CN108873178A - 基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器 - Google Patents

基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振器和马赫‑曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器。它包括具有第一端输入口和第一端输出口的第一光波导、具有第二端输入口和第二端输出口的第二光波导、微环谐振腔、具有第三端输入口和第三端输出口的第三光波导、第一加热器和第二加热器；第一光波导的第一端输入口和第二光波导的第二端输出口分别与微环谐振腔耦合；微环谐振腔的一部分波导作为一条臂与第三光波导构成马赫‑曾德尔调制器；第三端输入口和第三端输出口分别与微环谐振腔耦合；第一加热器调制微环谐振腔；第二加热器调制第三光波导。本发明通过对马赫‑曾德尔调制器的调制，实现当前微环谐振腔谐振波长的开或关，从而达到波长切换过程无中断的目的。

Description

基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光 学路由器
技术领域
本发明涉及在片上光互连网络架构中实现波长切换无中断的开关技术领域，特别是一种基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器。
背景技术
现有的互连网络面对着日益增长的信息流量和越来越多的处理端口，其固有的局限性越来越难以掩饰。主要由于电互连方式在带宽、能耗、抗干扰性等方面已经难以满足发展需求。
由于近年来研究的不断发展，基于光信号的互连方式已经有了弥补甚至取代电互连的希望。片上光互连在带宽、能耗、抗干扰性等方面有着电互连难以企及的巨大优势，而且由于能有效结合CMOS技术工艺，现在已成为突破当前瓶颈的不二之选。
片上光互连网络是集成光学的一个重要组成部分，微环更是随着集成光学的出现应运而生。微环谐振器结构1969年被Marcatili提出，限于当时的工艺，一直没有受到广泛的关注。随着工艺的发展，微环谐振器得到了广泛的应用，比如滤波器、光开关、光调制器、传感器等。
光互连技术正朝着更高速，更短传输距离，更高带宽密度和集成度的方向发展。而光路由开关是片上网络的核心器件，一个光开关的性能很大程度上影响着整个光互连网络的性能。但是当前的光学路由器的光波长切换需要通过加热器调制，微环的谐振波长连续变化，导致一些需要直通的光信号与微环产生谐振，光信号传输产生中断，从而影响整个光互连网络的传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器，用一个交叉波导微环谐振器和微环谐振腔的一部分波导与其他波导构成马赫-曾德尔调制器，实现两个波长切换过程中其它波长的信号传输不产生中断的目的。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器，它包括：具有第一端输入口和第一端输出口的第一光波导、具有第二端输入口和第二端输出口的第二光波导、一个微环谐振腔、具有第三端输入口和第三端输出口的第三光波导、第一加热器和第二加热器；其中：
第一光波导的第一端输入口和第二光波导的第二端输出口分别与微环谐振腔耦合；微环谐振腔的一部分波导作为一条臂与第三光波导构成一个马赫-曾德尔调制器；第三端输入口和第三端输出口分别与微环谐振腔耦合；第一加热器调制微环谐振腔；第二加热器调制第三光波导。
其中：用于制作该基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的材料可以是SOI。
基于上述微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的控制方法为：通过第一加热器调制微环谐振腔可以改变其谐振波长；通过第二加热器调制第三光波导可以调制马赫-曾德尔调制器，完成对当前微环谐振器谐振波长的开或关。
其中：第一端输入口输入光信号波长为微环谐振器的谐振波长时，可以通过第二加热器调制第三光波导实现该谐振波长的开或关，从而控制第二端输出口的光信号输出。
其中：第二端输出口的输出光信号波长从波长1切换到波长3时，为了防止波长1和波长3之间的波长2从第二端输出口输出，可以通过第二加热器调制第三光波导实现波长2信号的关闭。
从技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器。特别地，谐振波长从波长1切换到波长3过程中，通过马赫-曾德尔调制器成功实现了其它波长的光信号传输不产生中断的目的。
附图说明
图1是交叉波导微环谐振器的“关”状态示意图。
图2是交叉波导微环谐振器的“开”状态示意图。
图3是基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的结构示意图。
图中附图标记：第一端输入口1、第一端输出口1’、第二端输入口2、第二端输出口2’、第三端输入口3、第三端输出口3’、第一加热器4、第二加热器5、马赫-曾德尔调制器Ⅰ。
具体实施方式
为了更清楚明白地介绍本发明的目的，技术方案和优点，以下结合具体实例，参照附图，对本发明做进一步详细说明。
在微环谐振腔的谐振波长从波长1切换到波长3的过程中，若有介于这两个波长之间的波长2光信号输入，会导致波长2光信号因谐振从下载端输出，从而中断了该波长2光信号在直通端的传输。本发明利用微环谐振器的谐振特性和马赫-曾德尔调制器特性，设计了波长切换无中断光学路由器，实现对当前微环谐振腔谐振波长的开或关，从而达到波长切换过程无中断的目的。
下面结合图1至图3详细说明其工作原理：
本发明给出微环谐振器为交叉波导微环谐振器。当微环谐振波长(记为λresonant)与信号波长(记为λ0)一致，信号通过微环从一个波导耦合到另一波导，而当两者波长不同时，信号还是沿原路直通传输。当微环谐振器的谐振波长λresonant＝λ0时，将这一种状态定义为“开”，光信号从In1输入将从Out2输出，如图2所示；当微环谐振器的谐振波长λresonant≠λ0时，这一种状态定义为“关”，从In1输入的光将从Out1输出，如图1所示。
如图3所示，本发明的光学路由器包括：具有第一端输入口1和第一端输出口1’的第一光波导、具有第二端输入口2和第二端输出口2’的第二光波导、一个微环谐振腔、具有第三端输入口3和第三端输出口3’的第三光波导、第一加热器4和第二加热器5；其中：第一光波导的第一端输入口1和第二光波导的第二端输出口2’分别与微环谐振腔耦合；微环谐振腔的一部分波导作为一条臂与第三光波导构成一个马赫-曾德尔调制器Ⅰ；第三端输入口3和第三端输出口3’分别与微环谐振腔耦合；第一加热器4调制微环谐振腔；第二加热器5调制第三光波导。下面详细叙述该光学路由器的控制方法：
如图3所示，在该光学路由器中：通过第一加热器4调制微环谐振腔可以改变其谐振波长；通过第二加热器5调制第三光波导可以调制马赫-曾德尔调制器，完成对当前微环谐振器谐振波长的开或关。
第一端输入口输入光信号波长为微环谐振器的谐振波长时，通过第二加热器5调制第三光波导可以实现该谐振波长的开或关，从而控制第二端输出口的光信号输出。
第二端输出口的输出光信号波长从波长1切换到波长3时，为了防止波长1和波长3之间的波长2从第二端输出口输出，可以通过第二加热器5调制第三光波导实现波长2信号的关闭。
用于制作该基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的材料是SOI，易于将光器件与COMS工艺相结合，有利于将该结构商业化。
图3给出了该路由器的结构，第一端输入口1输入波长1，波长2和波长3光信号，其中波长2处于波长1和波长3之间。
当微环谐振腔的谐振波长为波长1时，马赫-曾德尔调制器调制为开状态，第一端输出口 1’输出波长2和波长3光信号，第二端输出口2’输出波长1光信号。
通过第一加热器4调制微环谐振腔使其谐振波长从波长1切换到波长3；在微环谐振器的谐振波长达到波长2时，通过马赫-曾德尔调制器调制为关状态，第一端输出口1’输出波长1，波长2和波长3光信号，第二端输出口2’没有信号。
当微环谐振器谐振波长达到波长3时，打开开关，第一端输出口1’输出波长1和波长2 光信号，第二端输出口2’输出波长3光信号。
当微环谐振腔的波长从波长1切换到波长3时，通过马赫-曾德尔调制器的调制，实现了波长2光信号不产生中断的目的。
下表给出各个状态下输出端口的信号：
以上述的具体实施例，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器，其特征在于，它包括：具有第一端输入口(1)和第一端输出口(1’)的第一光波导、具有第二端输入口(2)和第二端输出口(2’)的第二光波导、一个微环谐振腔、具有第三端输入口(3)和第三端输出口(3’)的第三光波导、第一加热器(4)和第二加热器(5)；其中：
第一光波导的第一端输入口(1)和第二光波导的第二端输出口(2’)分别与微环谐振腔耦合；微环谐振腔的一部分波导作为一条臂与第三光波导构成一个马赫-曾德尔调制器(Ⅰ)；第三端输入口(3)和第三端输出口(3’)分别与微环谐振腔耦合；第一加热器(4)调制微环谐振腔；第二加热器(5)调制第三光波导。
2.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器，其特征在于，用于制作该基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的材料是SOI。
3.一种根据权利要求1要求所述的基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的控制方法，其特征在于：通过第一加热器(4)调制微环谐振腔可以改变其谐振波长；通过第二加热器(5)调制第三光波导可以调制马赫-曾德尔调制器，完成对当前微环谐振器谐振波长的开或关。
4.根据权利要求3要求所述的基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的控制方法，其特征在于：第一端输入口(1)输入光信号波长为微环谐振器的谐振波长时，通过第二加热器(5)调制第三光波导实现该谐振波长的开或关，从而控制第二端输出口(2’)的光信号输出。
5.根据权利要求3要求所述的基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器的控制方法，其特征在于：第二端输出口(2’)的输出光信号波长从波长1切换到波长3时，为了防止波长1和波长3之间的波长2从第二端输出口(2’)输出，可以通过第二加热器(5)调制第三光波导实现波长2信号的关闭。
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