的对应关系。需要说明的是，图9中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。
以下给出输入子模块及输出子模块几种可选的是实现方式。
方式一
如图10所示，进一步可选的，输入子模块113包括：输入耦合器1131以及与输入耦合器1131连接的偏振旋转分束器(PSR)1132。其中，输入耦合器1131，用于获取所述输入的光信号；偏振旋转分束器1132，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。需要说明的是，本发明的偏振旋转分束器1132的目的的是了完成第一单模光信号和第二单模光信号的分离以及第二单模光信号的模式的转换，其并不对分离和转换的先后顺序做限制。例如，在具体实现时可以先将所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，再将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式；或者，也可以在将所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离的同时将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式。需要说明的是，图10中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。进一步可选的，每个输入子模块113中，连接输入耦合器1131与偏振旋转分束器1132的波导的长度均为L5。
需要说明的是，L5为大于或等于0的数。并且，由于光开关矩阵通常能够允许一定的DGD，因此所述连接输入耦合器与偏振旋转分束器的波导的长度均为L5，并不要求所有连接输入耦合器与偏振旋转分束器的波导的长度都必须等于L5，其相互间的长度可以允许一定的差值，只要使得光开关矩阵的DGD在其允许的DGD范围内即可。
与输入子模块113类似，如图11所示，进一步可选的，输出子模块123包括：输出耦合器1231以及与输出耦合器1231连接的偏振旋转合束器(PRC)1232。其中，偏振旋转合束器1232，用于将从所述第三输入端口组输入的第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；输出耦合器1231，用于对合并后获得的光信号进行输出。需要说明的是，本发明的偏振旋转合束器1232的目的的是了完成第一单模光信号的模式的转换以及第一单模光信号和第二单模光信号的合并，其并不会合并和转换的先后顺序做限制。例如，在具体实现时可以先将所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，再与第二单模光信号进行合并；或者，也可以在将所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式的同时与第二单模光信号进行合并。需要说明的是，图11中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。进一步可选的，每个输出子模块123中，连接输出耦合器1231与偏振旋转合束器1232的波导长度的均为L5。
以输入子模块113包括输入耦合器1131和偏振旋转分束器1132，输出子模块123包括输出耦合器1231和偏振旋转合束器1232，且N等于8为例，本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构具体可以如图12所示。如图12所示，光开关矩阵对从光纤输入的8路光信号进行处理，并在处理后输出至光纤。需要说明的是，图12仅为在输入子模块包括输入耦合器和PSR，输出子模块包括输出耦合器和PRC场景下的一种可选的实现方式，基于该实现方式第一光开关矩阵模块与第二光开关矩阵模块的控制方式完全相同。这里控制方式相同可以理解为，第一光开关矩阵模块将其第一个输入端口的光信号交换至第三个输出端口，第二光开关矩阵模块也将其第一个输入端口的光信号交换至第三个输出端口。
可选的，对于图12所示的光开关矩阵，其结构还可以变形为图13所示。
图12中，输入模块11和输出模块12在所述光开关矩阵的不同侧，可选的，输入模块11与输出模块13也可以在光开关矩阵的同侧，例如图14所示。本发明实施例中通过所述输入模块和所述输出模块在所述光开关矩阵的同侧，或者不同侧，可以向光纤提供灵活的连接方式。
需要说明的是，图12-图14中PSR与第一光开关矩阵模块之间的实线表示第一波导，PSR与第二光开关矩阵模块之间的虚线表示第二波导，第一光开关矩阵模块与PRC之间的实线表示第三波导，第二光开关矩阵模块与PRC之间的虚线表示第四波导。
方式二
如图15所示，进一步可选的，输入子模块113包括：输入耦合器1131、偏振分束器(PBS)1133以及偏振转换器(PR)1134。其中，偏振分束器1133分别与输入耦合器1131和偏振转换器1134连接；输入耦合器1131，用于获取所述输入的光信号；偏振分束器1133，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出；偏振转换器1134，用于将所述偏振分束器分离出的所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。需要说明的是，图15中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。进一步可选的，每个输入子模块113中，连接输入耦合器1131与偏振分束器1133的波导的长度均为L5。
与输入子模块113类似，如图16所示，进一步可选的，输出子模块123包括：输出耦合器1231、偏振转换器(PR)1233以及偏振合束器(PBC)1234。其中，偏振合束器1234分别与输出耦合器1231和偏振转换器1233连接；偏振转换器1233，用于将从所述第三输入端口组输入的所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式；偏振合束器1234，用于将所述偏振转换器输出的所述第一单模模式光信号，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；输出耦合器1231，用于对合并后获得的光信号进行输出。需要说明的是，图16中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。进一步可选的，每个输出子模块123中，连接输出耦合器1231与偏振合束器1234的波导的长度均为L5。
本发明实施例还可以提供一种以输入子模块113包括输入耦合器1131、偏振分束器1133以及偏振转换器1134，输出子模块123包括输出耦合器1231、偏振转换器1233以及偏振合束器1234为例的光开关矩阵，其结构与图12的区别主要在于输入子模块和输出子模块所包括的器件不同，在此不再赘述。
方式三
如图17所示，进一步可选的，输入子模块113包括：光栅耦合器1135。其中，光栅耦合器1135用于获取所述输入的光信号，将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。需要说明的是，图17中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。
与输入子模块113类似，如图18所示，进一步可选的，输出子模块123包括：光栅耦合器1235。其中，光栅耦合器1235，用于将从所述第三输入端口组输入的第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并，并对合并后获得的光信号进行输出。需要说明的是，图18中的空心圆圈表示输出端口，实心圆圈表示输入端口。
以输入子模块113包括光栅耦合器1135，输出子模块123包括光栅耦合器1235，且N等于8为例，本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构具体可以如图19所示。如图19所示，光开关矩阵对从光纤输入的8路光信号进行处理，并在处理后输出至光纤。需要说明的是，图19仅为在输入子模块包括光栅耦合器，输出子模块包括光栅耦合器场景下的一种可选的实现方式，基于该实现方式第一光开关矩阵模块与第二光开关矩阵模块的控制方式完全相同。
可选的，对于图19所示的光开关矩阵，其结构还可以变形为图20所示。
图19中，输入模块11和输出模块12在所述光开关矩阵的不同侧，可选的，输入模块11与输出模块13也可以在光开关矩阵的同侧，例如图21所示。
需要说明的是，图19-图20中光栅耦合器与第一光开关矩阵模块之间的实线表示第一波导，光栅耦合器与第二光开关矩阵模块之间的虚线表示第二波导，第一光开关矩阵模块与光栅耦合器之间的实线表示第三波导，第二光开关矩阵模块与光栅耦合器之间的虚线表示第四波导。
需要说明的是，图12、图13、图14、图19、图20、图21中同一光开关矩阵中所有输入子模块的组成都相同(例如，都包括输入耦合器和偏振旋转分束器)、所有输出子模块的组成都相同(例如，都包括光栅耦合器)仅为举例，在具体实现时同一光开关矩阵中不同输入子模块的组成也可以不相同，本发明并不对此进行限制。
需要说明的是，图12、图13、图14、图19、图20、图21中同一光开关矩阵模块的输入子模块的组成与输出子模块的组成对称(例如，输入子模块包括输入耦合器和偏振旋转分束器，输出子模块包括输出耦合器和偏振旋转合束器)仅为举例，在具体实现时同一光开关矩阵中输入子模块的组成与输出子模块的组成也可以不对称(例如，输入子模块包括输入耦合器和偏振旋转分束器，输出子模块包括输出耦合器、偏振转换器和偏振合束器)，本发明并不对此进行限制。
需要说明的是，上述图12-图14、图19-图21中实线以及虚线的长度并不代表波导的长度，由于本发明提供的光开关矩阵对波导的长度有要求，例如L1、L3之和与L2、L4之和相等，连接输入耦合器与偏振旋转分束器的波导的长度均为L5等，因此现给出如下一种实现一组长度相等的波导的方式。需要说明的是，本发明给出的该实现一组长度相等的波导的方式仅为举例，任何能够实现一组长度相等的波导的方式都属于本发明的保护范围。
对于由长度分别为m1、m2、……、mM，对应编号分别为1到M的M条原有波导组成的一组波导，其中m1-mM可以各不相同。例如，可以通过在原有波导1到M上分别对应增加如图22所示结构的波导的方式，实现长度相等。具体的，如图22左半部分所示的结构，每条原始波导在横向方向上长度相同，可以通过控制其在纵向方向上的长度，使得第一次补偿后的波导长度满足：m1≥m2≥…≥mN-1≥mN。如果在第一次补偿之后，各条波导的长度还不能相等，则需要通过图22右半部分所示的结构进行第二次补偿，从而实现各条波导的长度相等。
本发明还提供一种光开关矩阵的控制方法，所述方法应用于上述实施例提供的光开关矩阵中，所述光开关矩阵包括输入模块11、输出模块12、第一光开关矩阵模块13和第二光开关矩阵模块14；其中，第一光开关矩阵模块13和第二光开关矩阵模块14都分别与输入模块11和输出模块12连接；所述方法包括：
输入模块11将输入的N路光信号中第i路光信号中的第一单模光信号i1和第二单模光信号i2分离，所述第一单模光信号i1的模式为第一模式，所述第二单模光信号i2的模式为第二模式，将所述第一单模光信号i1通过长度为L1的第一波导输出至所述第一光开关矩阵模块，并将所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模式后，通过长度为L2的第二波导输出至所述第二光开关矩阵模块；其中，N为大于0的整数，i为大于0且小于或等于N的任意整数；
第一光开关矩阵模块13对从输入模块11输入的所述第一单模光信号i1进行光交换处理，并在处理后通过长度为L3的第三波导输出至所述输出模块；
第二光开关矩阵模块14对从输入模块11输入的所述第二单模光信号i2进行光交换处理，并在处理后通过长度为L4的第四波导输出至所述输出模块；
输出模块12将从第二光开关矩阵模块14输入的所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模块后，与从第一光开关矩阵模块13输入的所述第一单模光信号i1进行合并，对并合并后获得的光信号进行输出；
其中，L1、L3之和与L2、L4之和相等；
N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，所述第一交叉波导不与所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，所述第二交叉波导不与所述第一波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，所述第三交叉波导不与所述第四波导、所述第一波导、所述第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，所述第四交叉波导不与所述第三波导、所述第一波导、所述第二波导连接。
本实施例中，通过光通信网络中第i路光信号中的第一单模光信号i1和第二单模光信号i2在光开关矩阵的内部都以第一模式经过了相同长度的波导且经过了相同器件的处理，并且也都进行了一次模式转换，避免了由于不同模式的单模光信号在光开关矩阵中经过的波导的长度不同以及不同模式的单模光信号在波导中的有效折射率不同，而导致会出现不同模式的单模光信号在经过光开关矩阵后的损耗不同，以及不同模式的单模光信号经过光开关矩阵所需的传输时间不同的情况。因此，本实施例提供的光开关矩阵的控制方法，解决了光通信网络中的光信号在经过光开关矩阵处理后，PDL和DGD较大的问题。并且，通过设置第一交叉波导、第二交叉波导、第三交叉波导和第四交叉波导，减少了不同波导上的交叉波导的个数的差异，从而解决了由于不同波导上用于实现相互交叉的交叉波导的个数差别较大而引起PDL较大的问题，从而进一步减小了PDL。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (27)

1.一种光开关矩阵，其特征在于，包括：
输入模块、输出模块、第一光开关矩阵模块和第二光开关矩阵模块；其中，所述输入模块包括第一输出端口组和第二输出端口组，所述第一光开关矩阵模块包括第一输入端口组和第三输出端口组，所述第二光开关矩阵模块包括第二输入端口组和第四输出端口组，所述输出模块包括第三输入端口组和第四输入端口组；各输出端口组以及各输入端口组中包括的端口个数都为N，N为大于0的整数；
所述第一输出端口组中的端口与所述第一输入端口组中的端口之间通过长度为L1的第一波导一一对应连接；所述第二输出端口组中的端口与所述第二输入端口组中的端口之间通过长度为L2的第二波导一一对应连接；所述第三输出端口组中的端口与所述第三输入端口组中的端口之间通过长度为L3的第三波导一一对应连接，所述第四输出端口组中的端口与所述第四输入端口组中的端口之间通过长度为L4的第四波导一一对应连接；L1、L3之和与L2、L4之和相等；
其中，N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，所述第一交叉波导不与所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，所述第二交叉波导不与所述第一波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，所述第三交叉波导不与所述第四波导、所述第一波导、所述第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，所述第四交叉波导不与所述第三波导、所述第一波导、所述第二波导连接；
所述输入模块，用于将输入的光信号中的第一单模光信号和第二单模光信号分离，所述第一单模光信号的模式为第一模式，所述第二单模信号的模式为第二模式，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出；
所述第一光开关矩阵模块，用于对从所述第一输入端口组输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从所述第三输出端口组输出；
所述第二光开关矩阵模块，用于对从所述第二输入端口组输入的光信号进行光交换处理，并在处理后从所述第四输出端口组输出；
所述输出模块，用于将从所述第三输入端口组输入的第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的第二单模光信号进行合并，并对合并后获得的光信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入模块包括2N个输出端口；
所述2N个输出端口中的第i×2-1个输出端口对应所述第一输出端口组中的第i个输出端口，所述2N个输出端口中的第i×2个输出端口对应所述第二输出端口组中的第i个输出端口；其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
3.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输出模块包括2N个输入端口；
所述2N个输入端口中的第i×2-1个输入端口对应所述第三输入端口组中的第i个输入端口，所述2N个输入端口中的第i×2个输入端口对应所述第四输入端口组中的第i个输入端口；其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
4.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，
所述第一输出端口组中的第i个输出端口与所述第一输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第二输出端口组中的第i个输出端口与所述第二输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第三输出端口组中的第i个输出端口与所述第三输入端口组中的第i个输入端口对应，所述第四输出端口组中的第i个输出端口与所述第四输入端口组中的第i个输入端口对应；
其中，i为大于0且小于或等于N的整数。
5.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，L1等于L4，L2等于L3。
6.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，L1等于L2，L3等于L4。
7.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，N个所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中每条波导上的交叉波导的个数相同。
8.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，N条所述第一波导、N条所述第二波导、N条所述第三波导以及N条所述第四波导中两两波导上的交叉波导的个数的差值小于N/2。
9.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第一交叉波导其中的2个端口与一条第一波导连接，所述第一交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第一波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
10.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第二交叉波导其中的2个端口与一条第二波导连接，所述第二交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第二波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
11.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第三交叉波导其中的2个端口与一条第三波导连接，所述第三交叉波导的另外2个端口空置；或者，所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第三波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
12.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第四交叉波导其中的2个端口与一条第四波导连接，所述第四交叉波导的另外2个端口空置；或者所述另外2个端口与光衰减器连接，所述光衰减器用于吸收所述一条第四波导中的串扰光；或者，所述另外2个端口与光探测器连接。
13.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第一光开关矩阵模块与所述第二光开关矩阵模块的结构相同。
14.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入模块包括N个输入子模块，每个输入子模块包含一个输入端口和两个输出端口；
所述N个输入子模块中第i个输入子模块的两个输出端口分别对应于所述第一输出端口组的第i个输出端口和所述第二输出端口组的第i个输出端口。
15.根据权利要求14所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入子模块包括：输入耦合器以及与所述输入耦合器连接的偏振旋转分束器PSR；
所述输入耦合器，用于获取所述输入的光信号；
所述偏振旋转分束器，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出，并将所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。
16.根据权利要求15所述的光开关矩阵，其特征在于，每个所述输入子模块中，连接所述输入耦合器与所述偏振旋转分束器的波导的长度均为L5。
17.根据权利要求14所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入子模块包括：输入耦合器、偏振分束器PBS以及偏振转换器PR；
其中，所述偏振分束器分别与所述输入耦合器和所述偏振转换器连接；
所述输入耦合器，用于获取所述输入的光信号；
所述偏振分束器，用于将所述输入的光信号中的所述第一单模光信号和所述第二单模光信号分离，将所述第一单模光信号从所述第一输出端口组输出；
所述偏振转换器，用于将所述偏振分束器分离出的所述第二单模光信号由第二模式转换为第一模式后从所述第二输出端口组输出。
18.根据权利要求17所述的光开关矩阵，其特征在于，每个所述输入子模块中，连接所述输入耦合器与所述偏振分束器的波导的长度均为L5。
19.根据权利要求14所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入子模块包括：光栅耦合器。
20.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输出模块包括N个输出子模块，每个输出子模块包含两个输入端口和一个输出端口；
所述N个输出子模块中第i个输出子模块的两个输入端口分别对应于所述第三输入端口组的第i个输入端口和所述第四输入端口组的第i个输入端口。
21.根据权利要求20所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输出子模块包括：输出耦合器以及与所述输出耦合器连接的偏振旋转合束器PRC；
其中，所述偏振旋转合束器，用于将从所述第三输入端口组输入的所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式后，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；
所述输出耦合器，用于对合并后获得的光信号进行输出。
22.根据权利要求21所述的光开关矩阵，其特征在于，每个所述输出子模块中，连接所述输出耦合器与所述偏振旋转合束器的波导长度的均为L5。
23.根据权利要求20所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输出子模块包括：输出耦合器、偏振转换器PR以及偏振合束器PBC；
其中，所述偏振合束器分别与所述输出耦合器和所述偏振转换器连接；
所述偏振转换器，用于将从所述第三输入端口组输入的所述第一单模光信号由第一模式转换为第二模式；
所述偏振合束器，用于将所述偏振转换器输出的所述第一单模模式光信号，与从所述第四输入端口组输入的所述第二单模光信号进行合并；
所述输出耦合器，用于对合并后获得的光信号进行输出。
24.根据权利要求23所述的光开关矩阵，其特征在于，每个所述输出子模块中，连接所述输出耦合器与所述偏振合束器的波导的长度均为L5。
25.根据权利要求20所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输出子模块包括：光栅耦合器。
26.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述输入模块和所述输出模块在所述光开关矩阵的同一侧；或者，所述输入模块和所述输出模块在所述光开关矩阵的不同侧。
27.一种光开关矩阵的控制方法，其特征在于，所述方法应用于光开关矩阵，所述光开关矩阵包括输入模块、输出模块、第一光开关矩阵模块和第二光开关矩阵模块；其中，所述第一光开关矩阵模块和所述第二光开关矩阵模块都分别与所述输入模块和所述输出模块连接；所述方法包括：
所述输入模块将输入的N路光信号中第i路光信号中的第一单模光信号i1和第二单模光信号i2分离，所述第一单模光信号i1的模式为第一模式，所述第二单模光信号i2的模式为第二模式，将所述第一单模光信号i1通过长度为L1的第一波导输出至所述第一光开关矩阵模块，并将所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模式后，通过长度为L2的第二波导输出至所述第二光开关矩阵模块；其中，N为大于0的整数，i为大于0且小于或等于N的任意整数；
所述第一光开关矩阵模块对从所述输入模块输入的所述第一单模光信号i1进行光交换处理，并在处理后通过长度为L3的第三波导输出至所述输出模块；
所述第二光开关矩阵模块对从所述输入模块输入的所述第二单模光信号i2进行光交换处理，并在处理后通过长度为L4的第四波导输出至所述输出模块；
所述输出模块将从所述第二光开关矩阵模块输入的所述第二单模光信号i2的模式由第二模式转换为第一模式后，与从所述第一光开关矩阵模块输入的所述第一单模光信号i1进行合并，对并合并后获得的光信号进行输出；
其中，L1、L3之和与L2、L4之和相等；
N条第一波导中的至少一条第一波导上连接有第一交叉波导，所述第一交叉波导不与所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第二波导中的至少一条第二波导上连接有第二交叉波导，所述第二交叉波导不与所述第一波导、所述第三波导、所述第四波导连接；N条第三波导中的至少一条第三波导上连接有第三交叉波导，所述第三交叉波导不与所述第四波导、所述第一波导、所述第二波导连接；N条第四波导中的至少一条第四波导连接有第四交叉波导，所述第四交叉波导不与所述第三波导、所述第一波导、所述第二波导连接。
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