CN108983360B - 基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振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、两个微环、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与第二光波导的第二端输出口分别与第一微环耦合；第一微环与第二微环耦合；第一加热器调制第一微环；第二加热器调制第二微环。在第一微环的谐振波长从波长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，中断该波长2光信号在直通端的传输。本发明通过对第二微环的调制，实现对第一微环当前的谐振波长的开或关，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的波长切换无中断光学路由器，用两个微环谐振腔的耦合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、第一微环、第二微环、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与第二光波导的第二端输出口分别与第一微环耦合；第一微环与第二微环耦合；第一加热器调制第一微环；第二加热器调制第二微环。
其中：用于制作该基于微环谐振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第一微环改变其谐振波长；通过第二加热器调制第二微环可以改变其谐振波长。用两个微环谐振腔的耦合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。
其中：第一端输入口输入光信号波长为第一微环的谐振波长时，通过第二加热器调制第二微环的谐振波长与第一微环相同，可以实现当前波长的关闭。
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，可以通过调制第二微环实现波长2光信号的关闭。
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，通过耦合的第二微环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是基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的第一种“关”状态示意图。
图2是基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的“开”状态示意图。
图3是基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的第二种“关”状态示意图。
图4是基于微环谐振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’、第一微环3、第二微环4、第一加热器5和第二加热器6。
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。
本发明利用微环谐振器的谐振特性，设计了波长切换无中断光学路由器。
下面结合图1至图4详细说明其工作原理：
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、两个微环谐振腔(记为第一微环3、第二微环4)、第一加热器5和第二加热器6。其中：
第一光波导的第一端输入口1与第二光波导的第二端输出口2’分别与第一微环3耦合；第一微环3与第二微环4耦合；第一加热器5调制第一微环3；第二加热器6调制第二微环4。
在第一微环3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。本发明通过对第二微环4的调制，实现对第一微环3当前的谐振波长的开或关，从而达到波长切换过程无中断的目的。下面详细叙述该光学路由器的控制方法：
在该光学路由器中：通过第一加热器5调制第一微环3可以改变其谐振波长(记为λresonant1)；通过第二加热器6调制第二微环4可以改变其谐振波长(记为λresonant2)。
第一端输入口1输入光信号波长(记为λ0)与第一微环3的谐振波长不同时，第二端输出口2’不输出该光信号，实现该谐振波长的关，为第一种“关”状态，如图1。
第一端输入口1输入光信号波长为第一微环3的谐振波长时，通过第二加热器6调制第二微环4可以改变第二端输出口2’的输出光信号，实现该谐振波长的开或关。
第一端输入口1输入光信号波长与第一微环3和第二微环4的谐振波长都相同时，实现第二种“关”状态，如图3。
第一端输入口1输入光信号波长与第一微环3的谐振波长相同，与第二微环4的谐振波长不同时，实现“开”状态，如图2。
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，可以通过调制第二微环4实现波长2信号的关闭。
用于制作该基于微环谐振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4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。
当第一微环3的谐振波长为波长1时，第二微环4调制为开状态，第一端输出口1’输出波长2光信号和波长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5调制第一微环3使其谐振波长从波长1切换到波长3；在第一微环3的谐振波长达到波长2时，通过第二微环4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。
当第一微环3的谐振波长达到波长3时，打开开关，此时第一端输出口1’输出波长1光信号和波长2光信号，第二端输出口2’输出波长3光信号。
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 (3)

1.一种基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的控制方法，所述光学路由器包括：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、第一微环（3）、第二微环（4）、第一加热器（5）和第二加热器（6）；其中：第一光波导的第一端输入口（1）与第二光波导的第二端输出口（2’）分别与第一微环（3）耦合；第一微环（3）与第二微环（4）耦合；第一加热器（5）调制第一微环（3）；第二加热器（6）调制第二微环（4）；其特征在于，通过第一加热器（5）调制第一微环（3）改变其谐振波长；通过第二加热器（6）调制第二微环（4）可以改变其谐振波长；所述第一端输入口（1）输入光信号波长为第一微环（3）的谐振波长时，通过第二加热器（6）调制第二微环（4）的谐振波长与第一微环（3）相同，可以实现当前波长的关闭。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的控制方法，其特征在于，用于制作该基于微环谐振器的波长切换无中断光学路由器的材料是SOI。
3.根据权利要求1所述的基于微环谐振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，通过调制第二微环（4）实现波长2光信号的关闭。
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