CN108519642B - 一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关 - Google Patents

Abstract

一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关，包括依次设置的多个复用单元，相邻两个复用单元之间通过绝热锥相连接；复用单元由多个依次相连接的微环谐振器组成，该微环谐振器包括平行设置的第一直波导和第二直波导，两根直波导之间设有纳米硅基纳米线微环；同一复用单元中相邻两个微环谐振器中的第一直波导相连接，同一复用单元中所有的第一直波导相连构成第一输出波导；一个复用单元中的第一输出波导通过绝热锥与和该复用单元相邻的复用单元中的输出波导相连接。该光模式开关能实现M路模式和N个波长的复用功能，每一个输入端复用到主干波导中的模式可自由选择和动态切换，实现模分复用系统中输入输出数量自由搭配、通路自由选择。

Description

一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关

技术领域

本发明属于光模式复用解复用技术领域，涉及一种硅基集成化光模式处理器件，特别涉及一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关。

背景技术

随着经济社会的迅速发展，人们对大容量、高速率的信息处理及通信技术的需求日益增长。集成电路技术作为通信领域最为关键的技术，保障了近五十年来的信息处理需求得以满足。然而，现有的集成电路中器件特征尺寸的进一步缩小受到隧道泄漏电流效应、热耗散、成本非线性增加等因素的限制，导致集成电路已经很难继续遵循摩尔定律的速度发展。光与电相比具有更高的速度、更低的延迟、更强的抗电磁干扰、更大的处理容量等突出优点，因此光信息处理技术的出现为满足日益增长的信息处理需求和解决单一电学集成瓶颈提供了有效的方案。

为了满足日益增长的大容量信息处理需求，现已研究出很多高速光传输方面的复用技术，如时分复用技术、码分复用技术、波分复用技术、偏振复用技术等，其中时分复用技术、码分复用技术、尤其是波分复用技术已广泛应用于现代光纤通信技术中。然而，随着时代发展，今后相当长时间内的带宽需求将远超现有复用技术所能提供的带宽容量。为了解决这一日益严峻的问题，研究人员将目光投向了一种新的光信号复用技术，即空分复用。空分复用主要包括两种方式，一是多芯复用，二是多模复用。多芯复用是将光纤中的多根芯按照一定规则排列，每个芯都可以作为一个单独的传输通道，芯与芯之间由于被较低折射率的介质包裹且间隔较远，彼此之间的串扰非常小。为了获得更大的传输带宽，可采取多芯并行排列的方法。波导中实现多芯复用则可以并行排列二维或三维的多个波导阵列。多芯复用技术可以降低光传输线的数量，然而它难以实现多芯光纤中不同通道信号的有效放大及不同通道之间的数据交换，且其本身尺寸较大，不利于集成。多模复用技术是在发射端通过一定技术手段将光的不同正交模态复用到一根多模光纤或少模光纤上传输，并在接收端通过相反的技术手段将不同模态解复用还原成相应光信息的技术。其实很早以前人们就发现了光的不同模态的存在，并且其在特定结构中易发生色散和串扰。为了避免这些色散和串扰，得到稳定且质量好的激光，人们将主要精力放在单模激光器和单模光纤的研究上。然而由于现有的单模技术并不能完全满足传输容量的需求，光的多模态又回到了人们的研究视野中。光的模态作为光的一种维度，跟波长一样可以作为光通信中的一种重要复用形式。通过将多种模式复用到一根多模光纤中传播，可以更有效地减小物理尺寸，成倍提高通信容量，并且仅通过使用一个激光器复用多个数据通道传输就可以大大降低能耗和成本。此外，多模分复用可以兼容时分复用、波分复用等多种复用方式以增加数据中心互连中片上光链路的数据传输能力，在降低成本的同时成倍提高信道容量，解决通信信道理论最大数据传输速率（Shannon极限）带来的挑战。

在普通的模分复用系统中，发射端（输入端）和接收端数量必须严格相等，并且每一个发射端和接收端必须一一对应，某一个特定的发射端的信号无法到达与它对应的接收端之外的其他接收端。在很多实际应用中，发射端和接收端的数量可能会不一样，某一发射端的信号通常也不仅仅需要到达它本身所对应的接收端，还可能需要能够到达其他接收端。同样地，一个接收端所接收的信号也不能仅仅是来自某一个特定的发射端，它也需要接收来自其他发射端的信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关，以解决光通信模式复用系统中的输入端和接收端必须数量相等、不能自由连通等问题，本发明兼具微环谐振器的小尺寸和成熟CMOS工艺的低成本等特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关，包括依次设置的多个复用单元，相邻两个复用单元之间通过绝热锥相连接，第一个复用单元为基模复用单元，其它的复用单元均为高阶模复用单元；

所述的复用单元由多个依次相连接的微环谐振器组成，该微环谐振器包括平行设置的第一直波导和第二直波导，第一直波导和第二直波导之间设有纳米硅基纳米线微环；同一复用单元中相邻两个微环谐振器中的第一直波导相连接，同一复用单元中所有的第一直波导相连构成第一输出波导；一个复用单元中的第一输出波导通过绝热锥与和该复用单元相邻的复用单元中的输出波导相连接；

依次设置的所有复用单元中每个复用单元第N个微环谐振器中的第二直波导分别与其下一复用单元倒数第N个微环谐振器中的第二直波导相连接；

本发明光模式开关是利用相对简单的微环谐振器，提出的一种新型器件，该器件可以实现光模分复用系统中输入端和接收端数量任意组合、通路任意选择功能；能够更加灵活、有效率地实现片上通信，节省建网和网络升级成本，提高网络的灵活性和生存性。将该光模式开关添加在模式复用系统中，使光模式复用系统中任意一个发射端的信号能转换成任意模式到多模波导中传输，系统任意一个接收端也能接收到来自任意发射端的光信号，即能选择性填充和提取新模式，实现模式开关的功能。该模式开关能实现M路模式和N个波长的复用功能，并且每一个输入端复用到主干波导中的模式可自由选择和动态切换。本发明采用相对简单的结构解决了普通模式复用系统中输入输出端数目必须相等且一一对应的弊端，能够实现模分复用系统中输入输出数量自由搭配、通路自由选择，为更快应用模式复用技术提供一定推动作用。本发明光模式开关有望在将来集成化光网络系统尤其是模分复用系统中实现大规模应用。

附图说明

图1是本发明光模式开关的结构示意图。

图2是本发明光模式开关的第一复用单元中微环谐振器的示意图。

图3是所有复用单元中的输出波导依次相连形成的主干波导的示意图。

图4是本发明光模式开关的第二复用单元中微环谐振器的示意图。

图5是单路模式开关示意图。

图6是本发明光模式开关的复用单元示意图。

图7是模分复用系统原理示意图。

图8是本发明中带有调谐电极的波导的横截面结构示意图。

图中：1.第一复用单元，2.第二复用单元，3.第M复用单元，4.第一绝热锥，5.第M-1绝热锥，6.第一直波导，7.第二直波导，8.微环谐振器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明光模式开关，包括依次设置的多个复用单元，相邻两个复用单元之间通过绝热锥相连接，如：相邻的第一复用单元1和第二复用单元2通过第一绝热锥4相连，相邻的第M-1复用单元和第M复用单元3通过第M-1绝热锥5相连。其中的M为任意正整数。第一复用单元1为基模复用单元，其它的复用单元均为高阶模复用单元。

本发明光模式开关中的第一复用单元1由多个（N个，N为任意正整数）依次相连接的微环谐振器组成。该微环谐振器的结构如图2所示，包括平行设置的第一直波导6和第二直波导7，第一直波导6和第二直波导7之间设有纳米硅基纳米线微环MRR；第一复用单元1中相邻两个微环谐振器中的第一直波导6相连接，所有的第一直波导6相连构成第一输出波导1-1；第一输出波导1-1通过第一绝热锥4与第二复用单元2相连接。

第二复用单元2的结构与第一复用单元1的结构基本相同，两者之间的区别在于：第二复用单元2中的第二输出波导2-1的宽带大于第一输出波导1-1的宽带，且第二输出波导2-1的宽带与第一绝热锥4宽度较宽的一端的宽度相同。

第一输出波导1-1通过第一绝热锥4与第二输出波导2-1相连。

其它所有的复用单元的结构均与第一复用单元1的结构基本相同，只是其它复用单元中相邻两个复用单元中的输出波导的宽度分别与连接该两个复用单元的绝热锥两端的宽度相同。各纳米硅基纳米线微环的半径可以相同也可以不相同。

第一复用单元1为基模复用单元，包括第11微环谐振器MRR₁₁、第12微环谐振器MRR₁₂…第1N微环谐振器MRR_1N共N（N为任意正整数）个带调制的微环谐振器。第二复用单元2为一阶模复用单元，包括第21微环谐振器MRR₂₁、第22微环谐振器MRR₂₂…第2N微环谐振器MRR_2N共N个带调制的微环谐振器，依此类推，第M复用单元3为M-1阶模复用单元，包括第M1微环谐振器MRR_M1、第M2微环谐振器MRR_M2…第MN微环谐振器MRR_MN共N个带调制的微环谐振器。

通过多个“绝热锥”将不同复用单元中的各输出波导依次串接起来，形成主干波导，如图3所示。图3中的M-1是第M复用单元3中的第M输出波导。

第一复用单元1的第一个微环谐振器MRR₁₁中的第二直波导7与第二复用单元2的最后一个微环谐振器MRR_2N中的第二直波导7的一端相连，第二复用单元2的最后一个微环谐振器MRR_2N中的第二直波导7的另一端与第三复用单元的第一个微环谐振器MRR₃₁中的第二直波导7的一端相连，第三复用单元的第一个微环谐振器MRR₃₁中的第二直波导7的另一端与第四复用单元的最后一个微环谐振器中的第二直波导7的一端相连接，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元3的最后一个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的最后一个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导7的另一端为输入端X_N；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元3的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导7的另一端为输入端X₁。第一复用单元1的第二个微环谐振器MRR₁₂中的第二直波导7与第二复用单元2的倒数第二个微环谐振器MRR₂₂中的第二直波导7的一端相连，第二复用单元2的倒数第二个微环谐振器MRR_2(N-1)中的第二直波导7的另一端与第三复用单元的第二个微环谐振器中的第二直波导7的一端相连，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元3的第二个微环谐振器MRR_M2中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的第二个微环谐振器MRR_M2中的第二直波导7的另一端为输入端X₂；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元3的倒数第二个微环谐振器MRR_M(N-1)中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的倒数第二个微环谐振器MRR_M(N-1)中的第二直波导7的另一端为输入端X_N-1。第一复用单元1的最后一个微环谐振器MRR_1N中的第二直波导7与第二复用单元2的第一个微环谐振器MRR₂₁中的第二直波导7的一端相连，第二复用单元2的第一个微环谐振器MRR₂₁中的第二直波导7的另一端与第三复用单元的最后一个微环谐振器MRR_3N中的第二直波导7的一端相连，第三复用单元的最后一个微环谐振器MRR_3N中的第二直波导7的另一端与第四复用单元的第一个微环谐振器中的第二直波导7的一端相连接，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元3的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导7的另一端为输入端X₁；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元3的第N个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导7的一端，第M复用单元3的第N个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导7的另一端为输入端X_N。即，各复用单元中第N微环谐振器的第二直波导7与下一复用单元的倒数第N个微环谐振器的第二直波导7相连，直至相应输出端。

本发明光模式开关具有N个输入端（X₁、X₂、…X_N）；N个自由端（W₁、W₂、…W_N）；一个上载端Z；一个输出端Y。

下面首先说明构成本器件的两种微环谐振器的工作原理。根据微环谐振器的谐振条件m×λ=N _eff ×2π×R（其中m表示谐振级次，λ为谐振波长，N _eff 为环形波导的有效折射率，R为环形波导的半径），从图2的输入端输入波长为λ₀的基模光信号，若λ₀满足谐振条件，则该束光信号将耦合到微环谐振器中并被其下载至下载端，否则将被直通输出至直通端。若给环形波导上加上调制信号，改变环形波导的有效折射率N_eff，则微环谐振器谐振条件相应也会发生改变，当谐振波长λ被调至入射波长λ₀处时，入射光信号就从不谐振状态变为谐振状态，相应地，也能从谐振状态变为非谐振状态。因此，根据实际需要可以调制输入光信号的谐振状态，这就是基于微环谐振器的光开关原理。基于以上调制，能够实现通信波段的波长全覆盖。同理，图4所示的微环谐振器也能实现输入光信号的开关调制，只是直通状态时光信号保持基模输出至直通端2-8，下载状态时根据下载波导的宽度w ₁可以转换为某一特定高阶模输出，此时下载波导的宽度w ₁应满足有效折射率匹配条件N _eff-TEi =N _eff-TE0 （其中N _eff-TEi 为所需的某一特定i阶模在多模波导中的有效折射率，N _eff-TE0 为基模在环形波导中的有效折射率），即要转换的高阶模的有效折射率要与环形波导中基模的有效折射率匹配才能实现高效耦合。根据以上原理，可以实现基模向任意高阶模的转换，并且给环形波导加上调制之后，可以实现开关功能。

将拥有不同下载波导宽度的M（M为任意正整数）个微环谐振器依次串联起来就组成了图5所示的单路模式开关，图中单独画出了基模微环谐振器MRR₁和一阶模微环谐振器MRR₂，一阶模微环谐振器MRR₂和调制微环MRR_M之间还可以连接M-3个其它各阶模的微环谐振器。不同微环谐振器之间的基模输入波导通过与之相同宽度的基模波导连接，不同微环谐振器之间的输出波导之间通过“绝热锥”（AdiabaticTaper）连接，“绝热锥”的宽度从窄波导的宽度线性渐变为宽波导的宽度，并且“绝热锥”的长度足够长，这样“绝热锥”波导侧边的扩展慢于光模式的衍射扩展，能确保基模在通过时不发生模式转换，减少了模式之间的串扰。从输入端X输入波长为λ₀的光信号，首先传导至直波导3-7，调制微环MRR_M可以使该光束在此处要么保持基模直通至直波导3-8要么转换成高阶模输出至直波导3-10。若该输入光信号满足调制微环MRR_M的谐振条件，则转换成相应M-1阶高阶模在主干波导保持其本质输出至输出端Y。若该光束直通，则将保持基模沿着波导3-8传输至下一微环谐振器。若该输入光信号不满足MRR_M至MRR₃所有微环的谐振条件时将直通至直波导2-7，满足微环MRR₂的谐振条件则转换成一阶模输出至直波导2-10，该一阶模在经过其他微环谐振器（如MRR₃、MRR_M）时由于不满足有效折射率匹配条件，无法被其他微环谐振器下载，最终将保持一阶模传输至输出端Y。若该输入光信号不满足MRR₂的谐振条件，则该光信号将继续保持基模传输至直波导1-7，满足MRR₁的谐振条件将被下载至直波导1-10并保持基模输出至Y端，否则将继续直通至W端输出。值得注意的是，MRR₂和MRR_M之间的微环谐振器转换成相应高阶模式的工作原理与上述原理相同。因此，通过调制不同的微环谐振器，就能实现输出端Y输出任意一个模式，并且动态调制各位环谐振器时能得到随时间动态变化的不同模式。

以上在器件功能上实现了单路模式开关的功能，然而还不够完善，还需要结合波分复用和模分复用功能，才能完全满足现代集成光网络需求。如图6所示的结构单元包含N个带调制的微环谐振器，每个微环谐振器的参数略微有区别以保证其具有不同的谐振波长，当然这也可以通过给不同的微环施加不同的调制来谐振不同的输入波长，这样就能给器件赋予波分复用功能。将图5的单路模式开关中的每个微环谐振器都替换成一个类似图6的带N个微环谐振器的复用单元就组成了如图1所示的本发明多路复用模式开关。在图1结构的每一个输入端口分别输入一定波长的光信号（输入端X₁输入波长为λ₁的光信号，输入端X₂输入波长为λ₂的光信号，......输入端X_N输入波长为λ_N的光信号），则每一个波长的光信号都能转换成一种特定的模式，这些模式可以相同也可以不同，最终所有波长的信号将复用到主干波导上并在输出端Y输出，也就是说器件能够实现波分复用功能。给模式开关的每一个结构单元增加N个带调制的微环谐振器的另外一个重要作用就是在所有端口输入相同波长的光信号时，通过调节各个单元中的微环谐振器能实现模分复用功能，并且每个输入端输入的光信号要转换的高阶模可以根据实际需求进行自由选择（任意两个不同输入端口输入的光信号不能转换成相同的模式），如图7（c）所示。例如，图1中，所有输入端都输入波长为λ₀的光信号，其中输入端X₁的光信号可以在MRR₁₁处谐振而在其他MRR处不谐振（该束光信号一直直通至直波导1-7处并被MRR₁₁下载），这样该束光信号将保持基模复用到主干波导中，最终传输至输出端Y；而输入端X₂输入的光信号可以在MRR₃₂处谐振而其他MRR处不谐振，这样该束光就能转换成二阶模复用到主干波导中，最终传输至输出端Y；同理输入端X_N处输入的光信号可以在MRR_2N处谐振而其他MRR处不谐振（该束光信号一直直通至直波导2-3处并被MRR_2N下载），这样该束光就能转换成一阶模复用到主干波导中，最终传输至输出端Y；其他输入端同理可以转换成其他高阶模，使器件实现模分复用功能。同样地，在模分复用的解复用端，任一高阶模也能通过模式开关到达任意一个接收端，这样的话，该模分复用系统中任意一个发射端就能到达任意一个接收端（图7（c））。此外，这些复用路径对应的模式还可以根据实际应用需求动态调整，实现任意组合，这将大大提高该模分复用系统的灵活性和实用性。

图7（a）展示了普通的模分复用系统，在该系统中，发射端（输入端）和接收端必须数量相等且需一一对应，这在日益复杂、灵活的光网络应用中显然容易受限，因此本发明提出了一种模式开关的概念，模式开关器件的存在使得模分复用系统中的发射端（输入端）和接收端数量不必相等，可以自由组合（图7（b）），任意发射端和接收端也能自由连通，使得模分复用系统通路可自由选择（图7（c））。

本发明光模式开关中的所有单元均可采用绝缘衬底上硅（Silicon-On-Insulator，SOI）材料、SiN材料、铌酸锂材料和Ⅲ-Ⅴ族材料实现。SOI是指在SiO₂绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，其工艺与现在微电子领域广泛应用的CMOS工艺是兼容的。利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si（折射率为3.45），包层是SiO₂（折射率为1.44），这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光场的限制能力很强使得其弯曲半径可以很小（目前已有基于SOI材料弯曲波导的弯曲半径达到1.5微米的报道），从而使器件的面积很小，在一块芯片上可以制作出多个器件。传统波导器件（如LiNbO₃）的弯曲半径普遍在毫米甚至厘米量级，极大的占用了芯片面积，一块芯片上通常只能放下一个器件。SOI材料的突出优点是：工艺方面与传统CMOS工艺是兼容的，从而可以利用现成的CMOS工艺技术，使得器件体积小、功耗低、扩展性好，便于与电学元件集成。

本发明光模式开关的各工作波长可根据实际需求用相应的调谐电极进行调谐，实现通信波段的波长全覆盖。根据微环谐振器的谐振条件，要调节谐振波长，可以改变的物理量有环形波导的半径R及其有效折射率N_eff。环形波导的半径R在工艺完成之后就确定下来，无法进行调节。所以只能通过调节环形波导的有效折射率N_eff来改变MRR的谐振波长。可以采取两种方法来改变材料的有效折射率：一是通过对材料加热（具体办法是在硅波导上通过MOCVD淀积一层金属作为加热热极，然后对热极两端加电压）改变材料的温度从而改变材料的折射率也即是所谓的热光效应。二是通过载流子注入来改变材料的折射率（电光效应）。热调制在工艺上易于实现，在信号传输速率（兆量级以下）要求不高的情况下，一般采用热调制。在高速（吉量级）传输系统需要采用电调制（如反偏PN结调制、PIN结调制、MOS结构调制等），但是，相比于热调制，电调制的工艺稍微复杂。本发明光模式开关中主要是利用热光效应来说明器件的工作原理。带有热调谐电极的SOI波导的横截面结构如图8所示，包括衬底Si，衬底Si上设有SiO₂层，SiO₂层上设有Si波导芯区和调谐电极，波导和调谐电极周围均包围着SiO₂。Si波导芯区的宽度为w，Si波导芯区的高度为h，Si波导芯区顶面与调谐电极底面之间的距离为d_SiO2。

本发明光模式开关的基础为微环谐振器，它是一种功能多样，性能优越，近年来被广泛研究的集成光学元件。利用微环谐振器结构可以实现光缓存、光调制器、光滤波器、光分插复用器、光学逻辑门、波分复用/解复用器、光模式复用/解复用器等很多光信息处理与光通信所用的功能部件。由于环形波导的半径可以小至1.5微米，其器件结构非常紧凑，可以实现器件高密度集成，减少分立器件耦合时的损耗，同时降低器件的封装成本。

综上所述，本发明集成化光模式开关易于实现大规模集成、功耗较低、体积小、延时小、速度快，将在光子计算机的高性能处理单元中发挥重要作用。

Claims (2)

1.一种兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关，其特征在于，包括依次设置的多个复用单元，相邻两个复用单元之间通过绝热锥相连接，第一个复用单元为基模复用单元，其它的复用单元均为高阶模复用单元；

所述的复用单元由多个依次相连接的微环谐振器组成，该微环谐振器包括平行设置的第一直波导（6）和第二直波导（7），第一直波导（6）和第二直波导（7）之间设有纳米硅基纳米线微环；同一复用单元中相邻两个微环谐振器中的第一直波导（6）相连接，同一复用单元中所有的第一直波导（6）相连构成第一输出波导（1-1）；一个复用单元中的第一输出波导（1-1）通过绝热锥与和该复用单元相邻的复用单元中的输出波导相连接；

依次设置的所有复用单元中每个复用单元第N个微环谐振器中的第二直波导（7）分别与其下一复用单元倒数第N个微环谐振器中的第二直波导（7）相连接；

所述的第一个复用单元为第一复用单元（1），第一复用单元（1）为基模复用单元，包括第11微环谐振器MRR₁₁、第12微环谐振器MRR₁₂…第1N微环谐振器MRR_1N共N个带调制的微环谐振器，N为任意正整数；第二复用单元（2）为一阶模复用单元，包括第21微环谐振器MRR₂₁、第22微环谐振器MRR₂₂…第2N微环谐振器MRR_2N共N个带调制的微环谐振器，依此类推，第M复用单元（3）为M-1阶模复用单元，包括第M1微环谐振器MRR_M1、第M2微环谐振器MRR_M2…第MN微环谐振器MRR_MN共N个带调制的微环谐振器；

通过多个绝热锥将不同复用单元中的各输出波导依次串接起来，形成主干波导；

第一复用单元（1）的第一个微环谐振器MRR₁₁中的第二直波导（7）与第二复用单元（2）的最后一个微环谐振器MRR_2N中的第二直波导（7）的一端相连，第二复用单元（2）的最后一个微环谐振器MRR_2N中的第二直波导（7）的另一端与第三复用单元的第一个微环谐振器MRR₃₁中的第二直波导（7）的一端相连，第三复用单元的第一个微环谐振器MRR₃₁中的第二直波导（7）的另一端与第四复用单元的最后一个微环谐振器中的第二直波导（7）的一端相连接，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元（3）的最后一个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的最后一个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导（7）的另一端为输入端X_N；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元（3）的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导（7）的另一端为输入端X₁；第一复用单元（1）的第二个微环谐振器MRR₁₂中的第二直波导（7）与第二复用单元（2）的倒数第二个微环谐振器MRR₂₂中的第二直波导（7）的一端相连，第二复用单元（2）的倒数第二个微环谐振器MRR_2(N-1)中的第二直波导（7）的另一端与第三复用单元的第二个微环谐振器中的第二直波导（7）的一端相连，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元（3）的第二个微环谐振器MRR_M2中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的第二个微环谐振器MRR_M2中的第二直波导（7）的另一端为输入端X₂；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元（3）的倒数第二个微环谐振器MRR_M(N-1)中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的倒数第二个微环谐振器MRR_M(N-1)中的第二直波导（7）的另一端为输入端X_N-1；第一复用单元（1）的最后一个微环谐振器MRR_1N中的第二直波导（7）与第二复用单元（2）的第一个微环谐振器MRR₂₁中的第二直波导（7）的一端相连，第二复用单元（2）的第一个微环谐振器MRR₂₁中的第二直波导（7）的另一端与第三复用单元的最后一个微环谐振器MRR_3N中的第二直波导（7）的一端相连，第三复用单元的最后一个微环谐振器MRR_3N中的第二直波导（7）的另一端与第四复用单元的第一个微环谐振器中的第二直波导（7）的一端相连接，以此类推，若N为奇数，则最终连接至第M复用单元（3）的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的第一个微环谐振器MRR_M1中的第二直波导（7）的另一端为输入端X₁；若N为偶数，则最终连接至第M复用单元（3）的第N个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导（7）的一端，第M复用单元（3）的第N个微环谐振器MRR_MN中的第二直波导（7）的另一端为输入端X_N；即，各复用单元中第N微环谐振器的第二直波导（7）与下一复用单元的倒数第N个微环谐振器的第二直波导（7）相连，直至相应输出端；

该光模式开关具有N个输入端X₁、X₂、…X_N；N个自由端W₁、W₂、…W_N；一个上载端Z；一个输出端Y。

2.根据权利要求1所述的兼容波分复用与模分复用功能的集成化光模式开关，其特征在于，各个微环谐振器的半径相同或者不相同，基模波导宽度均相同，各复用单元的输出波导宽度为各阶模符合有效折射率匹配条件的宽度。

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