CN108307253B - 一种光开关矩阵和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光开关矩阵和光通信系统，涉及光通信领域，能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵的功率均衡。该光开关矩阵包括：光开关矩阵包括m*n个光开关单元，以及m个输入端和n个输出端，其中，每个光开关单元记为Sij，i从输出端开始沿着远离输出端的方向依次增大，j从输入端开始沿着远离输入端的方向依次增大，m为大于或者等于2的整数，n为大于或者等于2的整数，i为大于或者等于1、且小于或者等于m的整数，j为大于或者等于1、且小于或者等于n的整数，对于第i行光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小；对于第j列光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小。

Description

一种光开关矩阵和光通信系统

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和光通信系统。

背景技术

随着密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术的发展，光通信系统对传输带宽和传输速率的要求也越来越高，因此，全光通信系统以其简单可靠、可扩展性好、透明传送等优点成为光纤通信系统的发展趋势。其中，光开关单元是全光通信系统的重要组成器件，可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接、自愈保护等功能。现有的光开关单元主要包括机械结构光开关单元、微电子机械系统(MicroElectrical-Mechanical System，MEMS)光开关单元、液晶光开关单元、波导型光开关单元和半导体光放大器光开关单元等。

MEMS光开关单元由静电驱动，包括一个输入端和两个输出端。在MEMS光开关单元处于关态(即关闭状态)时，光信号从该MEMS光开关单元的输入端输入，从该MEMS光开关单元的第一输出端输出；在MEMS光开关单元处于开态(即打开状态)时，光信号从该MEMS光开关单元的输入端输入，从该MEMS光开关单元的第二输出端输出。MEMS光开关矩阵是一种将多个MEMS光开关单元集成在一起组成的矩阵。图1示出的是一种MEMS光开关矩阵的结构示意图，其中，该MEMS光开关矩阵包括m*n个MEMS光开关单元，即该MEMS光开关矩阵包括m行MEMS光开关单元和n列MEMS光开关单元。示例性的，在该MEMS光开关矩阵的各个光传输路径(即光信号从输入端输入，到从输出端输出的过程中经过的路径)中，如图1所示，当光传输路径I_i→D_j导通时，该光传输路径包含(i+j-2)个处于关态的MEMS光开关单元和1个处于开态的MEMS光开关单元Sij。由于该MEMS光开关矩阵中各个处于关态的MEMS光开关单元的损耗相同，各个处于开态的MEMS光开关单元的损耗也相同，因此该MEMS光开关矩阵的不同光传输路径的损耗各不相同。为了对该MEMS光开关矩阵的不同光传输路径的损耗进行均衡，图2示出了一种均衡MEMS光开关矩阵的结构示意图，其中，该MEMS光开关矩阵包括m*n个MEMS光开关单元，并且该MEMS光开关矩阵的各个光传输路径输出端均连接了一个可调光衰减器(图2中用黑色的圆圈表示)，每条光传输路径输出端的可调光衰减器通过对该条光传输路径传输的光信号进行衰减，使得该MEMS光开关矩阵的不同光传输路径输出的光信号的功率均衡，以达到该MEMS光开关矩阵的不同光传输路径的损耗相同的目的。

然而，由于可调光衰减器属于有源器件，在MEMS光开关矩阵的各条光传输路径输出端连接可调光衰减器的方法会在MEMS光开关矩阵中引入额外的损耗，同时增大了MEMS光开关矩阵的尺寸。

发明内容

本发明实施例提供一种光开关矩阵和光通信系统，能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵的功率均衡。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种光开关矩阵，光开关矩阵包括m*n个光开关单元，以及m个输入端和n个输出端，其中，每个光开关单元记为Sij，i从所述输出端开始沿着远离输出端的方向依次增大，j从所述输入端开始沿着远离输入端的方向依次增大，m为大于或者等于2的整数，n为大于或者等于2的整数，i为大于或者等于1、且小于或者等于m的整数，j为大于或者等于1、且小于或者等于n的整数。对于第i行光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小；对于第j列光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小。

可见，本发明实施例提供的光开关矩阵中，在该光开关矩阵工作时，导通的光传输路径中只包括一个处于开态的光开关单元，且每条光传输路径包括光开关单元的数量不同。并且由于对于第i行光开关单元(即光开关单元位于同一行)，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小，且对于第j列光开关单元(即光开关单元位于同一列)，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小，因此包括光开关单元的数量较少的光传输路径中处于开态的光开关单元的损耗较大，包括光开关单元的数量较多的光传输路径中处于开态的光开关单元的损耗较小。与传统的在光开关矩阵的各个光传输路径输出端均连接了一个可调光衰减器的方法相比，不会引入额外的损耗，从而能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵的功率均衡。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，m*n个光开关单元组成m*n条光传输路径；当每条光传输路径导通时，该光传输路径包括一个处于开态的光开关单元Sij，以及(i+j-2)个处于关态的光开关单元；对于光开关矩阵工作时同时导通的至少两条光传输路径中的第一光传输路径和第二光传输路径，第一光传输路径上所有光开关单元的损耗的和与第二光传输路径上所有光开关单元的损耗的和的差值的绝对值小于或者等于3分贝dB。如此，保证了光开关矩阵的性能。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，第一光传输路径上所有光开关单元的损耗的和与第二光传输路径上所有光开关单元的损耗的和相等。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，若m大于或者等于n，光开关矩阵工作时同时导通n条光传输路径；若m小于n，光开关矩阵工作时同时导通m条光传输路径。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，光开关单元设置在衬底上，光开关单元包括第一波导、第二波导和可动波导；第一波导相对于衬底不可移动，第一波导具有第一输入端口和第一输出端口；第二波导相对于衬底不可移动，第二波导具有第二输出端口，第一波导和第二波导位于第一平面内；可动波导相对于衬底可移动；其中，当可动波导处于第一状态时，可动波导与第一波导光学解耦，并且可动波导与第二波导光学解耦，第一输入端口与第一输出端口光学导通并且第一输入端口与第二输出端口光学阻断，光开关单元处于关态；当可动波导处于第二状态时，可动波导与第一波导光学耦合，并且可动波导与第二波导光学耦合，第一输入端口与第一输出端口光学阻断并且第一输入端口与第二输出端口通过可动波导光学导通，光开关单元处于开态；第一状态为可动波导的自然状态或第一形变状态，第二状态为可动波导的自然状态或第二形变状态，并且第一状态和第二状态不同为自然状态。

在第一方面的第五种可能的实现方式中，第一波导和可动波导之间的距离为第一距离，第二波导和可动波导之间的距离为第二距离，第一波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，第二波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，可动波导的第二部分沿光信号传输方向的截面为梯形，该梯形的上底边宽度为第二宽度，该梯形的下底边宽度为第三宽度；当第一宽度、第二宽度、第三宽度和第一距离保持不变，第二距离的取值越大时，光开关单元处于开态时的损耗越大；或者，当第一宽度、第二宽度、第三宽度和第二距离保持不变，第一距离的取值越大时，光开关单元处于开态时的损耗越大。可见，通过控制第一距离和第二距离的取值大小，能够调整光开关单元处于开态时的损耗。

在第一方面的第六种可能的实现方式中，第一波导和可动波导之间的距离为第一距离，第二波导和可动波导之间的距离为第二距离，第一波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，第二波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，可动波导的第二部分沿光信号传输方向的截面为梯形，该梯形的上底边宽度为第二宽度，该梯形的下底边宽度为第三宽度；当第一宽度、第二宽度、第一距离和第一距离保持不变，第三宽度的取值越大时，光开关单元处于开态时的损耗越小。可见，通过控制第三宽度的取值大小，能够调整光开关单元处于开态时的损耗。

在第一方面的第七种可能的实现方式中，可动波导位于第一平面；其中，可动波导在第一平面内移动，以与第一波导和第二波导光学耦合。可见，光开关单元的可动波导可以水平移动，同时，由于第一波导、第二波导和可动波导位于同一平面，使得光开关单元的制作工艺难度和控制难度大大降低。

在第一方面的第八种可能的实现方式中，可动波导位于第二平面，第一平面和第二平面为不同平面；其中，可动波导在垂直于第一平面的方向上移动，以与第一波导和第二波导光学耦合。可见，光开关单元的可动波导可以垂直移动。

在第一方面的第九种可能的实现方式中，光开关单元还包括控制器，用于控制可动波导的第二部分的移动。

在第一方面的第十种可能的实现方式中，控制器可以与可动波导的第二部分之间通过悬臂梁连接。

在第一方面的第十一种可能的实现方式中，控制器可以为平行板状的电极。当可动波导接地，对上述电极施加电压，电极与可动波导间的电压差可以使可动波导移动。

在第一方面的第十二种可能的实现方式中，每个光开关单元在处于关态时的损耗均相同。

第二方面，本发明实施例还提供一种光通信系统，包括具有第一方面中任一特征的光开关矩阵。

本发明实施例第二方面及其各种实现方式的具体描述，可以参考第一方面及其各种实现方式中的详细描述；并且，第二方面及其各种实现方式的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析，此处不再赘述。

在本发明实施例中，上述光开关矩阵、光开关单元、光通信系统的名字对设备或功能模块本身不构成限定，在实际实现中，这些设备或功能模块可以以其他名称出现。只要各个设备或功能模块的功能和本发明实施例类似，属于本发明实施例的权利要求及其等同技术的范围之内。

本发明实施例的这些方面或其他方面在以下的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1为现有技术提供的一种MEMS光开关矩阵的结构示意图；

图2为现有技术提供的一种均衡MEMS光开关矩阵的结构示意图；

图3(a)为本发明实施例提供的一种基于微纳硅光波导的MEMS光开关单元的结构示意图一；

图3(b)为本发明实施例提供的一种基于微纳硅光波导的MEMS光开关单元的结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种光开关矩阵的结构示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的一种垂直耦合的光开关单元的结构示意图一；

图5(b)为本发明实施例提供的一种垂直耦合的光开关单元的结构示意图二；

图6(a)为本发明实施例提供的一种水平耦合的光开关单元的结构示意图一；

图6(b)为本发明实施例提供的一种水平耦合的光开关单元的结构示意图二。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构之类的具体细节，以便透切理解本申请。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的结构以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

此外，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

此外，本发明实施例的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明实施例中所描述的“上”、“下”、“左”、“右”也只是参考附图对本发明实施例进行说明，不作为限定用语。

本发明实施例提供的技术方案可以应用于各种光通信系统中，尤其适用于全光通信系统。其中，全光通信系统是指信号只在进出通信系统时才进行电/光和光/电的变换，而在通信系统内部，信号的传输和交换始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH)、同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)、异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)等各种传送方式均可使用，提高了通信系统的利用率。

下面将详细介绍本发明实施例涉及的设备结构。

光开关单元是全光通信系统的重要组成器件，主要分为机械结构光开关单元、MEMS光开关单元、液晶光开关单元、波导型光开关单元和半导体光放大器光开关单元等。本发明下述实施例中均以光开关单元是MEMS光开关单元为例进行说明的。

传统基于静电驱动的微反射镜结构的MEMS光开关单元具有插入损耗低、串扰小、消光比高、可扩展性好和控制简单等优点，规模可达1000端口以上，但由于微反射镜尺寸大、旋转速度慢，这类光开关单元的切换速度通常只能达到毫秒量级，无法满足未来微秒级开关速度的需求。基于微纳硅光波导的MEMS光开关单元，其器件尺寸比传统基于静电驱动的微反射镜结构的MEMS光开关单元大幅缩小，切换速度也可以达到微秒量级，并且由于其工艺与成熟的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，因此具有成本低、损耗低、集成度高等优点，易于实现大规模的光开关矩阵。

图3(a)和图3(b)示出了一种基于微纳硅光波导的MEMS光开关单元的结构示意图。其中，图3(a)为该MEMS光开关单元处于关态(也可称为off态或者cross态)时的结构示意图，图3(b)为该MEMS光开关单元处于开态(也可称为on态或者bar态)时的结构示意图。从图3(a)和图3(b)中可以看出，该MEMS光开关单元设置在衬底100上，该MEMS光开关单元包括相对设置的第一波导101(也可称为bus波导)和第二波导102(也可称为MEMS波导)。其中，第二波导102可以相对于第一波导101移动。

如图3(a)所示，当该MEMS光开关单元处于关态时，该MEMS光开关单元上未施加电压，第一波导101和第二波导102之间的间距较大，第一波导101与第二波导102光学解耦，光信号从输入端(如图3(a)中所标注的In端)输入，沿着第一波导101传输并从第一输出端(如图3(a)中所标注的Through端)输出。此时，输入端与第一输出端光学导通，输入端与第二输出端(如图3(a)中所标注的Drop端)光学阻断。

如图3(b)所示，当该MEMS光开关单元处于开态时，该MEMS光开关单元上施加电压，使得第二波导102向第一波导101的方向移动，减小第一波导101和第二波导102之间的间距，第一波导101和第二波导102发生光学耦合，构成插入损耗低、工艺容差大的绝热耦合器。此时，光信号从输入端(如图3(b)中所标注的In端)输入，沿着第一波导101和第二波导102传输并从第二输出端(如图3(b)中所标注的Drop端)输出。此时，输入端与第一输出端(如图3(b)中所标注的Through端)光学阻断，输入端与第二输出端光学导通。

需要说明的是，第一波导和第二波导光学耦合(optically coupled)是指第一波导和第二波导相互靠近，使两个波导中的光场发生相互作用，从而在两个波导之间实现光能量的传递。第一波导和第二波导光学解耦(optically decoupled)是指第一波导和第二波导相互远离，使两个波导中的光场不发生相互作用，从而使两个波导之间不发生光能量的传递。当然不可避免地，第一波导和第二波导光学解耦时，两个波导中的光场还可能存在微弱的相互作用，以致可能会有少量的光能量以串扰的形式在两个波导之间传递，这样的串扰应该越小越好。

还应理解，输入端口A与输出端口B光学导通是指在输入端口A和输出端口B之间建立了光信号的通路。当然不可避免地，当输入端口A与输出端口B光学导通时，可能会有少量的光以串扰的形式会从输出端口B以外的其他输出端口输出，或者，可能会有少量的串扰的形式的光会从输入端口A以外的其他输入端口传输到输出端口B，这样的串扰越小越好。

还应理解，输入端口A与输出端口B光学阻断是指输入端口A和输出端口B输出之间不存在光信号的通路。当然不可避免地，当输入端口A与输出端口B光学阻断时，可能会有少量串扰的形式的光从输入端口A传输到输出端口B，同样这样的串扰越小越好。

本发明实施例提供一种光开关矩阵，能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵输出的光信号的功率均衡。下面将详细介绍本发明实施例提供的技术方案。

图4为本发明实施例提供的一种光开关矩阵10的结构示意图。以光开关矩阵为交叉开关(CrossBar)矩阵(也可以称为纵横式交换(CrossPoint)矩阵)为例，该光开关矩阵10包括m*n个光开关单元，以及m个输入端和n个输出端。示例性的，图4将m个输入端标注为I_1、I_2、I_3、……、I_i、……、I_m；将n个输出端标注为D_1、D_2、D_3、……、D_j、……、D_n。i从输出端沿着远离输出端的方向依次增大，j从输入端沿着远离输入端的方向依次增大。即图4将第一行第一列的光开关单元标注为S11，将第一行第二列的光开关单元标注为S12，……，将第i行第j列的光开关单元标注为Sij，……，将第m行第n列的光开关单元标注为Smn。其中，m为大于或者等于2的整数，n为大于或者等于2的整数，i为大于或者等于1、且小于或者等于m的整数，j为大于或者等于1、且小于或者等于n的整数。

为了实现光开关矩阵的功率均衡，本发明实施例提供的光开关矩阵10中，对于第i行光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小；对于第j列光开关单元，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小。

示例性的，以i＝1为例，图4中最下方的一行光开关单元中，最左侧的光开关单元S11在处于开态时的损耗最大，最右侧的光开关单元S1n在处于开态时的损耗最小；同理，以j＝1为例，图4中最左侧的一列光开关单元中，最下方的光开关单元S11在处于开态时的损耗最大，最上方的光开关单元Sm1在处于开态时的损耗最小。综上，在光开关矩阵10中，位于左下角的光开关单元S11在处于开态时的损耗最大，位于右上角的光开关单元Smn在处于开态时的损耗最小。

可以理解的是，如图4所示的光开关矩阵10中的m*n个光开关单元理论上能够组成m*n条光传输路径。当然，在光开关矩阵10工作时，由于每条导通的光传输路径只包括一个处于开态的光开关单元Sij，以及(i+j-2)个处于关态的光开关单元。因此，光开关矩阵10工作时不可能同时导通m*n条光传输路径。若m大于或者等于n，光开关矩阵工作时最多能够同时导通n条光传输路径；若m小于n，光开关矩阵工作时最多能够同时导通m条光传输路径。

假设图4所示的光开关矩阵10中。m大于n，则该光开关矩阵10包括n路光传输路径。参考图4，光开关单元S11、光开关单元S22、光开关单元S33、……、光开关单元Sii、光开关单元Sjj、……、光开关单元Snn为处于开态的光开关单元。因此，该光开关矩阵10包括的光传输路径有：

光传输路径1：光信号从I_1输入，经光开关单元S11，从D_1输出；

光传输路径2：光信号从I_2输入，经光开关单元S21、光开关单元S22和光开关单元S12，从D_2输出；

光传输路径3：光信号从I_3输入，经光开关单元S31、光开关单元S32、光开关单元S33、光开关单元S23和光开关单元S13，从D_3输出；

……；

光传输路径n：光信号从I_n输入，经光开关单元Sn1、光开关单元Sn2、光开关单元Sn3、……、光开关单元Snn、……、光开关单元S3n、光开关单元S2n和光开关单元S1n，从D_n输出。

由于每个光开关单元在处于关态时的损耗均相同，假设处于关态的光开关单元的损耗是a，处于开态的光开关单元的损耗是bij，因此可以得出，每路光传输路径上的损耗P＝bij+(i+j-2)*a。

示例性的，在图4所示的光开关矩阵10中：

光传输路径1上的损耗P1＝b11；

光传输路径2上的损耗P2＝2*a+b22；

光传输路径3上的损耗P3＝4*a+b33(其中，b33为光开关单元S33的损耗)；

……；

光传输路径n上的损耗Pn＝(2n-2)*a+bnn。

通常，对于光开关矩阵工作时同时导通的至少两条光传输路径中的任意两条光传输路径(例如记为第一光传输路径和第二光传输路径)，第一光传输路径上所有光开关单元的损耗的和与第二光传输路径上所有光开关单元的损耗的和的差值的绝对值可以小于或者等于3dB。

那么，上述P1、P2、P3、……、Pn同时满足以下条件：

|P1-P2|≤3dB；

|P1-P3|≤3dB；

|P1-Pn|≤3dB；

|P2-P3|≤3dB；

|P2-Pn|≤3dB；

|P3-Pn|≤3dB；

……。

进一步地，第一光传输路径上所有光开关单元的损耗的和与第二光传输路径上所有光开关单元的损耗的和相等。即上述P1、P2、P3、……、Pn还可以满足以下条件：P1＝P2＝P3＝……＝Pn。

需要说明的是，每个光开关单元即使结构完全相同，在实际生产中也可能会存在误差。因此，本发明实施例中提到的每个光开关单元在处于关态时的损耗均相同是指任意两个光开关单元在处于关态时的损耗的差距小于或者等于0.1dB，可以近似认为相同。

进一步地，为了便于设计，位于同一行或者同一列的两个相邻的光开关单元在处于开态时的损耗的差值的绝对值为一个定值。示例性的，S11在处于开态时的损耗与S12在处于开态时的损耗的差值的绝对值为一个定值；S11在处于开态时的损耗与S21在处于开态时的损耗的差值的绝对值也为一个定值。

需要说明的是，图4所示的光开关矩阵10仅仅只是本发明实施例提供的一种光开关矩阵10的可实现方案。其他光开关矩阵10(如m小于或者等于n的情况)同样也属于本发明实施例的保护范围，本发明实施例对此不作具体限制。

进一步地，本发明实施例所提到的光开关单元可以为水平耦合的光开关单元或者垂直耦合的光开关单元。

具体的，图5(a)和图5(b)示出了一种垂直耦合的光开关单元的结构示意图。光开关单元设置在衬底20上，光开关单元包括第一波导21、第二波导22和可动波导23。第一波导21相对于衬底20不可移动，第一波导21具有第一输入端口IP1和第一输出端口OP1；第二波导22相对于衬底20不可移动，第二波导22具有第二输出端口OP2，第一波导21和第二波导22位于第一平面内；可动波导23位于第二平面，可动波导23相对于衬底可移动。由于第一波导21和第二波导22位于第一平面，而可动波导23位于第二平面，第一平面和第二平面为不同平面，因此，可动波导23的第二部分在垂直于第一平面的方向上移动，以与第一波导21和第二波导22光学耦合。

如图5(a)所示，当可动波导23处于第一状态时：(1)、可动波导23与第一波导21光学解耦，并且可动波导23与第二波导22光学解耦；(2)、IP1与OP1光学导通并且IP1与OP2光学阻断，此时光开关单元处于关态。

如图5(b)所示，当可动波导23处于第二状态时：(1)、可动波导23与第一波导21光学耦合，并且可动波导23与第二波导22光学耦合；(2)、IP1与OP1光学阻断并且IP1与OP2通过可动波导光学导通，此时光开关单元处于开态。

又具体的，图6(a)和图6(b)示出了一种水平耦合的光开关单元的结构示意图。光开关单元设置在衬底30上，光开关单元包括第一波导31、第二波导32和可动波导33；第一波导31相对于衬底30不可移动，第一波导31具有第一输入端口IP1和第一输出端口OP1；第二波导32相对于衬底30不可移动，第二波导32具有第二输出端口OP2，第一波导31和第二波导32位于第一平面内；可动波导33相对于衬底30固定，第二部分相对于衬底30可移动。由于第一波导31、第二波导32和可动波导33均位于第一平面，因此，可动波导33的第二部分在第一平面的内水平移动，以与第一波导31和第二波导32光学耦合。

如图6(a)所示，当可动波导33处于第一状态时：(1)、可动波导33与第一波导31光学解耦，并且可动波导33与第二波导32光学解耦；(2)、IP1与OP1光学导通并且IP1与OP2光学阻断，此时光开关单元处于关态。

如图6(b)所示，当可动波导33处于第二状态时：(1)、可动波导33与第一波导31光学耦合，并且可动波导33与第二波导32光学耦合；(2)、IP1与OP1光学阻断并且IP1与OP2通过可动波导光学导通，此时光开关单元处于开态。

应理解，本发明实施例中，光开关单元的可动波导的第一状态可以对应于可动波导的自然状态(即形变前的状态)，可动波导的第二状态可以对应于可动波导形变后的状态；或者光开关单元的可动波导的第一状态可以对应于可动波导形变后的状态，可动波导的第二状态可以对应于可动波导的自然状态(即形变前的状态)；或者光开关单元的可动波导的第一状态和第二状态可以分别对应于可动波导不同程度的形变后的状态(例如，第一形变状态和第二形变状态)，本发明实施例对此不作限定。

或者，光开关单元在处于关态时可以对应于可动波导的自然状态(即形变前的状态)，在处于开态时可以对应于可动波导形变后的状态；或者光开关单元在处于关态时可以对应于可动波导形变后的状态，在处于开态时可以对应于可动波导的自然状态(即形变前的状态)；或者光开关单元在处于关态时和在处于开态时可以分别对应于可动波导不同程度的形变后的状态(例如，第一形变状态和第二形变状态)，本发明实施例对此不作限定。

进一步的，本发明实施例提到的光开关单元还可以包括用于控制可动波导的第二部分移动的控制器。控制器可以与可动波导的第二部分之间通过悬臂梁连接。该控制器可以为平行板状的电极。当可动波导接地时，对上述电极施加电压，电极与可动波导间的电压差可以控制可动波导移动。

本发明实施例中，自然状态是相对于形变后的状态而言的，是指波导不受控制器的控制信号作用时所处的状态。

从图5(a)、图5(b)、图6(a)和图6(b)可以看出，第一波导和可动波导之间的距离为第一距离d1，第二波导和可动波导之间的距离为第二距离d2，第一波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度w1，第二波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度w1，可动波导的第二部分沿光信号传输方向的截面为梯形，该梯形的上底边宽度为w2，该梯形的下底边宽度为w3。本发明实施例可以通过但不限于下述三种方式(即下述一、二和三)中的任意一种实现对处于开态的光开关单元的损耗进行控制：

一：当w1、w2、w3和d1保持不变，d2的取值越大时，光开关单元处于开态时的损耗越大。

二：当w1、w2、w3和d2保持不变，d1的取值越大时，光开关单元处于开态时的损耗越大。

三：当w1、w2、d1和d2保持不变，w3的取值越大时，所述光开关单元处于开态时的损耗越小。

需要说明的是，本发明实施例所提到的可动波导的移动除了可以通过光开关单元包括的控制器来实现，还可以通过静电驱动等方式实现，本发明实施例对此不作具体限制。

本发明实施例提供一种光开关矩阵，光开关矩阵包括m*n个光开关单元，以及m个输入端和n个输出端，其中，每个光开关单元记为Sij，i沿着远离输出端的方向依次增大，j沿着远离输入端的方向依次增大，m为大于或者等于2的整数，n为大于或者等于2的整数，i为大于或者等于1、且小于或者等于m的整数，j为大于或者等于1、且小于或者等于n的整数，当i相等时，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小；当j相等时，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小。基于上述实施例的描述，本发明实施例提供的光开关矩阵中，在该光开关矩阵工作时，导通的光传输路径中只包括一个处于开态的光开关单元，且每条光传输路径包括光开关单元的数量不同。并且由于当i相等(即光开关单元位于同一行)时，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小，且当j相等(即光开关单元位于同一列)时，光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小，因此包括光开关单元的数量较少的光传输路径中处于开态的光开关单元的损耗较大，包括光开关单元的数量较多的光传输路径中处于开态的光开关单元的损耗较小。与传统的在光开关矩阵的各个光传输路径的输出端均连接了一个可调光衰减器的方法相比，本发明实施例提供的光开关矩阵的各个光传输路径的输出端由于无需连接可调光衰减器，因此不会引入额外的损耗，从而能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵的功率均衡。

本发明实施例提供一种光通信系统，包括具有上述任一特征的光开关矩阵。上述光开关矩阵能够在不使用可调光衰减器的基础上，实现光开关矩阵输出的光信号的功率均衡，从而提升光通信系统的性能。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种光开关矩阵，所述光开关矩阵包括m*n个光开关单元，以及m个输入端和n个输出端，其中，每个所述光开关单元记为Sij，i从所述输出端沿着远离所述输出端的方向依次增大，j从所述输入端沿着远离所述输入端的方向依次增大，m为大于或者等于2的整数，n为大于或者等于2的整数，i为大于或者等于1、且小于或者等于m的整数，j为大于或者等于1、且小于或者等于n的整数，其特征在于，

对于第i行光开关单元，所述光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着j的增大依次减小；对于第j列光开关单元，所述光开关单元Sij在处于开态时的损耗随着i的增大依次减小；

其中，所述光开关单元设置在衬底上，所述光开关单元包括第一波导、第二波导和可动波导；所述第一波导相对于所述衬底不可移动，所述第一波导具有第一输入端口和第一输出端口；所述第二波导相对于所述衬底不可移动，所述第二波导具有第二输出端口，所述第一波导和所述第二波导位于第一平面内；所述可动波导相对于所述衬底可移动；

当所述可动波导处于第一状态时，所述可动波导与所述第一波导光学解耦，并且所述可动波导与所述第二波导光学解耦，第一输入端口与第一输出端口光学导通并且第一输入端口与第二输出端口光学阻断，所述光开关单元处于关态；

当所述可动波导处于第二状态时，所述可动波导与所述第一波导光学耦合，并且所述可动波导与所述第二波导光学耦合，第一输入端口与第一输出端口光学阻断并且第一输入端口与第二输出端口通过所述可动波导光学导通，所述光开关单元处于开态；

其中，所述第一波导和所述可动波导之间的距离为第一距离，所述第二波导和所述可动波导之间的距离为第二距离，所述第一波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，所述第二波导沿光信号传输方向的截面为矩形，该矩形的宽度为第一宽度，所述可动波导的第二部分沿光信号传输方向的截面为梯形，该梯形的上底边宽度为第二宽度，该梯形的下底边宽度为第三宽度；

当第一宽度、第二宽度、第三宽度和第一距离保持不变，第二距离的取值越大时，所述光开关单元处于开态时的损耗越大；或者，

当第一宽度、第二宽度、第三宽度和第二距离保持不变，第一距离的取值越大时，所述光开关单元处于开态时的损耗越大。

2.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，m*n个所述光开关单元组成m*n条光传输路径；当每条光传输路径导通时，该光传输路径包括一个处于开态的所述光开关单元Sij，以及(i+j-2)个处于关态的光开关单元；

对于所述光开关矩阵工作时同时导通的至少两条光传输路径中的第一光传输路径和第二光传输路径，所述第一光传输路径上所有所述光开关单元的损耗的和与所述第二光传输路径上所有所述光开关单元的损耗的和的差值的绝对值小于或者等于3分贝dB。

3.根据权利要求2所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第一光传输路径上所有所述光开关单元的损耗的和与所述第二光传输路径上所有所述光开关单元的损耗的和相等。

4.根据权利要求2所述的光开关矩阵，其特征在于，

若m大于或者等于n，所述光开关矩阵工作时同时导通n条光传输路径；

若m小于n，所述光开关矩阵工作时同时导通m条光传输路径。

5.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，所述第一状态为所述可动波导的自然状态或第一形变状态，所述第二状态为所述可动波导的自然状态或第二形变状态，并且所述第一状态和所述第二状态不同为自然状态。

6.根据权利要求1所述的光开关矩阵，其特征在于，

当第一宽度、第二宽度、第一距离和第一距离保持不变，第三宽度的取值越大时，所述光开关单元处于开态时的损耗越小。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的光开关矩阵，其特征在于，所述可动波导位于所述第一平面；

其中，所述可动波导在所述第一平面内移动，以与所述第一波导和所述第二波导光学耦合。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的光开关矩阵，其特征在于，所述可动波导位于第二平面，所述第一平面和所述第二平面为不同的平面；

其中，所述可动波导在垂直于所述第一平面的方向上移动，以与所述第一波导和所述第二波导光学耦合。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的光开关矩阵，其特征在于，所述光开关单元还包括控制器，用于控制所述可动波导的所述第二部分的移动。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的光开关矩阵，其特征在于，每个光开关单元在处于关态时的损耗均相同。

11.一种光通信系统，其特征在于，包括具有如权利要求1-10中任意一项所述的光开关矩阵。

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