CN110737052B - 一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，由解复用器、微环开关阵列和复用器组成。该模式交换器具有良好的可重构特性，能实现任意两种模式的交换作用。该模式交换器采用相对简单的结构将传统波分复用的波长交换功能引入到模式复用系统中，为光通信系统中提升网络资源利用率和灵活性提供一定推动作用。在器件制作方面，该器件可以基于SOI材料实现，能与现有的成熟CMOS工艺完全兼容，使得器件制作成本低、易于与电学元件集成，期望在光通信与光互连等方面将有很好的应用前景。

Description

一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器
技术领域
本发明属于光的模式处理技术领域，涉及一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器。
背景技术
随着信息时代的快速发展，人们对信息处理与传输的容量和速度提出了前所未有的高要求。传统的依靠减小片上晶体管尺寸、增加芯片集成度的方法已经遇到了物理瓶颈。目前，多核处理器正成为微处理器架构的主流方式，人们不得不寻求新的方式来大幅度提升信息传输的速度与容量，以减少核与核之间的信息交流时间，提升整体的工作效率与可靠性。硅基光子学由于具有低成本、高折射率差以及与CMOS工艺兼容等优点，使得它被认为是解决这一问题最有前景的技术方案。与此同时，为了增加片上光互连中信息传输的容量，人们研究出光的多种复用方式包括：时分复用、空分复用、波分复用等等。其中波分复用技术是发展的最为成熟的复用技术，依靠多个波长的光互相独立传播的特性，增加光网络的传输容量。但由于硅基平台上的片上多个激光光源难以实现这一问题，使得波分复用技术的发展受到制约。因此，众多研究人员把目光转移到一种新的复用方式：模式复用。所谓的模式复用就是利用光纤中光的不同模态进行多路信号的传输。利用光的模式复用技术不仅可以有效增加信号的容量，还可以避免波分复用所需要的多个激光器的难题。此外，利用模式复用还可以结合其他的复用技术，可以成倍的提升信号的传输容量。
目前已经出现了各种各样模式复用器件，但模式复用技术其他方面相关的重要研究还相对较少。模式交换作为光的模式处理中一种极为重要的技术，就是将两个或多个光信号所携带的光模态相互交换，从而实现数据和信号的网络传输、交换、导流等功能。类似于波分复用系统中波长的交换功能，模式交换技术能够大量节省建网和网络升级成本，提高光网络的重构灵活性和生存性，更加灵活、有效地提高宽带利用率。
为了实现光的模式交换，华中科技大学王健等人于2015年发表了科技论文“On-chip optical mode exchange using tapered directional coupler”（ScientificReports, Vol. 5, Article number: 16072）在大量仿真的基础上提出了一种基于渐变锥的定向耦合器的模式交换器。但该方交换器中器件的尺寸较大，且效率较低。此后，2016年华中科技大学余宇等研究人员发表科技论文“On-chip data exchange for modedivision multiplexed signals”（Optics Express Vol. 24, Issue 1, pp. 528-535）提出了一种利用微环谐振器来实现光模式数据交换器，但该数据交换器只能实现特定的两种模式之间的交换（例如文章中提到TE0和TE1之间的交换），即不具备多个模式同时存在的情况下选择性地进行任意两个模式之间交换的功能，不具备大规模光网络中信息的灵活性与可重构性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，以解决光通信模式复用技术中的数据网络交换、数据导流等问题，实现器件中任意两种模式之间的交换功能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，该光模式交换器由依次相连的解复用器、微环开关阵列和复用器构成；
所述的解复用器包括多根解复用器用弯曲波导和多根依次相连的解复用器用直波导，该多根解复用器用弯曲波导的数量为该多根解复用器用直波导的数量减一，该多根解复用器用直波导的宽度依次递减，相邻解复用器用直波导通过绝热锥相连，所有解复用器用弯曲波导的宽度均与宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；多根解复用器用弯曲波导的一端与多根解复用器用直波导中除宽度最小的解复用器用直波导外的其它解复用器用直波导分别耦合，所有解复用器用弯曲波导的另一端和宽度最小的解复用器用直波导的另一端均与微环开关阵列相连；
微环开关阵列包括一个环形波导和并排设置的多根微环开关阵列用直波导，微环开关阵列用直波导数量与解复用器用直波导的数量相同，环形波导与多根微环开关阵列用直波导中位于最外侧的两根微环开关阵列用直波导外的其它微环开关阵列用直波导均相交，环形波导与多根微环开关阵列用直波导中位于最外侧的微环开关阵列用直波导之间均设有微环谐振器，环形波导与相交的微环开关阵列用直波导围成的每个区域内均设有微环谐振器，所有微环谐振器与微环开关阵列用直波导的耦合间距都相同，所有微环谐振器的大小和宽度均相同，微环开关阵列用直波导中一根直波导的一端与解复用器用直波导中宽度最小的直波导的另一端相连，微环开关阵列用直波导中其余直波导的一端与解复用器用弯曲波导的另一端分别相连，所有微环开关阵列用直波导的另一端均与复用器相连；
复用器包括多根复用器用弯曲波导和多根依次相连的复用器用直波导，复用器用弯曲波导的数量与解复用器用弯曲波导的数量相同，复用器用直波导的数量与解复用器用直波导的数量相同，该多根复用器用直波导的宽度依次递减，相邻复用器用直波导通过绝热锥相连，所有复用器用弯曲波导的宽度和宽度最小的复用器用直波导的宽度均与宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；多根复用器用弯曲波导的一端与多根复用器用直波导中除宽度最小的复用器用直波导外的其它复用器用直波导分别耦合，所有复用器用弯曲波导的另一端和宽度最小的复用器用直波导的另一端与微环开关阵列用直波导的另一端分别相连。
微环开关阵列中所有微环开关阵列用直波导的宽度和所有微环谐振器的宽度均与解复用器中宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；复用器中宽度最小的复用器用直波导的宽度和所有复用器用弯曲波导的宽度均与解复用器中宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同。
本发明可重构任意光模式交换器是利用相对简单的结构将传统波分复用技术中波长交换的概念借鉴到了最新的光模式复用技术中，可以实现高速大容量的数据交换、信息导流和复杂信息处理等功能。发生模式交换的原理是结合模式耦合的折射率匹配条件，在同一时刻内发生两次模式的相互转换，以达到交换的目的。另外，本发明交换器具有可重构的特性，只需增加输入波导的模式数量，改变相应微环的数量即可实现任意两个模式之间的交换功能。另一方面，在制作工艺上，本发明结合成熟的CMOS工艺，使得器件低功耗，低成本，便于与电学元件集成，以期望本发明在光通信、光网络及光子计算机中发挥重要的作用。
附图说明
图1是模式交换在光网络系统的作用示意图。
图2是本发明可重构任意光模式交换器的结构示意图。
图3是本发明可重构任意光模式交换器的基本原理图
图4是本发明以4个模式为例的一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器的结构示意图。
图5是图4所示光模式交换器中解复用器的示意图。
图6是图4所示光模式交换器中微环开关阵列的示意图。
图7是图4所示光模式交换器中复用器的示意图。
图8是本发明中硅基热光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。
图9是本发明中硅基电光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。
图10是硅基微环谐振器在热光调制下直通端的光谱响应曲线。
图中：1.解复用器，2.微环开关阵列，3.复用器，1-1.第一直波导，1-2.第二直波导，1-3.第三直波导，1-4.第四直波导，1-5.第一弯曲波导，1-6.第二弯曲波导，1-7.第三弯曲波导，2-1.第五直波导，2-2.第六直波导，2-3.第七直波导，2-4.第八直波导，2-5.环形波导，3-1.第九直波导，3-2.第十直波导，3-3.第十一直波导，3-4.第十二直波导，3-5.第四弯曲波导，3-6.第五弯曲波导，3-7.第六弯曲波导。
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。
模式交换在光网络系统中的作用示意图，如图1所示。在光网络系统中，模式一（Mode1）携带有信号一的光向前传输，模式二（Mode2）携带有信号二的光向前传输，若模式不发生交换（图1上半部分，标有“Off”），则用户在接收端得到的信号是载有信号一的模式一的光以及载有信号二的模式二的光，和输入的信号一模一样；若发生模式交换作用（图1下半部分，标有“On”），则在接收端可以接收到载有信号一的模式二的光以及载有信号二的模式一的光，而且可以根据用户需求选择性的发生交换与不交换，这无疑大大增加了网络资源的可利用性与灵活性。
本发明提供了一种如图2所示的可重构任意光模式交换器，它的基本功能是解决光网络系统的数据网络交换、数据导流等问题，实现n个模式中任意两种模式之间的交换，提升网络资源的利用率，增加网络的灵活性。该可重构任意光模式交换器的基本原理图，如图3所示，从输入端输入的任意两种模式，在经过解复用器后，被解复用成基模TE0信号继续往前传输，TE0模式在微环开关阵列中传输的时候，会被特定的谐振微环下载至指定的波导，通过复用器的作用，转换为指定的模式从输出波导输出。由于每次有两个微环发生谐振，参与谐振的两路信号是同时被下载至指定波导中的，因此两个模式在输出时刚好能够发生模式转换作用。
从原理上讲，本发明可以实现n个模式中任意两种模式的交换，为了方便说明，下面以4个模式的情况为例，简要说明本发明交换器的工作原理。
如图4所示，本发明可重构任意光模式交换器一种实施例的结构，该实施例为4个模式，由依次相连的解复用器1、微环开关阵列2和复用器3构成。
图5所示为解复用器1的结构，包括第一弯曲波导1-5、第二弯曲波导1-6、第三弯曲波导1-7以及依次相连的第一直波导1-1、第二直波导1-2、第三直波导1-3和第四直波导1-4；第一直波导1-1的宽度大于第二直波导1-2的宽度，第二直波导1-2的宽度大于第三直波导1-3的宽度，第三直波导1-3的宽度大于第四直波导1-4的宽度。第一弯曲波导1-5的宽度、第二弯曲波导1-6的宽度、第三弯曲波导1-7的宽度和第四直波导1-4的宽度相同；相邻的两根直波导通过绝热锥（Adiabatic Taper）相连。
第一弯曲波导1-5的一端与第一直波导1-1耦合，第二弯曲波导1-6的一端与第二直波导1-2耦合，第三弯曲波导1-7的一端与第三直波导1-3耦合，第一弯曲波导1-5的另一端、第二弯曲波导1-6的另一端、第三弯曲波导1-7的另一端和第四直波导1-4的另一端均与微环开关阵列2相连。
解复用器1是基于定向耦合器结构实现的。
图6所示的微环开关阵列2，包括环形波导2-5以及并排设置的第五直波导2-1、第六直波导2-2、第七直波导2-3和第八直波导2-4；环形波导2-5分别与第六直波导2-2和第七直波导2-3相交，环形波导2-5与第五直波导2-1之间设有微环谐振器R0，环形波导2-5与第六直波导2-2围成的区域内设有微环谐振器R1，环形波导2-5、第六直波导2-2和第七直波导2-3围成的区域内设有微环谐振器R2，环形波导2-5与第八直波导2-4之间设有微环谐振器R3。微环谐振器R0、微环谐振器R1、微环谐振器R2和微环谐振器R3的大小和宽度均相同，且所有微环谐振器与直波导的耦合间距都相同，微环谐振器和环形波导2-5的耦合间距适中，使得各个微环谐振器处于最佳耦合状态。第五直波导2-1的宽度、第六直波导2-2的宽度、第七直波导2-3的宽度、第八直波导2-4的宽度、环形波导2-5的宽度和所有微环谐振器（R0、R1、R2、R3）的宽度均与第四直波导1-4的宽度相同。第五直波导2-1的一端与第二弯曲波导1-6的另一端相连，第六直波导2-2的一端与第四直波导1-4的另一端相连，第七直波导2-3的一端与第三弯曲波导1-7的另一端相连，第八直波导2-4的一端与第一弯曲波导1-5的另一端相连。
图7所示的复用器3，包括第四弯曲波导3-5、第五弯曲波导3-6、第六弯曲波导3-7以及依次相连的第九直波导3-1、第十直波导3-2、第十一直波导3-3和第十二直波导3-4，相邻的直波导之间通过绝热锥相连；第九直波导3-1的宽度小于第十直波导3-2的宽度，第十直波导3-2的宽度小于第十一直波导3-3的宽度，第十一直波导3-3的宽度小于第十二直波导3-4的宽度。第四弯曲波导3-5的宽度、第五弯曲波导3-6的宽度、第六弯曲波导3-7的宽度、第九直波导3- 1的宽度均与第四直波导1-4的宽度相同。
第四弯曲波导3-5的另一端与第七直波导2-3的另一端相连，第五弯曲波导3-6的另一端与第五直波导2-1的另一端相连，第六弯曲波导3-7的另一端与第八直波导2-4的另一端相连，第九直波导3-1的另一端与第七直波导2-3的另一端相连。
解复用器1和复用器3中用来连接不同宽度直波导的绝热锥（Adiabatic Taper），是从窄波导的宽度线性渐变为宽波导的宽度的梯形波导区域，并且绝热锥足够长，这样绝热锥波导侧边的扩展慢于光模式的衍射扩展，因此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。
图4所示的光模式交换器中的微环开关阵列2由四个微环谐振器（R0、R1、R2、R3）、一个环形波导和四根直波导组合而成，所有微环谐振器与直波导的耦合间距都相同，微环谐振器在完成上下载功能时能满足最佳耦合条件。在每个微环谐振器上都有相对应的电压调谐信号，可以通过产生热量或者改变材料中的载流子浓度来改变微环谐振器的群折射率从而改变微环谐振器的谐振波长，实现动态滤波。
下面结合附图详细说明本发明光模式交换器的工作原理：
本发明光模式交换器的功能是输入的同一波长的n个模式，可以选择性的对其中任意两种模式进行交换操作。例如图4所示，在输入端输入同一波长的4个模式TE0、TE1、TE2、TE3，在经过解复用器1之后，会发生模式的转换作用，其具体过程为：第一直波导1-1中传播的TE3模式与第一弯曲波导1-5所支持的TE0模式满足折射率匹配条件（即N eff1 =N eff2 ），因此，第一直波导1-1中的TE3模式能够耦合进入第一弯曲波导1-5中并被转换为基模TE0继续传播；同理，第二直波导1-2中的TE2模式能够耦合进入第二弯曲波导1-6中并被转换为基模TE0继续传播。因此最终进入微环开关阵列2中的所有模式都是基模TE0。在微环开关阵列2中传输的基模TE0，转换为何种模式主要取决于哪两个微环谐振器发生谐振作用。例如：若微环谐振器R0和微环谐振器R1谐振，那么来自于第二弯曲波导1-6中的光经过微环谐振器R0的下载后进入环形波导2-5中，在继续传播的过程中被微环谐振器R1的下载之后会耦合到第九直波导3-1中，转换为TE0模式；与此同时，来自于第四直波导1-4的基模TE0的光信号依次经过微环谐振器R1、微环谐振器R0的下载之后会耦合到第五弯曲波导3-6中，转换为TE2模式。因此，就发生了TE0模式与TE2模式的之间数据的互相交换。依照这一原理，TE0，TE1，TE2，TE3中任意的两个模式之间都可以发生互相交换作用。其模式交换与各个微环谐振的对应关系如表1所示：
表1 模式交换与各个微环谐振的关系
Figure 182934DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，四个微环谐振器R0，R1，R2，R3中，每次控制两个微环发生谐振作用，可以包括所有的模式交换形式。因此，在输入端输入4个模式之后，只需要根据表1控制其中的两个微环谐振，即可完成对应的模式发生交换作用，而其它模式保持原有状态输出。这无疑大大增加了光网络中数据资源利用的灵活性与可操作性。此外，若把本发明光模式交换器的结构从4个模式的复用器/解复用器拓展为n个模式，相应的在微环开关阵列2中增加微环谐振器的数量，即可实现对n个模式中任意两种模式进行选择性的交换，充分体现出了本发明光模式交换器的可重构特性。
本发明可重构任意光模式交换器中控制微环是否发生谐振作用是通过对微环进行调谐来完成的，调谐电极可以为热调制机构或电调制机构。硅基热光调制的微环谐振器或直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dSiO2；工作时对调谐电极施加一定电压，由于电流焦耳效应会使得电极材料迅速发热，产生的热通过传导的形式加热Si波导，从而改变波导的有效折射率，达到调制的效果。硅基电光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构如图9所示。在脊型波导两侧进行掺杂，分别形成P+区和N+区，中间未掺杂部分为本征硅材料。工作时通过施加一定电压，在电场的作用下会发生载流子的迁移作用，两侧的电子和空穴注入到中间本征硅区域，从而可以迅速的改变波导的有效折射率。
本发明模式交换器中使用的带热调制机构或电调制机构的微环谐振器，在信号传输速率（M量级以下）要求不高的情况下可以采用热光调制，在高速（G量级）传输系统需要采用电光调制。如图10所示的是热光调制下微环谐振器直通端的光谱响应图。在无任何施加电压时，微环的谐振波长为λ0（左侧实线曲线），若此时工作波长也是λ0，则微环处于谐振状态，光可以被下载至微环中；若施加电压△V，微环外侧的加热材料会由于电流的热效应升高温度，从而改变微环谐振器的折射率，造成谐振波长发生红移，如图10所示的右侧虚线曲线，其谐振波长从之前的λ0处偏移至λ0+△λ处，此时，在工作波长λ0处微环不再是谐振状态，光信号不能微环谐振器下载。
本发明可重构任意光模式交换器可以采用SOI、SiN和Ⅲ-Ⅴ族材料实现。本发明是基于SOI材料实现的，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，使得器件成本低、功耗低、可重构特性好，便于与电学元件集成。本发明基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器之所以具有这些优点，与它所采用的材料属性及器件工作原理关系密切。
本发明模式交换器具有良好的可重构特性，只需增加输入的模式数量以及相应增加微环的数量，即可实现输入的n个模式中任意两种模式之间的交换功能，以解决光网络系统的数据网络交换、数据导流等问题，提升光网络系统中资源的利用率与灵活性。

Claims (6)

1.一种基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，其特征在于，该光模式交换器由依次相连的解复用器（1）、微环开关阵列（2）和复用器（3）构成；
所述的解复用器（1）包括多根解复用器用弯曲波导和多根依次相连的解复用器用直波导，该多根解复用器用弯曲波导的数量为该多根解复用器用直波导的数量减一，该多根解复用器用直波导的宽度依次递减，相邻解复用器用直波导通过绝热锥相连，所有解复用器用弯曲波导的宽度均与宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；多根解复用器用弯曲波导的一端与多根解复用器用直波导中除宽度最小的解复用器用直波导外的其它解复用器用直波导分别耦合，所有解复用器用弯曲波导的另一端和宽度最小的解复用器用直波导的另一端均与微环开关阵列（2）相连；
微环开关阵列（2）包括一个环形波导和并排设置的多根微环开关阵列用直波导，微环开关阵列用直波导数量与解复用器用直波导的数量相同，环形波导与多根微环开关阵列用直波导中位于最外侧的两根微环开关阵列用直波导外的其它微环开关阵列用直波导均相交，环形波导与多根微环开关阵列用直波导中位于最外侧的微环开关阵列用直波导之间均设有微环谐振器，环形波导与相交的微环开关阵列用直波导围成的每个区域内均设有微环谐振器，所有微环谐振器与微环开关阵列用直波导的耦合间距都相同，所有微环谐振器的大小和宽度均相同，微环开关阵列用直波导中一根直波导的一端与解复用器用直波导中宽度最小的直波导的另一端相连，微环开关阵列用直波导中其余直波导的一端与解复用器用弯曲波导的另一端分别相连，所有微环开关阵列用直波导的另一端均与复用器（3）相连；其中一条位于最外侧的两根微环开关阵列用直波导和与其相邻的微环开关阵列用直波导之间的环形波导自身形成交叉结构，使经过微环谐振器耦合输入该其中一条位于最外侧的两根微环开关阵列用直波导的光信号能够进入复用器（3）；
复用器（3）包括多根复用器用弯曲波导和多根依次相连的复用器用直波导，复用器用弯曲波导的数量与解复用器用弯曲波导的数量相同，复用器用直波导的数量与解复用器用直波导的数量相同，该多根复用器用直波导的宽度依次递减，相邻复用器用直波导通过绝热锥相连，所有复用器用弯曲波导的宽度和宽度最小的复用器用直波导的宽度均与宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；多根复用器用弯曲波导的一端与多根复用器用直波导中除宽度最小的复用器用直波导外的其它复用器用直波导分别耦合，所有复用器用弯曲波导的另一端和宽度最小的复用器用直波导的另一端与微环开关阵列用直波导的另一端分别相连。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，其特征在于，微环开关阵列（2）中所有微环开关阵列用直波导的宽度和所有微环谐振器的宽度均与解复用器（1）中宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同；复用器（3）中宽度最小的复用器用直波导的宽度和所有复用器用弯曲波导的宽度均与解复用器（1）中宽度最小的解复用器用直波导的宽度相同。
3.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，其特征在于，所述的解复用器（1）包括第一弯曲波导（1-5）、第二弯曲波导（1-6）、第三弯曲波导（1-7）以及依次相连的第一直波导（1-1）、第二直波导（1-2）、第三直波导（1-3）和第四直波导（1-4）；第一直波导（1-1）的宽度大于第二直波导（1-2）的宽度，第二直波导（1-2）的宽度大于第三直波导（1-3）的宽度，第三直波导（1-3）的宽度大于第四直波导（1-4）的宽度；第一弯曲波导（1-5）的宽度、第二弯曲波导（1-6）的宽度、第三弯曲波导（1-7）的宽度和第四直波导（1-4）的宽度相同；
第一弯曲波导（1-5）的一端与第一直波导（1-1）耦合，第二弯曲波导（1-6）的一端与第二直波导（1-2）耦合，第三弯曲波导（1-7）的一端与第三直波导（1-3）耦合，第一弯曲波导（1-5）的另一端、第二弯曲波导（1-6）的另一端、第三弯曲波导（1-7）的另一端和第四直波导（1-4）的另一端均与微环开关阵列（2）相连；
微环开关阵列（2）包括环形波导（2-5）以及并排设置的第五直波导（2-1）、第六直波导（2-2）、第七直波导（2-3）和第八直波导（2-4）；环形波导（2-5）分别与第六直波导（2-2）和第七直波导（2-3）相交，环形波导（2-5）与第五直波导（2-1）之间设有微环谐振器R0，环形波导（2-5）与第六直波导（2-2）围成的区域内设有微环谐振器R1，环形波导（2-5）、第六直波导（2-2）和第七直波导（2-3）围成的区域内设有微环谐振器R2，环形波导（2-5）与第八直波导（2-4）之间设有微环谐振器R3；微环谐振器R0、微环谐振器R1、微环谐振器R2和微环谐振器R3的大小和宽度均相同，且所有微环谐振器与直波导的耦合间距都相同，第五直波导（2-1）的宽度、第六直波导（2-2）的宽度、第七直波导（2-3）的宽度、第八直波导（2-4）的宽度、环形波导（2-5）的宽度和所有微环谐振器的宽度均与第四直波导（1-4）的宽度都相同；第五直波导（2-1）的一端与第二弯曲波导（1-6）的另一端相连，第六直波导（2-2）的一端与第四直波导（1-4）的另一端相连，第七直波导（2-3）的一端与第三弯曲波导（1-7）的另一端相连，第八直波导（2-4）的一端与第一弯曲波导（1-5）的另一端相连；
复用器（3）包括第四弯曲波导（3-5）、第五弯曲波导（3-6）、第六弯曲波导（3-7）以及依次相连的第九直波导（3-1）、第十直波导（3-2）、第十一直波导（3-3）和第十二直波导（3-4），第九直波导（3-1）的宽度小于第十直波导（3-2）的宽度，第十直波导（3-2）的宽度小于第十一直波导（3-3）的宽度，第十一直波导（3-3）的宽度小于第十二直波导（3-4）的宽度。
4.第四弯曲波导（3-5）的宽度、第五弯曲波导（3-6）的宽度、第六弯曲波导（3-7）的宽度、第九直波导（3-1）的宽度均与第四直波导（1-4）的宽度相同；
第四弯曲波导（3-5）的另一端与第七直波导（2-3）的另一端相连，第五弯曲波导（3-6）的另一端与第五直波导（2-1）的另一端相连，第六弯曲波导（3-7）的另一端与第八直波导（2-4）的另一端相连，第九直波导（3-1）的另一端与第七直波导（2-3）的另一端相连；
依次相连的多根直波导中相邻直波导之间通过绝热锥相连。
5.根据权利要求1或3所述的基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，其特征在于，解复用器（1）和复用器（3）中用来连接不同宽度直波导的绝热锥是从窄波导的宽度线性渐变为宽波导的宽度的梯形波导区域，并且绝热锥足够长，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。
6.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构任意光模式交换器，其特征在于，所有的微环谐振器为带热调制机构或电调制机构的微环谐振器，采用绝缘体上的硅SOI材料制备。
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