CN111443430B - 一种同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，包括基底、第一缓冲层、第一波导层、第二波导层和第二缓冲层，第一缓冲层覆盖在基底的上表面上，第一波导层覆盖在第一缓冲层的上表面，第二缓冲层覆盖在第一波导层的上表面，第二波导层设置在第一波导层的上表面上且嵌入第二缓冲层内，第二波导层包括9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列，每个Y分叉分别具有主干端口、第一分叉端口和第二分叉端口，每个串联耦合微环谐振器阵列分别由20个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器按照5行4列方式排布形成；优点是应用于光网络时，能够灵活且分配信道带宽和动态调度波长与模式，提高带宽的利用率以及光网络整体的传输性能。

Description

一种同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关

技术领域

本发明涉及一种光开关，尤其是涉及一种同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关。

背景技术

随着新兴的对带宽需求不断增加的应用程序的发展，网络流量正在快速增长，而由于网络传输需求的快速增长，光网络需要进行更新以提高频谱传输速率和传输容量。光通信网络主要向大容量、智能化和IP化三个方向发展，在当前的信息传输需求下，传统的波分复用网络(WDM)虽然在高速传输方面具有较大的优势，但是其波长的通道间隔是固定的，一般为50GHz，这与传输总量日益增加、传输信号速率越来越快的现代通信网络相矛盾，也会造成严重的频谱资源浪费，所以根据业务需求分配频谱资源、打破固定栅格的弹性光网络被提出。与WDM网络相比，弹性光网络具有频谱资源分片、频谱资源聚合、频谱资源弹性可变和支持多速率传输，其中可支持多速率传输是指在同一光平台上可实现不同容量和形式来支持数据传输业务的快速增长，即可实现数据传输在10Gbps到1Tbps之间。与网络信道分配相关的弹性光网络可以有效利用频谱资源，将模式或纤芯用作独立并行数据传输通道的空分复用技术可以进一步扩展数据容量。空分复用技术有两种形式，一种为多个单模波导组成的多芯波导结构，一种为多模波导的模分复用技术，其通过将数据加载到不同的波导或正交模式上，使得单个收发器带宽不变的前提下有效地提高了总传输容量。因此，弹性光网络和空分复用技术的结合为满足日益增长的带宽需求提供了一种可行的解决方案，而可以灵活且独立分配光谱和空间资源的带宽可调模式波长选择光开关被视为组成此类光网络中的关键器件。

近年来，由于与CMOS制造工艺的兼容性，基于SOI平台的带宽可调模式波长选择光开关获得了越来越多的关注。迄今为止，已经报道了许多实现模式波长选择光开关，如已经证明了一种硅基多模1×2开关，它支持由两个波长的两种横向电模式组成的四个传输通道，主干部分由模式复用器、模式解复用器和微环谐振器组成；为了拥有分插功能，有人提出并演示了基于硅基微环谐振器和马赫-增德尔干涉仪的2×2开关阵列组成的模式波长选择光开关，该结构还支持两个模式通道和两个传输通道。但是，上述硅基多模1×2开关和2×2开关阵列组成的模式波长选择光开关均只能输出固定带宽的模式波长信号，带宽的大小不能随传输需求的变化而改变，因此导致带宽的利用率很低。

鉴此，设计一种同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关，能够灵活且分配信道带宽和动态调度波长与模式，对于提高带宽的利用率以及光网络整体的传输性能有着重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，该光开关应用于光网络时，能够提高带宽的利用率以及光网络整体的传输性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，包括基底、第一缓冲层、第一波导层、第二波导层和第二缓冲层，所述的基底为矩形，所述的第一缓冲层覆盖在所述的基底的上表面上将所述的基底的上表面完全盖住，所述的第一波导层覆盖在所述的第一缓冲层的上表面上将所述的第一缓冲层的上表面完全盖住，所述的第二缓冲层覆盖在所述的第一波导层的上表面上将所述的第一波导层的上表面完全盖住，所述的第二波导层设置在所述的第一波导层的上表面上且嵌入第二缓冲层内，所述的第二波导层包括9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列，每个所述的Y分叉分别具有主干端口、第一分叉端口和第二分叉端口；每个所述的串联耦合微环谐振器阵列分别由20个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器按照5行4列方式排布形成，每个所述的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器分别具有输入端、直通端、加载端和下载端，所述的串联耦合微环谐振器阵列中，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的输入端，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端和位于第2行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，m＝1，2，3，4，位于第k行第j列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端和位于第k行第j+1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的加载端连接，k＝2，3，4，5，j＝1，2，3，位于第2行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端，位于第3行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端，位于第4行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端，位于第h行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第h+1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，h＝2，3，4，位于第5行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端，位于第5行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端，位于第5行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端；将9个所述的Y分叉分别称为第一Y分叉、第二Y分叉、第三Y分叉、第四Y分叉、第五Y分叉、第六Y分叉、第七Y分叉、第八Y分叉和第九Y分叉，将两个所述的串联耦合微环谐振器阵列分别称为第一串联耦合微环谐振器阵列和第二串联耦合微环谐振器阵列，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的输入端和所述的第一Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的输入端和所述的第一Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端和所述的第二Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端和所述的第二Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端和所述的第三Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端和所述的第三Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端和所述的第四Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端和所述的第四Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端和所述的第五Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端和所述的第五Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端和所述的第六Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端和所述的第六Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端和所述的第七Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端和所述的第七Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端和所述的第八Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端和所述的第八Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端和所述的第九Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端和所述的第九Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一Y分叉的主干端口为所述的光开关的输入端，所述的第二Y分叉的主干端口为所述的光开关的第一输出端，所述的第三Y分叉的主干端口为所述的光开关的第二输出端，所述的第四Y分叉的主干端口为所述的光开关的第三输出端，所述的第五Y分叉的主干端口为所述的光开关的第四输出端，所述的第六Y分叉的主干端口为所述的光开关的第五输出端，所述的第七Y分叉的主干端口为所述的光开关的第六输出端，所述的第八Y分叉的主干端口为所述的光开关的第七输出端，所述的第九Y分叉的主干端口为所述的光开关的第八输出端；所述的第二缓冲层上设置有9个第一电极组和40个第二电极组，每个所述的第一电极组分别包括至少一个第一电极，每个所述的第二电极组分别包括至少一个第二电极，9个所述的第一电极组与9个所述的Y分叉一一对应，每个所述的第一电极组通电后用于对与其对应的Y分叉进行加热，使该Y分叉处于模式分离状态，40个所述的第二电极组与两个串联耦合微环谐振器阵列包括的40个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器一一对应，每个所述的第二电极组通电后用于对与其对应的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器进行加热，使该带干涉耦合的串联耦合微环谐振器处于可调谐的干涉耦合状态，所述的第一电极和所述的第二电极的材料均为氮化钛。

每个所述的Y分叉分别包括第一直波导、第一S型弯曲波导和第二S型弯曲波导，将所述的第一直波导的长度方向定义为左右方向，将所述的第一直波导的宽度方向定义为前后方向，所述的第一直波导的左端为所述的Y分叉的主干端口，所述的第一直波导的右端分别与所述的第一S型弯曲波导的左端和所述的第二S型弯曲波导的左端连接，所述的第一S型弯曲波导的右端为所述的Y分叉的第一分叉端口，所述的第二S型弯曲波导的右端为所述的Y分叉的第二分叉端口，所述的第一S型弯曲波导和所述的第二S型弯曲波导相对于所述的第一直波导的中心轴线所在直线对称。该结构能够保证Y分叉结构的低插入损耗和低模式串扰。

所述的第一直波导的长度为2um，宽度为900nm，高度为160nm，所述的第一S型弯曲波导的左端面所在平面到所述的第一S型弯曲波导的右端面所在平面之间的距离为122um，所述的第一S型弯曲波导的最前端所在平面到所述的第一S型弯曲波导的最后端所在平面之间的距离为1.325um，所述的第一S型弯曲波导的宽度为450nm，所述的第一S型弯曲波导的高度为160nm，所述的第一S型弯曲波导的右端和所述的第二S型弯曲波导的右端之间的间距为1.52um。该结构中，通过尺寸的匹配，保证Y分叉结构具有较低的插入损耗。

每个所述的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器分别包括第三直波导、第四直波导、第一环形波导和第二环形波导，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导左右间隔并行设置，所述的第一环形波导的尺寸与所述的第二环形波导的尺寸完全相同，所述的第三直波导的一端位于所述的第一环形波导的前侧，所述的第三直波导的另一端位于所述的第一环形波导的后侧，所述的第三直波导的中部向所述的第一环形波导的左侧弯曲后位于所述的第一环形波导的外侧，所述的第三直波导的中部弯曲后与所述的第一环形波导之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在所述的第一环形波导上形成的圆心夹角为90度，所述的第四直波导的一端位于所述的第二环形波导的前侧，所述的第四直波导的另一端位于所述的第二环形波导的后侧，所述的第四直波导的中部向所述的第二环形波导的右侧弯曲后位于所述的第二环形波导的外侧，所述的第四直波导的中部弯曲后与所述的第二环形波导之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在所述的第二环形波导上形成的圆心夹角为90度。

所述的第三直波导的宽度为450nm，所述的第三直波导的高度为160nm，第四直波导的宽度为450nm，所述的第四直波导的高度为160nm，所述的第三直波导的中部向所述的第一环形波导的左侧弯曲部分的长度为37.47um，所述的第四直波导的中部向所述的第二环形波导的右侧弯曲部分的长度为37.47um，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导的内径均为9.775um，外径均为10.225um，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导之间的间距为380nm；所述的第三直波导与所述的第一环形波导外侧的最短间距为195nm，所述的第四直波导与所述的第二环形波导外侧的最短间距为195nm。该结构中，第一环形波导和第二环形波导之间的间距为380nm，第三直波导与第一环形波导外侧的最短间距为195nm，第四直波导与第二环形波导外侧的最短间距为195nm，可以得到灵活可调的耦合系数，支持0.1nm-0.8nm的通道波长间隔。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列构成第二波导层，使第二波导层具有简单紧凑的结构，在9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列结构的配合下，同时满足了光开关的模式和波长选择功能和带宽可调的特性，且在单位面积内既增加光信号的传输容量又使得光信号得以灵活传输，具有第一输出端至第八输出端这八个输出端口，保证了输出的低插入损耗和带宽可调特性，使得光开关的输出更灵活，由此本发明的光开关应用于光网络时，能够提高光网络的带宽利用率以及整体的传输性能。

附图说明

图1为本发明的同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关的立体图；

图2为本发明的同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关的第二波导层的俯视图；

图3为本发明的同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关的第二波导层中Y分叉的俯视图；

图4为本发明的同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关的第二波导层中带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的结构图；

图5为在第一双串联耦合微环谐振器阵列中位于第1行和第2行的所有带干涉耦合的双串联耦合微环谐振器全部处于可调谐的干涉耦合状态工作的情况下，第二串联耦合微环谐振器阵列全部不工作时，本发明的同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关的输出状态曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1和图2所示，一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，包括基底1、第一缓冲层2、第一波导层3、第二波导层和第二缓冲层4，基底1为矩形，第一缓冲层2覆盖在基底1的上表面上将基底1的上表面完全盖住，第一波导层3覆盖在第一缓冲层2的上表面上将第一缓冲层2的上表面完全盖住，第二缓冲层4覆盖在第一波导层3的上表面上将第一波导层3的上表面完全盖住，第二波导层设置在第一波导层3的上表面上且嵌入第二缓冲层4内，第二波导层包括9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列，每个Y分叉分别具有主干端口、第一分叉端口和第二分叉端口；每个串联耦合微环谐振器阵列分别由20个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5按照5行4列方式排布形成，每个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5分别具有输入端、直通端、加载端和下载端，串联耦合微环谐振器阵列中，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端为串联耦合微环谐振器阵列的输入端，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端和位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端连接，位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端和位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端连接，位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端和位于第1行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端连接，位于第1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端和位于第2行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端连接，m＝1，2，3，4，位于第k行第j列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端和位于第k行第j+1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的加载端连接，k＝2，3，4，5，j＝1，2，3，位于第2行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端为串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端，位于第3行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端为串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端，位于第4行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端为串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的下载端为串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端，位于第h行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端和位于第h+1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的输入端连接，h＝2，3，4，位于第5行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端为串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端，位于第5行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端为串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端，位于第5行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端为串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5的直通端为串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端；将9个Y分叉分别称为第一Y分叉6、第二Y分叉7、第三Y分叉8、第四Y分叉9、第五Y分叉10、第六Y分叉11、第七Y分叉12、第八Y分叉13和第九Y分叉14，将两个串联耦合微环谐振器阵列分别称为第一串联耦合微环谐振器阵列15和第二串联耦合微环谐振器阵列16，第一串联耦合微环谐振器阵列15的输入端和第一Y分叉6的第一分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的输入端和第一Y分叉6的第二分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第一输出端和第二Y分叉7的第一分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第五输出端和第二Y分叉7的第二分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第二输出端和第三Y分叉8的第一分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第六输出端和第三Y分叉8的第二分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第三输出端和第四Y分叉9的第一分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第七输出端和第四Y分叉9的第二分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第四输出端和第五Y分叉10的第一分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第八输出端和第五Y分叉10的第二分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第五输出端和第六Y分叉11的第二分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第一输出端和第六Y分叉11的第一分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第六输出端和第七Y分叉12的第二分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第二输出端和第七Y分叉12的第一分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第七输出端和第八Y分叉13的第二分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第三输出端和第八Y分叉13的第一分叉端口连接，第一串联耦合微环谐振器阵列15的第八输出端和第九Y分叉14的第二分叉端口连接，第二串联耦合微环谐振器阵列16的第四输出端和第九Y分叉14的第一分叉端口连接，第一Y分叉6的主干端口为光开关的输入端，第二Y分叉7的主干端口为光开关的第一输出端，第三Y分叉8的主干端口为光开关的第二输出端，第四Y分叉9的主干端口为光开关的第三输出端，第五Y分叉10的主干端口为光开关的第四输出端，第六Y分叉11的主干端口为光开关的第五输出端，第七Y分叉12的主干端口为光开关的第六输出端，第八Y分叉13的主干端口为光开关的第七输出端，第九Y分叉14的主干端口为光开关的第八输出端；第二缓冲层4上设置有9个第一电极组17和40个第二电极组18，每个第一电极组17分别包括至少一个第一电极，每个第二电极组18分别包括至少一个第二电极，9个第一电极组17与9个Y分叉一一对应，每个第一电极组17通电后用于对与其对应的Y分叉进行加热，使该Y分叉处于模式分离状态，40个第二电极组18与两个串联耦合微环谐振器阵列包括的40个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5一一对应，每个第二电极组18通电后用于对与其对应的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5进行加热，使该带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5处于可调谐的干涉耦合状态，第一电极和第二电极的材料均为氮化钛。

本实施例中，如图3所示，每个Y分叉分别包括第一直波导19、第一S型弯曲波导20和第二S型弯曲波导21，将第一直波导19的长度方向定义为左右方向，将第一直波导19的宽度方向定义为前后方向，第一直波导19的左端为Y分叉的主干端口，第一直波导19的右端分别与第一S型弯曲波导20的左端和第二S型弯曲波导21的左端连接，第一S型弯曲波导20的右端为Y分叉的第一分叉端口，第二S型弯曲波导21的右端为Y分叉的第二分叉端口，第一S型弯曲波导20和第二S型弯曲波导21相对于第一直波导19的中心轴线所在直线对称。

本实施例中，第一直波导19的长度为2um，宽度为900nm，高度为160nm，第一S型弯曲波导20的左端面所在平面到第一S型弯曲波导20的右端面所在平面之间的距离为122um，第一S型弯曲波导20的最前端所在平面到第一S型弯曲波导20的最后端所在平面之间的距离为1.325um，第一S型弯曲波导20的宽度为450nm，第一S型弯曲波导20的高度为160nm，第一S型弯曲波导20的右端和第二S型弯曲波导21的右端之间的间距为1.52um。

本实施例中，如图4所示，每个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器5分别包括第三直波导22、第四直波导23、第一环形波导24和第二环形波导25，第一环形波导24和第二环形波导25左右间隔并行设置，第一环形波导24的尺寸与第二环形波导25的尺寸完全相同，第三直波导22的一端位于第一环形波导24的前侧，第三直波导22的另一端位于第一环形波导24的后侧，第三直波导22的中部向第一环形波导24的左侧弯曲后位于第一环形波导24的外侧，第三直波导22的中部弯曲后与第一环形波导24之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在第一环形波导24上形成的圆心夹角为90度，第四直波导23的一端位于第二环形波导25的前侧，第四直波导23的另一端位于第二环形波导25的后侧，第四直波导23的中部向第二环形波导25的右侧弯曲后位于第二环形波导25的外侧，第四直波导23的中部弯曲后与第二环形波导25之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在第二环形波导25上形成的圆心夹角为90度。

本实施例中，第三直波导22的宽度为450nm，第三直波导22的高度为160nm，第四直波导23的宽度为450nm，第四直波导23的高度为160nm，第三直波导22的中部向第一环形波导24的左侧弯曲部分的长度为37.47um，第四直波导23的中部向第二环形波导25的右侧弯曲部分的长度为37.47um，第一环形波导24和第二环形波导25的内径均为9.775um，外径均为10.225um，第一环形波导24和第二环形波导25之间的间距为380nm；第三直波导22与第一环形波导24外侧的最短间距为195nm，第四直波导23与第二环形波导25外侧的最短间距为195nm。

由于Y分叉具有模式选择功能，所以在第一Y分叉6的第一直波导15中我们输入TE0模式和TE1模式的光信号，在与第一Y分叉6对应的第一电极组处于工作状态时，第一Y分叉6处于模式分离状态，TE0模式的光信号将从第一S型弯曲波导17输出，TE1模式的光信号将从第二S型弯曲波导18输出。

对本发明的同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关的输出状态进行仿真。其中在第一双串联耦合微环谐振器阵列中位于第1行和第2行的所有带干涉耦合的双串联耦合微环谐振器全部处于可调谐的干涉耦合状态工作的情况下，第二串联耦合微环谐振器阵列全部不工作时，本发明的同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关的输出状态曲线图如图5所示。分析图5可知，此时本发明的同时具备模式和波长选择功能的带宽可调光开关的输出频谱的消光比为71.48dB，插入损耗为8.33dB，带宽为2.79nm，串扰为109.91dB。

Claims (5)

1.一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，其特征在于包括基底、第一缓冲层、第一波导层、第二波导层和第二缓冲层，所述的基底为矩形，所述的第一缓冲层覆盖在所述的基底的上表面上将所述的基底的上表面完全盖住，所述的第一波导层覆盖在所述的第一缓冲层的上表面上将所述的第一缓冲层的上表面完全盖住，所述的第二缓冲层覆盖在所述的第一波导层的上表面上将所述的第一波导层的上表面完全盖住，所述的第二波导层设置在所述的第一波导层的上表面上且嵌入第二缓冲层内，所述的第二波导层包括9个Y分叉和两个串联耦合微环谐振器阵列，每个所述的Y分叉分别具有主干端口、第一分叉端口和第二分叉端口；

每个所述的串联耦合微环谐振器阵列分别由20个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器按照5行4列方式排布形成，每个所述的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器分别具有输入端、直通端、加载端和下载端，所述的串联耦合微环谐振器阵列中，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的输入端，位于第1行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第1行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，位于第1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端和位于第2行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，m＝1，2，3，4，位于第k行第j列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端和位于第k行第j+1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的加载端连接，k＝2，3，4，5，j＝1，2，3，位于第2行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端，位于第3行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端，位于第4行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的下载端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端，位于第h行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端和位于第h+1行第m列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的输入端连接，h＝2，3，4，位于第5行第1列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端，位于第5行第2列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端，位于第5行第3列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端，位于第5行第4列的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器的直通端为所述的串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端；

将9个所述的Y分叉分别称为第一Y分叉、第二Y分叉、第三Y分叉、第四Y分叉、第五Y分叉、第六Y分叉、第七Y分叉、第八Y分叉和第九Y分叉，将两个所述的串联耦合微环谐振器阵列分别称为第一串联耦合微环谐振器阵列和第二串联耦合微环谐振器阵列，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的输入端和所述的第一Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的输入端和所述的第一Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端和所述的第二Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端和所述的第二Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端和所述的第三Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端和所述的第三Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端和所述的第四Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端和所述的第四Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端和所述的第五Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端和所述的第五Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第五输出端和所述的第六Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第一输出端和所述的第六Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第六输出端和所述的第七Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第二输出端和所述的第七Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第七输出端和所述的第八Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第三输出端和所述的第八Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一串联耦合微环谐振器阵列的第八输出端和所述的第九Y分叉的第二分叉端口连接，所述的第二串联耦合微环谐振器阵列的第四输出端和所述的第九Y分叉的第一分叉端口连接，所述的第一Y分叉的主干端口为所述的光开关的输入端，所述的第二Y分叉的主干端口为所述的光开关的第一输出端，所述的第三Y分叉的主干端口为所述的光开关的第二输出端，所述的第四Y分叉的主干端口为所述的光开关的第三输出端，所述的第五Y分叉的主干端口为所述的光开关的第四输出端，所述的第六Y分叉的主干端口为所述的光开关的第五输出端，所述的第七Y分叉的主干端口为所述的光开关的第六输出端，所述的第八Y分叉的主干端口为所述的光开关的第七输出端，所述的第九Y分叉的主干端口为所述的光开关的第八输出端；

所述的第二缓冲层上设置有9个第一电极组和40个第二电极组，每个所述的第一电极组分别包括至少一个第一电极，每个所述的第二电极组分别包括至少一个第二电极，9个所述的第一电极组与9个所述的Y分叉一一对应，每个所述的第一电极组通电后用于对与其对应的Y分叉进行加热，使该Y分叉处于模式分离状态，40个所述的第二电极组与两个串联耦合微环谐振器阵列包括的40个带干涉耦合的串联耦合微环谐振器一一对应，每个所述的第二电极组通电后用于对与其对应的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器进行加热，使该带干涉耦合的串联耦合微环谐振器处于可调谐的干涉耦合状态，所述的第一电极和所述的第二电极的材料均为氮化钛。

2.根据权利要求1所述的一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，其特征在于每个所述的Y分叉分别包括第一直波导、第一S型弯曲波导和第二S型弯曲波导，将所述的第一直波导的长度方向定义为左右方向，将所述的第一直波导的宽度方向定义为前后方向，所述的第一直波导的左端为所述的Y分叉的主干端口，所述的第一直波导的右端分别与所述的第一S型弯曲波导的左端和所述的第二S型弯曲波导的左端连接，所述的第一S型弯曲波导的右端为所述的Y分叉的第一分叉端口，所述的第二S型弯曲波导的右端为所述的Y分叉的第二分叉端口，所述的第一S型弯曲波导和所述的第二S型弯曲波导相对于所述的第一直波导的中心轴线所在直线对称。

3.根据权利要求2所述的一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，其特征在于所述的第一直波导的长度为2um，宽度为900nm，高度为160nm，所述的第一S型弯曲波导的左端面所在平面到所述的第一S型弯曲波导的右端面所在平面之间的距离为122um，所述的第一S型弯曲波导的最前端所在平面到所述的第一S型弯曲波导的最后端所在平面之间的距离为1.325um，所述的第一S型弯曲波导的宽度为450nm，所述的第一S型弯曲波导的高度为160nm，所述的第一S型弯曲波导的右端和所述的第二S型弯曲波导的右端之间的间距为1.52um。

4.根据权利要求2所述的一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，其特征在于每个所述的带干涉耦合的串联耦合微环谐振器分别包括第三直波导、第四直波导、第一环形波导和第二环形波导，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导左右间隔并行设置，所述的第一环形波导的尺寸与所述的第二环形波导的尺寸完全相同，所述的第三直波导的一端位于所述的第一环形波导的前侧，所述的第三直波导的另一端位于所述的第一环形波导的后侧，所述的第三直波导的中部向所述的第一环形波导的左侧弯曲后位于所述的第一环形波导的外侧，所述的第三直波导的中部弯曲后与所述的第一环形波导之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在所述的第一环形波导上形成的圆心夹角为90度，所述的第四直波导的一端位于所述的第二环形波导的前侧，所述的第四直波导的另一端位于所述的第二环形波导的后侧，所述的第四直波导的中部向所述的第二环形波导的右侧弯曲后位于所述的第二环形波导的外侧，所述的第四直波导的中部弯曲后与所述的第二环形波导之间形成两处耦合区域，且两处耦合区域在所述的第二环形波导上形成的圆心夹角为90度。

5.根据权利要求4所述的一种同时具备波长选择功能和模式选择功能的带宽可调光开关，其特征在于所述的第三直波导的宽度为450nm，所述的第三直波导的高度为160nm，第四直波导的宽度为450nm，所述的第四直波导的高度为160nm，所述的第三直波导的中部向所述的第一环形波导的左侧弯曲部分的长度为37.47um，所述的第四直波导的中部向所述的第二环形波导的右侧弯曲部分的长度为37.47um，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导的内径均为9.775um，外径均为10.225um，所述的第一环形波导和所述的第二环形波导之间的间距为380nm；所述的第三直波导与所述的第一环形波导外侧的最短间距为195nm，所述的第四直波导与所述的第二环形波导外侧的最短间距为195nm。

Images