CN113885130B - 光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统 - Google Patents

光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统，属于光通信领域。所述光波导结构，包括：层叠设置的至少两个光波导；该至少两个光波导中位于不同层的两个光波导之间设置有第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与该两个光波导物理连接。本申请提供的光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统，能够减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。

Description

光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统
技术领域
本申请涉及光通信领域，特别涉及一种光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统。
背景技术
光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。
目前提出了一种基于波导光交换技术的光波导结构，该光波导结构包括光波导以及矩阵状排列的至少两个光开关，每个光开关具有4个端口，该4个端口以2×2的方式呈“X”形交叉连接，因此也称为交叉型光开关，每个光开关的4个端口分别通过光波导与其他光开关的端口、光波导结构的输入端口或输出端口连接，如此可以在至少两个光波导所在平面产生众多光波导交叉，该光波导结构称为同层交叉型光波导，通过同层交叉型光波导的使用，实现多输入端口以及多输出端口的光波导通信，从而提高光波导结构的集成度。
但是前述光波导结构，由于通过同层交叉型光波导实现不同光波导之间光信号的传输，而光波导的交叉引入了光波导间的串扰，导致该光波导结构的插损较大。
发明内容
本申请实施例提供了一种光波导结构及制造方法、光波导模块、光交换设备及系统。该技术方案如下：
一方面，提供了一种光波导结构，包括：层叠设置的至少两个光波导，该至少两个光波导包括第一光波导和第二光波导，该第一光波导和该第二光波导位于不同层；该第一光波导和第二光波导之间设置有第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与该第一光波导和该第二光波导物理连接。
本申请实施例提供的光波导结构，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同光波导之间的光信号的传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导结构的集成度，实现光波导结构的小型化。
本申请实施例中，第一光波导和第二光波导之间通过第一光波导通道物理连接，不采用倏逝场进行光信号传输。该第一光波导通道是一个实体通道，该第一光波导通道通过全反射实现第一光波导和第二光波导之间的光信号传输。
可选地，沿该第一光波导和第二光波导的层叠方向，该第一光波导和第二光波导之间设置有介质层，该第一光波导通道位于该介质层中，该介质层的折射率小于该第一光波导通道的折射率。如此实现第一光波导和第二光波导中光信号的有效传输。可选地，第一光波导通道的折射率与第一光波导的折射率的差值的范围均为0.5％～50％，和/或，第一光波导通道的折射率与第二光波导的折射率的差值的范围为0.5％～50％。如此便于通过第一光波导通道进行第一光波导以及第二光波导之间的光信号的传输，减少光信号的传输插损。
本申请实施例中，该第一光波导通道为通过对该介质层进行离子掺杂形成的通道。该光波导结构是一种硬件产品，其具有物理结构，示例的，光波导结构可以为光芯片。该第一光波导通道通过全反射实现第一光波导和第二光波导之间的光信号传输。
在一种可选示例中，该第一光波导位于该第二光波导的上层；该光波导结构还包括：与该第一光波导连接的光开关，该光开关用于进行光信号的选路，使得光信号沿该第一光波导传输或沿该第二光波导传输。光开关与位于上层的第一光波导连接，便于光开关的制造。
在一种可选示例中，光波导结构包括至少两个光开关，该第一光波导上连接的光开关的数量与该第一光波导上连接的第一光波导通道的数量相同，该第一光波导连接的第一光波导通道与该第一光波导上的光开关一一交替排列。示例的，光波导结构包括至少两个第二光波导，第二光波导的数量与第一光波导通道的数量相同。可选地，该光开关为波导型光开关，其为1×2光开关。如此可以通过光开关实现两个路径上的选路。
示例的，沿该第一光波导和该第二光波的导层叠方向，该第一光波导的第一区域和第二光波导的第二区域在平行于第一光波导和第二光波导的一个平面上的投影重叠，第一光波导通道连接第一区域和第二区域，也即是该两个光波导中一个光波导沿该两个光波导的层叠方向在另一个光波导上的正投影与该另一个光波导存在重叠区域，该第一光波导通道沿该两个光波导的层叠方向在该另一光波导上的正投影位于该重叠区域中。如此，第一光波导通道处于第一光波导和第二光波导在该层叠方向上的交叠范围内，通过介质层进行离子掺杂时，离子枪无需采用较大的倾角即可形成该第一光波导通道，降低制造工艺复杂度。
在一种可选实现方式中，该至少两个光波导还包括第三光波导，该第三光波导和该第一光波导、该第二光波导分别位于不同层，该第三光波导和该第二光波导之间设置有第二光波导通道，该第三光波导和该第二光波导之间的第二光波导通道的两端分别与该第二光波导和该第三光波导物理连接。通过设置前述第三光波导，以及分别与第二光波导、第三光波导物理连接的第二光波导通道，可以实现光信号在更多层中的传输。
在一种可选实现方式中，该第一光波导和第二光波导之间的间隙的厚度范围为500nm～5um。如此，便于第一光波导通道的制造。可选地，该第一光波导通道的横截面的长度或宽度的范围为500nm～5um，该横截面垂直于该第一光波导和第二光波导的层叠方向。如此，便于第一光波导通道的制造。
在一种可选实现方式中，该第一光波导通道的延伸方向与所连接的任意一个光波导所在平面所成的角度范围为45°～135°。如此，一方面便于第一光波导通道的制造，另一方面，可以实现光信号在第一光波导通道中的有效全反射。
第二方面，提供一种光波导模块，示例的，其可以为一个光芯片，或者多个光芯片的集合，该光波导模块包括：合分波器、第一支路上下波结构、连接器和至少两个光波导结构，该光波导结构可以为如第一方面任一所述的光波导结构。
每个该光波导结构包括层叠设置的至少两个光波导，至少两个光波导包括第一光波导和第二光波导，该第一光波导和该第二光波导位于不同层，该第一光波导和第二光波导之间设置有第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与该第一光波导和该第二光波导物理连接；该合分波器具有线路端口和至少两个第一光波导连接端口，该合分波器的至少两个第一光波导连接端口分别与该至少两个光波导结构的第一光波导的第一端连接；该第一支路上下波结构具有第一支路端口和至少两个第二光波导连接端口，该第一支路上下波结构的至少两个第二光波导连接端口分别与该至少两个光波导结构的第一光波导的第二端连接，该第一支路端口用于上传或下载光信号；该连接器具有线路穿通端口和至少两个第三光波导连接端口，该连接器的至少两个第三光波导连接端口分别与该至少两个光波导结构中每个光波导结构的一个第二光波导的第二端连接，该线路穿通端口被配置为与另一光波导模块的线路穿通端口连接。光波导模块中，第一光波导连接端口的数量、第二光波导连接端口的数量、第三光波导连接端口的数量均与光波导结构的数量相同。
本申请实施例提供的光波导模块，光波导结构中，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同光波导之间的光信号的直跳传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导模块的集成度，实现光波导模块的小型化。在此基础上，连接器可以通过线路穿通端口实现与另一光波导模块的连接器的线路波长的光信号的穿通，实现光交换设备的线路波长的穿通功能，第一支路上下波结构可以通过支路端口进行本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载。如此可以实现光交换设备的基本功能。
可选地，每个该光波导结构还包括：n个第四光波导，该第四光波导与该第一光波导位于不同层，该第一光波导和每个该第四光波导之间设置有第三光波导通道，该第三光波导通道的一端与该第一光波导连接，另一端和一个该第四光波导的第一端连接该n为正整数；其中，该n个第四光波导位于同一层，如此便于n个第四光波导的制造。
在一种可选示例中，该光波导模块还包括m个第二支路上下波结构，该第二支路上下波结构具有第二支路端口和第四光波导连接端口，该m个第二支路上下波结构的第四光波导连接端口分别与该至少两个光波导结构中每个光波导结构的一个第四光波导的第二端连接，该第二支路端口用于上传或下载光信号。光波导模块中，第四光波导连接端口的数量与光波导结构的数量相同。示例的，m＝n。
在一种可选实现方式中，每个该光波导结构中第一光波导和第二光波导的延伸方向垂直，该n个第四光波导的延伸方向平行。在另一种可选实现方式中，该连接器为多芯连接器、合分波器、用于与光缆连接的并行光纤插拔接口或用于与光纤阵列连接的光纤插芯。
在一种示例中，该第一支路上下波结构和/或第二支路上下波结构为合分波器。在另一种示例中，该第一支路上下波结构和第二支路上下波结构中的任意一个支路上下波结构为具有2N个第一端口，一个第二端口的级联光开关结构，N为正整数；该支路上下波结构被配置为在接收到逻辑控制指令后，基于该逻辑控制指令控制该第二端口与2N个第一端口中的一个第一端口的连接导通，与其他第一端口的连接断开。采用该支路上下波结构可以通过逻辑控制指令控制光信号的上下波，光波导模块的制造成本进一步降低。可选地，该逻辑控制指令包括N个比特位。该N个比特位占用的存储空间较少，通信开销较少。
第三方面，提供一种光交换设备，包括：通信结构，该通信结构包括两个如第二方面任一该的光波导模块，两个该光波导模块通过各自的线路穿通端口连接，两个该光波导模块的线路端口分别与不同方向的线路连接。可选地，该光交换设备包括两组该通信结构，两组该通信结构的线路端口连接的线路的光信号传输方向相反。
本申请实施例提供的光交换设备，由于通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，每个通信结构中的一个光波导模块可以通过合分波器输入线路波长的光信号，通过线路穿通端口输出与另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，另一个光波导模块通过线路穿通端口输入线路波长的光信号，通过合分波器输出线路波长的光信号，从而实现在一个方向上的线路波长的光信号传输。并且该通信结构中每个光波导模块的支路端口还支持本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载。进一步的，通过在光波导模块中设置光开关，例如每个光波导结构包括至少一个光开关，从而实现光信号的选路，无需标定支路端口所对应的波长，实现无色上下波。当光交换设备包括两个通信结构，可以实现两个方向的线路波长的光信号的传输。如此通过简单的结构即可实现光交换设备的全部功能。
第四方面，提供一种光波导系统，包括：至少两个如第三方面任一该的光交换设备，该至少两个光交换设备通过光纤连接。
本申请实施例提供的光波导系统，由于光交换设备中，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，每个光交换设备实现无色上下波，光交换设备的适用性较高，实现了器件的归一化，降低仓储成本。
第五方面，提供一种光波导结构的制造方法，用于制造如第一方面该的光波导结构，该方法包括：在该至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与该第一光波导和该第二光波导物理连接。
本申请实施例提供的光波导结构的制造方法，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同光波导之间的光信号的传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导结构的集成度，实现光波导结构的小型化。
可选地，该方法还包括：在该衬底基板上每形成一层光波导后，形成一层介质层，其中，该两个光波导之间的第一光波导通道位于该两个光波导之间的介质层中，该介质层的折射率小于该第一光波导通道的折射率。
可选地，该在该至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，包括：通过对该第一光波导和第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成该第一光波导通道。
在一种可选实现方式中，该第一光波导和第二光波导包括第一光波导和第二光波导，该第一光波导相对于该第二光波导远离该衬底基板；该通过对该第一光波导和第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成该第一光波导通道的过程，包括：在形成该第一光波导后，将掩膜版设置在该第一光波导远离该衬底基板的一面上，该掩膜版具有镂空区域；通过该第一光波导从该掩膜版的镂空区域露出的部分对该第一光波导与该第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在该第一光波导和第二光波导之间形成该第一光波导通道。
在另一种可选实现方式中，该第一光波导相对于该第二光波导远离该衬底基板；该通过对该第一光波导和第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成该第一光波导通道的过程，包括：在形成该第一光波导后，将掩膜版设置在该衬底基板远离该第二光波导的一面上，该掩膜版具有镂空区域；通过该衬底基板从该掩膜版的镂空区域露出的部分对该第一光波导与该第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在该第一光波导和第二光波导之间形成该第一光波导通道。
可选地，该方法还包括：在该衬底基板上形成与该第一光波导连接的光开关。
第六方面，提供一种支路上下波结构，该支路上下波结构为具有2N个第一端口，一个第二端口的级联光开关结构，N为正整数；该支路上下波结构被配置为在接收到逻辑控制指令后，基于该逻辑控制指令控制该第二端口与2N个第一端口中的一个第一端口的连接导通，与其他第一端口的连接断开。采用该支路上下波结构可以通过逻辑控制指令控制光信号的上下波，光波导模块的制造成本进一步降低。可选地，该逻辑控制指令包括N个比特位。该N个比特位占用的存储空间较少，通信开销较少。示例的，该支路上下波结构可以应用于光波导模块中。
本申请实施例提供的波导通道，由于通过第一光波导通道分别与位于不同层的第一光波导和第二光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，光波导模块通过合分波器输入线路波长的光信号，通过线路穿通端口输出与另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，(或者通过线路穿通端口接收另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，通过合分波器输出线路波长的光信号)通过第一支路上下波结构可以进行本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载，实现在一个方向上的线路波长的光信号传输。进一步的，通过在光波导模块中设置光开关，例如每个光波导结构包括至少一个光开关，从而实现光信号的选路，无需标定支路端口所对应的波长，实现无色上下波。
并且，光波导模块中线路端口输入的一组波长的光信号，经过合分波器分开后，可以通过连接器输出线路穿通波长的光信号，也可以通过第一支路上下波结构或第二支路上下波结构输出支路波长的光信号。整个光波导模块中的波长无需标定，通过简单的结构即可实现无色化的波长穿通与本地下载。当光交换设备包括两个通信结构，可以实现两个方向的线路波长的光信号的传输。如此通过简单的结构即可实现光交换设备的全部功能。
附图说明
图1是相关技术提供的一种示意性的同层交叉型光波导的结构示意图；
图2是本申请一示意性实施例提供的一种光波导结构示意图；
图3A是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导结构示意图；
图3B是本申请一示意性实施例提供的又一种光波导结构示意图；
图4和图5分别是本申请一示意性实施例提供的两种示意性的光波导结构的俯视示意图；
图6是图4和图5中的光波导结构的重叠区域W的放大示意图；
图7是本申请一示意性实施例提供的再一种光波导结构示意图；
图8是本申请另一示意性实施例提供的一种光波导结构示意图；
图9和图10分别为本申请一示意性实施例提供的两种光开关为1×2光开关的光波导结构的俯视示意图；
图11为图10所示的光波导结构的具体结构示意图；
图12是本申请一示意性实施例提供的一种示意性的设置有至少两个光开关的光波导结构的示意图；
图13A是本申请又一示意性实施例提供的一种光波导结构示意图；
图13B是本申请又一示意性实施例提供的另一种光波导结构示意图；
图14是本申请一示意性实施例提供的一种城域网的示意图；
图15是本申请一示意性实施例提供的一种光波导模块的示意图；
图16是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导模块的示意图；
图17至图19分别为1×8级联光开关结构、1×32级联光开关结构和1×64级联光开关结构的示意图；
图20是本申请一示意性实施例提供的一种光交换设备的示意图；
图21至图25分别为本申请实施例提供的几种通信结构的示意图；
图26是本申请一示意性实施例提供的另一种光交换设备的结构示意图；
图27是本申请一示意性实施例提供的又一种光交换设备的结构示意图；
图28是本申请一示意性实施例提供的一种光波导系统的结构示意图；
图29是本申请一示意性实施例提供的一种光波导结构的制造方法的流程示意图；
图30是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导结构的制造方法的流程示意图；
图31是本申请一示意性实施例提供的一种第一光波导通道的制造过程示意图；
图32是本申请一示意性实施例提供的另一种第一光波导通道的制造过程示意图；
图33是本申请一示意性实施例提供的又一种第一光波导通道的制造过程示意图。
具体实施方式
为使本申请的原理和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
随着光通信技术的发展，光波导的研究也成为目前光通信领域的一个重要课题。传统的光波导主要为平面光波导(Planar Lightwave Circuit，PLC)，即光波导位于一个平面内。基于此，目前提出了一种基于波导光交换技术的光波导结构，如图1所示，图1为一种光波导结构的示意图，该光波导结构包括光波导以及矩阵状排列的至少两个光开关，该光波导结构通过至少两个光开关以及至少两个交叉的光波导实现位于同一平面的不同光波导之间的光信号的传输，称为同层交叉型光波导。但是由于通过同层交叉型光波导实现不同光波导之间光信号的传输，而光波导的交叉引入了光波导间的串扰，导致光波导结构的插损较大。
本申请实施例提供一种光波导结构10，可以有效减少光波导结构的插损。图2是本申请一示意性实施例提供的一种光波导结构示意图，如图2所示，该光波导包括：层叠设置的至少两个光波导。至少两个光波导包括第一光波导11a和第二光波导11b，第一光波导11a和第二光波导11b位于不同层，第一光波导11a和第二光波导11b之间设置有第一光波导通道12，第一光波导通道12的两端分别与第一光波导11a和第二光波导11b物理连接。其中，第一光波导11a和第二光波导11b位于不同层指的是第一光波导11a所在平面(该平面是光波导的制造平面)和第二光波导11b所在平面不共面，并且第一光波导11a所在平面和第二光波导11b所在平面通常平行，若第一光波导11a和第二光波导11b制造于衬底基板上时，两者与衬底基板之间的距离不同。
如图2所示，本申请实施例中所谓的物理连接，可以理解为利用第一光波导通道在两个光波导之间形成的实体连接，即第一光波导通道的两端与两个光波导直接连接。第一光波导通道12起到对第一光波导11a和第二光波导11b的桥接作用，实现对第一光波导11a和第二光波导11b的实体连接，从而在第一光波导11a和第二光波导11b之间实现光信号的跨层传输，也即是第一光波导11a上传输的光信号可以沿着第一光波导通道12传输至第二光波导11b上；第二光波导11b上传输的光信号也可以沿着第一光波导通道12传输至第二光波导11a上。该第一光波导通道12也可以称为桥接光波导通道。本申请实施例中，光信号在该第一光波导通道中的传输插损接近于光信号在普通的光波导中的传输插损。
本申请实施例提供的光波导结构，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同层光波导之间的光信号的传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导结构的集成度，实现光波导结构的小型化。
相关技术中，不同的光波导可以采用倏逝场实现光信号的传输。倏逝场也称倏逝波、消逝波或衰逝波。倏逝场指的是两个介质由于相互的耦合，在两种不同介质的分界面上产生的一种电磁波，倏逝场的幅值随着沿与分界面垂直方向的深度的增大而衰减。本申请实施例中，图2中的第一光波导11a和第二光波导11b之间通过第一光波导通道12物理连接，不采用倏逝场进行光信号传输。该第一光波导通道12是一个实体通道，该第一光波导通道12通过全反射在该第一光波导通道内部进行所连接的第一光波导11a和第二光波导11b之间的光信号传输。
图3A是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导结构示意图。如图3A所示，沿第一光波导11a和第二光波导11b的层叠方向y(即第一光波导11a和第二光波导11b的叠加方向，其通常垂直于第一光波导11a或第二光波导11b所在平面)，第一光波导11a和第二光波导11b之间设置有介质层13，第一光波导通道12位于介质层13中，介质层13的折射率小于第一光波导通道12的折射率，如此以实现第一光波导通道12中光信号的全反射。本申请实施例在实际实现时，介质层13的折射率也小于第一光波导11a和第二光波导11b的折射率，如此实现第一光波导11a和第二光波导11b中光信号的有效传输。在本申请实施例中，第一光波导通道的折射率与第一光波导的折射率的差值的范围为0.5％～50％，和/或，第一光波导通道的折射率与第二光波导的折射率的差值的范围为0.5％～50％。由于折射率或折射率的差值的表示方式可以将折射率或折射率的差值与真空的折射率1作比值，因此可以用百分比表示。如此便于通过第一光波导通道进行第一光波导以及第二光波导之间的光信号的传输，减少光信号的传输插损。如图3A所示，两个光波导之间的间隙d的厚度范围为500nm(纳米)～5um(微米)。则介质层13的厚度范围为500nm～5um。如此，便于第一光波导通道的制造。
图3B是本申请一示意性实施例提供的又一种光波导结构示意图。第一光波导通道12的延伸方向与所连接的任意一个光波导(如图1、图3A或图3B所示的第一光波导11a或第二光波导11b)所在平面所成的角度范围为45°～135°。如此，一方面便于第一光波导通道12的制造，另一方面，可以实现光信号在第一光波导通道12中的有效全反射。例如，图3B中，第一光波导通道12所在平面与所连接的第一光波导11a所在平面所成的角度α的范围为45°～135°，第一光波导通道12所在平面与所连接的第二光波导11b所在平面所成的角度β的范围为45°～135°。值得说明的是，光波导结构10中的光波导在其所在平面内通常沿直线延伸，少数情况下沿折线延伸，如此便于光波导结构的制造，提高光波导结构的集成度。第一光波导通道12沿直线延伸，如此便于第一光波导通道的制造，减少制造工艺复杂度。在一种可选示例中，第一光波导通道12的延伸方向与所连接的任意一个光波导所在平面倾斜连接，如此可以提高全反射的效率，实现光信号的有效传输。
本申请实施例中，第一光波导通道12可以为离子掺杂通道，其为通过对介质层13进行离子掺杂所形成的通道。该离子掺杂过程可以参考后续方法实施例的过程。该第一光波导通道12的基质(即基材，substrate)和介质层13的基质的晶格原子排布结构是一致的，例如均为六面体或八面体。该第一光波导通道12相对于介质层13，不改变晶格原子排布结构，只取代了至少部分原子。
若在第一光波导11a和第二光波导11b的层叠方向y上，第一光波导11a和第二光波导11b不存在交叠，则在制造第一光波导通道时，需要离子枪采用较大的角度进行离子掺杂，才能实现制造得到的第一光波导通道的两端分别与第一光波导11a和第二光波导11b物理连接。如此容易产生连接失效的情况。本申请实施例提供一种光波导结构，可以减少该连接失效情况的产生，图4和图5分别是本申请实施例提供的两种示意性的光波导结构的俯视示意图，如图4和图5所示，前述层叠方向y在图4和图5中为垂直纸面的方向。沿第一光波导11a和第二光波导11b的层叠方向，第一光波导11a的第一区域和第二光波导11b的第二区域在平行于第一光波导和第二光波导的一个平面(即图4和图5中平行于纸面的平面)上的投影重叠(可以为全部重叠或部分重叠)，第一光波导通道连接该第一区域和第二区域。参考图4和图5，假设重叠区域W(即图4和图5中的阴影区域)为该第一区域和第二区域在平行于第一光波导和第二光波导的一个平面内的投影，则该第一光波导通道12在平行于第一光波导和第二光波导的一个平面内的投影位于该重叠区域W中。这样一来，第一光波导通道12处于第一光波导11a和第二光波导11b在该层叠方向上的交叠范围内，通过介质层进行离子掺杂时，离子枪无需采用较大的倾角即可形成该第一光波导通道，降低制造工艺复杂度。图5中，第一光波导和第二光波导在与第一光波导通道连接处的延伸方向平行，如此便于光信号通过第一光波导通道在第一光波导或第二光波导中传输。
图6是图4和图5中的光波导结构的重叠区域W的放大示意图。如图6所示，第一光波导通道12的横截面的长度h1或宽度h2的范围为500nm～5um，横截面垂直于第一光波导11a和第二光波导11b的层叠方向。需要说明的是，前述横截面的形状可以为矩形或圆形，图6只是示意性说明，并不对第一光波导通道的横截面形状进行限定。
在本申请实施例中，光波导结构10是一种硬件产品，其具有物理结构，示例的，光波导结构10可以为光芯片。图7是本申请一示意性实施例提供的再一种光波导结构示意图。如图7所示，光波导结构10还包括衬底基板14，前述至少两个光波导11、第一光波导通道12和介质层13均位于衬底基板14上。该衬底基板的制造材料可以为二氧化硅、硅、氮化硅或蓝宝石等。
本申请实施例中，该光波导结构10还可以包括光开关(optical switch)，该光开光用于进行光信号传输方向的控制，实现光信号的选路。图8是本申请另一示意性实施例提供的一种光波导结构示意图。如图8所示，该光波导结构10还包括：与第一光波导11a连接的光开关15。该光开关15用于进行光信号的选路，使得光信号沿第一光波导11a传输或沿第二光波导11b传输。图8中第一光波导11a位于第二光波导11b的上层，其中，第一光波导11a位于第二光波导11b的上层指的是光波导结构10在实际使用时，第一光波导11a相对于第二光波导11b位于远离衬底基板14的一侧；将光开关15设置在上层的光波导上便于光开关的制造，以及对光开关的控制。如图8所示，沿第一光波导11a传输的光信号依次经过光开关15以及第一光波导通道12可以向下传输至第二光波导11b；或者，沿第二光波导11b传输的光信号依次经过光开关15以及第一光波导通道12可以向上传输至第一光波导11a。
本申请实施例提供的光开关可以为1×2光开关(即具有一个输入端口和两个输出端口的光开关)。例如，前述光开关为波导型光开关(也称波导光开关)。波导型光开关为采用电光效应、磁光效应、声光效应或热光效应等改变波导折射率使光路发生变化的光开关。示例的，图9和图10分别为本申请实施例提供的两种光开关15为1×2光开关的光波导结构的俯视示意图。图11为图10所示的光波导结构的具体结构示意图，图11中的光波导结构的1×2光开关为一采用电光效应改变波导折射率的波导型光开关。图9至图11假设光波导结构的光信号沿信号传输方向x输入，经过光开关15分成主路和支路，可选地，主路和支路的延伸方向不同。
图9至图11中，第一光波导11a包括第一光波导主路a1和第一光波导支路a2，该第一光波导支路a2通过第一光波导通道12与第二光波导11b连接，如图11所示，该光开关15包括设置在第一光波导主路a1上的电极151和设置在第一光波导支路a2上的电极152，光开关15通过控制电极151和电极152上加载的电压，实现对第一光波导中光信号的折射率的调整，从而实现在第一光波导主路a1和第一光波导支路a2中的选路。其中，假设光信号的传输方向为信号传输方向x，则选择从第一光波导主路a1传输的光信号继续沿第一光波导主路a1传输(即图9中从左向右的方向)，选择从第一光波导支路a2传输的光信号通过第一光波导通道12沿第二光波导11b传输。由于光路是可逆的，若光波导结构中的光信号沿与前述信号传输方向x相反的方向传输(即图9中从右向左的方向)。则选择从第一光波导主路a1传输的光信号经过光开关15继续沿第一光波导主路a1传输，选择从第二光波导11b传输的光信号依次经过和第一光波导支路a2和光开关15沿第一光波导主路a1传输。图9所示的光波导结构中光开关15的结构也可以参考图11中光波导结构中的光开关15的结构，本申请实施例对此不做赘述。
图12是本申请实施例提供的一种示意性的设置有至少两个光开关的光波导结构10的示意图。图12假设光波导结构中有2个光开关15，但并不对光开关的数量进行限制。图12中，第一光波导11a上连接的光开关的数量与第一光波导11a上连接的第一光波导通道的数量相同，第一光波导11a连接的第一光波导通道12与第一光波导11a上的光开关15一一交替排列。如此可以实现第一光波导11a所在层的多级选路，每个光开关15对应一个选路级别。示例的，光波导结构10包括至少两个第二光波导11b，第二光波导11b的数量与第一光波导通道12的数量相同。图12假设光开关15为1×2光开关，通过控制光开关15的光信号从光开关的不同输出端口输出，可以控制第一光波导11a的光信号沿不同路径传输，从而实现光信号的选路。例如，通过两个光开关15，可以控制光信号沿主路、支路1或支路2传输。
在不同的光信号传输场景中，光波导结构中的光开关的数量与设置位置不同。示例的，如图12所示，沿第一光波导11a中光信号传输方向x，每个第一光波导通道12之前设置一个光开关15。值得说明的是，当第一光波导11a包括第一光波导主路a1和第一光波导支路a2时，该第一光波导11a中光信号传输方向x指的是第一光波导主路a1的光信号传输方向。示例的，若光信号沿第一光波导11a中光信号传输方向x的反方向传输，可以视为每个第一光波导通道12之后设置一个光开关15。
本申请前述实施例以至少两个光波导11包括位于不同层的两个光波导为例。实际实现时，该至少两个光波导11还可以包括第三光波导11c。第三光波导11c和第一光波导11a、第二光波导11b分别位于不同层。图13A和图13B是本申请又一示意性实施例分别提供的两种光波导结构示意图。在一种可选方式中，如图13A所示，第三光波导11c和第二光波导11b之间设置有第二光波导通道16，该第三光波导11c和第二光波导11b之间的第二光波导通道16的两端分别与第二光波导11b和第三光波导11c物理连接。第二光波导11b和第三光波导11c以及沿该层叠方向y上位于第二光波导11b和第三光波导11c之间的结构，如第二光波导通道16、介质层和/或光开关等均可以参考第一光波导11a和第二光波导11b以及沿该层叠方向y上位于第一光波导11a和第二光波导11b之间的结构。在另一种可选方式中，第三光波导11c和第一光波导11a之间设置有第二光波导通道16，该第三光波导11c和第一光波导11a之间的第二光波导通道16的两端分别与第三光波导11c和第一光波导11a物理连接。例如，第一光波导11a和第三光波导11c以及沿该层叠方向y上位于第一光波导11a和第三光波导11c之间的结构，如第二光波导通道、介质层和/或光开关等均可以参考第一光波导11a和第二光波导11b以及沿该层叠方向y上位于第一光波导11a和第二光波导11b之间的结构。通过设置前述第三光波导，以及与第三光波导物理连接的第二光波导通道，可以实现光信号在更多层光波导中的传输。
图13B以至少两个光波导包括k层光波导，k≥3为例进行说明，每两个相邻光波导之间设置有光波导通道，光波导通道的两端分别与两个相邻光波导物理连接。图13B中，沿至少两个光波导的层叠方向y(其与第一波导11a和第二光波导11b的层叠方向相同)，可以将该光波导结构10划分为多组子结构R，每组子结构R包括两个光波导以及一个光波导通道，每两组相邻的子结构复用一个光波导，或者，每两组相邻的子结不存在重合的光波导(即不进行光波导的复用)。其中，不同组子结构的结构可以相同也可以不同。每组子结构的具体结构可以参考前述图2至图12中任一图中的第一光波导11a和第二光波导11b以及沿至少两个光波导的层叠方向y上位于第一光波导11a和第二光波导11b之间的结构，如第一光波导通道、介质层和/或光开关等。例如，第二光波导11b和第三光波导11c以及沿该层叠方向y上位于第二光波导11b和第三光波导11c之间的结构，如第二光波导通道16、介质层和/或光开关等均可以参考第一光波导11a和第二光波导11b以及沿该层叠方向y上位于第一光波导11a和第二光波导11b之间的结构。本申请实施例对每组子结构不再赘述。不同组子结构R中的第一光波导的延伸方向可以平行，第二光波导的延伸方向可以平行。
本申请实施例在实际实现时，前述光波导结构中，至少两个光波导的位置关系还可以根据实际应用场景进行调整。例如，该至少两个光波导中还可以包括位于同一层的光波导；和/或，不相邻的光波导之间设置有光波导通道。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此本申请实施例对此不再赘述。
前述实施例中，当光波导结构为光芯片时，仅以光芯片的衬底基板上形成光波导、光波导通道、介质层和/或光开关为例，对光芯片的结构进行介绍，本申请实施例在实际实现时，该光波导结构的衬底基板上还可以形成其他元器件，且光波导结构还可以包括封装结构，本申请实施例对此不做限定。
本申请实施例提供的光波导结构，可以应用于多种光通信场景中。示例的，该光波导结构可以应用于光传输网络，例如波分网或城域网。图14是本申请一示意性实施例提供的一种城域网的示意图。为了便于读者理解，本申请实施例以图14为例，对城域网进行介绍。城域网，也称城域接入光网络，其包括至少两个接入站点，图14假设城域网包括3个接入站点，分别为接入站点A、B和C，从接入机房输出的光信号经过接入站点A、B和C输入至接入机房，以形成城域网环网。每个接入站点支持两个方向的光信号传输。该两个方向相反。图14假设该两个方向分别为西向w和东向e，这两个方向都属于线路方向，也即是城域网中环网上的方向。每个接入站点本身也联结该站点的本地的通信设备，该本地的通信设备属于本地的通信系统。
城域网中传输的光信号存在两类波长，第一类是线路波长，这部分波长主要在图14所示的接入光纤环中传输；第二类是本地波长，这部分波长在各个接入点的本地的通信系统中传输，在接入站点处有统一的对外出口。
其中，线路波长和本地波长可以通过图14中所示的站点光层互相转换。图14的虚线框G为接入站点C的站点光层的放大示意图，其中，示意性地绘制了6种不同的波长传输方式。该6种波长传输方式分别为：“1”代表西向w的线路波长的光信号通过接入站点的站点光层传输到东向e；“2”代表东向e的线路波长的光信号通过接入站点的站点光层传输到西向w。“1”和“2”是线路波长的光信号在接入站点的站点光层直接穿通，光信号只是经过接入站点，并没有下载(也称下波)进入本地的通信系统中，也即是光信号在接入站点进行了透传。“3”表示西向w的线路波长的光信号经过接入站点的站点光层下载到本地，进入本地的通信系统，由此实现了线路波长向本地波长的转换。“4”表示本地的通信系统中的本地波长的光信号经过接入站点的站点光层上传(也称上载或上波)到西向w，是本地波长向线路波长的转换。“5”表示东向e的线路波长经过接入站点的站点光层下载到本地，进入本地的通信系统，是线路波长向本地波长的转换。“6”表示本地的通信系统中的波长经过接入站点的站点光层上传到东向e，是本地波长向线路波长的转换。
对于接入站点，实现线路波长的光信号的穿通(pass-through)和下载，以及本地波长的光信号的上传是站点光层的核心能力需求。本申请实施例提供一种光波导模块，其可以应用于图14中的任一接入站点或其他光交换设备中。该光波导模块支持线路波长的光信号的穿通和下载，以及本地波长的光信号的上传。示例的，该光波导模块可以为光芯片或者多个光芯片的集合。
图15是本申请一示意性实施例提供的一种光波导模块的示意图。如图15所示，该光波导模块30包括：合分波器31、第一支路上下波结构32、连接器33和至少两个光波导结构34。每个光波导结构34包括层叠设置的至少两个光波导，该至少两个包括第一光波导11a和第二光波导11b，第一光波导11a和第二光波导11b导位于不同层，第一光波导11a和第二光波导11b之间设置有第一光波导通道12，第一光波导通道12的两端分别与第一光波导11a和第二光波导11b物理连接，其中，第二光波导11b的第一端d1与第一光波导通道12连接。图15中示意性地以黑色圆点表示光开关15，以白色圆点表示光波导通道，如前述第一光波导通道12。任一光波导结构34的结构可以参考前述实施例中的光波导结构10的结构，本申请实施例对此不再赘述。
合分波器31具有线路端口和至少两个第一光波导连接端口，合分波器31的至少两个第一光波导连接端口分别与至少两个光波导结构的第一光波导11a的第一端q1连接。合分波器31的线路端口用于输入线路侧的光信号，或向线路侧输出光信号。例如，该合分波器为波导阵列光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)。
第一支路上下波结构32具有第一支路端口和至少两个第二光波导连接端口，第一支路上下波结构32的至少两个第二光波导连接端口分别与至少两个光波导结构的第一光波导11a的第二端q2连接，第一支路端口用于上传或下载光信号。
连接器33具有线路穿通端口和至少两个第三光波导连接端口，连接器33的至少两个第三光波导连接端口分别与至少两个光波导结构中每个光波导结构34的一个第二光波导11b的第二端d2连接，线路穿通端口被配置为与另一光波导模块的线路穿通端口连接。如此可以实现光交换设备的线路波长穿通功能(即线路波长的透传功能)。在本申请实施例中，一个光波导的第一端和第二端指的是沿该光波导的延伸方向相对的两端。若该光波导包括光波导主路和光波导支路，该第一端和第二端指的是光波导主路的延伸方向相对的两端。
其中，第一光波导连接端口的数量、第二光波导连接端口的数量、第三光波导连接端口的数量均与光波导结构的数量相同，也即是，该光波导模块中，第一光波导连接端口与光波导结构一一对应，且第二光波导连接端口光波导结构一一对应。图15假设每个光波导结构34包括一个第一光波导和一个第二光波导，但并不对光波导的数量进行限制。
综上所述，本申请实施例提供的光波导模块，光波导结构中，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同层光波导之间的光信号的直跳传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导模块的集成度，实现光波导模块的小型化。在此基础上，连接器可以通过线路穿通端口实现与另一光波导模块的连接器的线路波长的光信号的穿通，实现光交换设备的线路波长的穿通功能，第一支路上下波结构可以通过支路端口进行本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载。如此可以实现光交换设备的基本功能。
图16是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导模块30的示意图。在一种可选示例中，如图16所示，每个光波导结构34还包括：n个第四光波导11d，第四光波导11d与第一光波导11a位于不同层，第一光波导11a和每个第四光波导11d之间设置有第三光波导通道17，第三光波导通道17的一端与第一光波导11a连接，另一端和一个第四光波导11d的第一端p1连接，n为正整数。值得说明的是，每个光波导结构中，n个第四光波导11d与第一光波导11a之间的结构，如第三光波导通道、介质层和/或光开关等均可以参考第一光波导11a和第二光波导11b以及沿该层叠方向y上位于第一光波导11a和第二光波导11b之间的结构。示例的，第四光波导11d的数量与第三光波导通道17的数量相同。
在本申请实施例中，如图16所示，光波导模块30还可以包括m个第二支路上下波结构35，第二支路上下波结构35具有第二支路端口和第四光波导连接端口，m个第二支路上下波结构35的第四光波导连接端口分别与至少两个光波导结构34中每个光波导结构34的一个第四光波导11d的第二端p2连接。第二支路端口用于上传或下载光信号。该光波导模块中，第四光波导连接端口的数量与光波导结构34的数量相同，也即是第四光波导连接端口与光波导结构一一对应。图16中相关附图标记的解释可以参考图15，本申请实施例对此不做赘述。前述第一支路上下波结构32和第二支路上下波结构35的结构可以相同，如此便于制造，且保证支路侧的光信号的有效上载和下载。
图16中以m＝n为例进行说明书，也即是每个光波导结构34包括的n个第四光波导11d与m个第二支路上下波结构35一一对应。在实际实现时，第二支路上下波结构的数量还有其他实现方式，本申请实施例对此不做限定。
下面以图16为例，对本申请实施例提供的一种光波导模块的光信号传输过程进行示意性说明。图16假设光信号从线路端口输入，经过合分波器，光波导模块包括T个光波导结构，T为大于1的整数，每个光波导结构中，第一光波导11a上连接的光开关15的数量与第一光波导11a上连接的光波导通道(包括第一光波导通道12和第三光波导通道17)的数量相同，第一光波导11a连接的光波导通道与第一光波导上的光开关15一一交替排列，且沿光信号传输的方向，每个光波导通道之前设置一个光开关15，该光开关15为1×2光开关。如图16所示，光信号从线路端口输入，通过合分波器分成与T个光波导结构的第一光波导11a对应的T个波长传输通道传输的T路波长的光信号，对于每一路波长的光信号，沿该光信号的传输方向(例如图16中为从左到右的方向)，该光信号在经过第一光波导11a所连接的每个光开关后再次分成两路光信号，一路沿第一光波导11a的延伸方向继续传输(即沿图16中从左到右的方向传输)，另一路通过第一光波导通道12传输至与第一光波导11a不同层的第二光波导11b，或者，另一路通过第三光波导通道17传输至与第一光波导11a不同层的第四光波导11d中继续传输(即沿图16中从上到下的方向传输)。每一路波长的光信号，在经过每一个光开关时，可以被控制选择在该两路中的哪路中传输。由于光路是可逆的，本申请实施例对反向的光信号传输过程不再赘述。
从第二光波导11b传输的光信号可以直接越过其他光波导到达连接器33，从而通过连接器33的线路穿通端口输出，从第四光波导11d中传输的光信号可以直接越过其他光波导到达第二支路上下波结构35，从而通过第二支路上下波结构35的支路端口输出，因此第二光波导11b和第四光波导11d可以称为直跳波导。由于第二光波导11b和第四光波导11d分别能够仅通过一个光波导通道，直接跳过至少两个交叉口，直达光路出口，避免了光波导间的串扰插损，因此，第二光波导11b和第四光波导11d中每个光波导的穿通插损与单层无交叉波导的穿通插损接近，有效降低了光信号的传输插损。
如图16所示，假设T个光波导结构34中每个光波导结构34包括一个第一光波导11a，一个第二光波导11b和n个第四光波导11d，则每个第一光波导11a上具有n+1个光开关，连接器33通过第三光波导连接端口分别与T个光波导结构34的一个第二光波导11b的第二端连接，连接器33的第三光波导连接端口至少有T个；每个第二支路上下波结构25通过第四光波导连接端口分别与T个光波导结构34中的一个第四光波导11d的第二端p2连接，每个第二支路上下波结构25的第三光波导连接端口至少有T个。对于每个光波导结构34，假设沿光信号传播的方向，第一光波导上第i个光开关称为第i级光开关，1≤i≤n+1。则在本申请实施例中，沿光信号传播的方向，T个光波导结构34中每个光波导结构34的第1级光开关后的首个光波导通道(即图中的第一光波导通道12)所连接的第二光波导连接连接器33，如此可以实现线路穿通的光信号的插损较小；T个光波导结构34中的同一级光开关后的首个第三光波导通道17所连接的第四光波导11d连接相同的第二支路上下波结构。示例的，第2至第n+1级光开关后的首个光波导通道所连接的第四光波导与第1至第n个第二支路上下波结构34一一对应连接。
值得说明的是，为了便于读者理解，图15和图16中假设每个光波导结构34中，沿第一光波导11a的光信号传输方向，每个光波导通道(如第一光波导通道12或第三光波导通道17)之前设置有一个光开关15，且每个光开关15为1×2光开关为例进行绘制，但并实际实现时，光波导模块中的第一光波导、第二光波导、第四光波导和光开关的位置可以根据具体的应用场景调整，本申请实施例不对光开关的类型、排布方式和数量进行限定。示例的，该光波导结构34的结构可以参考前述图9至图11任一所示的光波导结构。
在一种可选示例中，n个第四光波导11d位于同一层，如此便于制造，也便于与第二支路上下波结构连接。第一支路上下波结构32和第二支路上下波结构35的结构相同或不同，当两者结构相同时，便于在光波导模块中的制造，从而减少制造复杂度。
示例的，每个光波导结构中第一光波导11a和第二光波导11b的延伸方向垂直，n个第四光波导11d的延伸方向平行。如此可以实现光波导模块在较小面积内的制造，提高集成度。示例的，至少两个光波导还满足以下至少一种：各个光波导中的第一光波导11a的延伸方向平行，各个光波导中的第二光波导11b的延伸方向平行，各个光波导中的第四光波导11d的延伸方向平行。如此，可以进一步提高光波导模块的集成度。
本申请实施例中，至少两个光波导结构34中的第一光波导11a的延伸方向平行，至少两个光波导结构34中的第二光波导11b的延伸方向平行，如此可以进一步提高光波导模块的集成度。可选地，每个光波导结构中，第二光波导11b和第四光波导11d可以位于同一层，也可以分别位于不同层，两者位于同一层时，便于制造。当n个第四光波导11d位于同一层时，n个第四光波导11d和第二光波导11b的布置方式可以相当于n+1个图12所示的第二光波导11b的布置方式。
在本申请实施例中，光波导模块中的连接器33可以有多种实现方式。本申请实施例以以下几种可选实现方式为例进行说明：
在第一种可选实现方式中，连接器33为多芯连接器。
在第二种可选实现方式中，连接器33为合分波器。示例的，该合分波器为AWG，该连接器的线路穿通端口可以与一路光纤连接，通过该一路光纤与另一光波导模块的连接器的线路穿通端口连接。该连接器可以将通过第三光波导连接端口所连接的光波导的光信号汇聚成该一路光纤上传输的光信号，从而实现与另一光波导模块的连接器的联结。连接器为AWG时，两个光波导模块的线路穿通端口可以仅用一根光纤就实现连接，结构简单，制造成本低。
在第三种可选实现方式中，连接器33为用于与光缆连接的并行光纤插拔接口(Multiple-fiber Push-on/pull-off，MPO)。其中，MPO包括至少两个光纤接口，每个光纤接口即为一个线路穿通接口，该光缆包括至少两个光纤，每个光纤与一个光纤接口可插拔连接。MPO上每个第三光波导连接端口与一个光纤接口对应，每个第三光波导连接端口所连接的光波导的光信号通过对应的光纤接口传输至该光纤接口所连接的光纤上，由该光纤传输至另一光波导模块的连接器。连接器为MPO时，两个光波导模块的线路穿通端口用一根光缆(包括多根光纤)实现连接，相较于采用AWG作为连接器的光信号传输插损更小。
在第四种可选实现方式中，连接器33为用于与光纤阵列连接的光纤插芯。其中，每个连接器33包括至少两个光纤插芯，每个光纤插芯具有一个第三光波导连接端口和一个线路穿通接口，光纤阵列包括至少两个光纤，每个光纤与一个光纤插芯连接。每个光纤插芯的第三光波导连接端口所连接的光波导的光信号通过该光纤插芯传输至该光纤插芯的线路穿通端口所连接的光纤上，由该光纤传输至另一光波导模块的连接器。连接器为光纤插芯时，两个光波导模块的线路穿通端口通过光纤阵列实现连接，两个光波导模块的光纤阵列中的光纤一一对应连接，相较于采用AWG作为连接器的光信号传输插损更小。
在本申请实施例中，前述支路上下波结构，如第一支路上下波结构32和/或第二支路上下波结构35，可以有多种实现方式。本申请实施例以以下几种可选实现方式为例进行说明：
在第一种可选实现方式中，支路上下波结构为合分波器。
在第二种可选实现方式中，支路上下波结构为AWG。支路侧采用AWG将多路光波导连接端口接收的光波导信号汇聚到一个支路端口，每个支路端口可以实现1个或至少两个波长的自由无阻塞上下波，有效实现光波导模块的光信号的无色上下波。其中，若该支路上下波结构为第一支路上下波结构，前述支路端口为第一支路端口；若该支路上下波结构为第二支路上下波结构，前述支路端口为第二支路端口。
在第三种可选实现方式中，支路上下波结构为具有2N个第一端口(也称分路端口)，一个第二端口(也称公共端口)的级联光开关结构，N为正整数，其为该支路上下波结构的开关级数。若任选其中的M个第一端口进行使用，则该支路上下波结构也称M路的级联光开关结构或1×M级联光开关结构，M路指的是该级联光开关结构中供光信号通过的路径共M种(即可用2N路，但实际使用了M路)，M为大于1的整数。其中，若该支路上下波结构为第一支路上下波结构，前述第一端口为第二光波导连接端口，第二端口即为前述第一支路端口。若该支路上下波结构为第二支路上下波结构，前述第一端口为第四光波导连接端口，第二端口即为前述第二支路端口。
支路上下波结构被配置为在接收到逻辑控制指令后，基于逻辑控制指令控制第二端口与2N个第一端口中的一个第一端口的连接导通，与其他第一端口的连接断开。如此，支路上下波结构中的一个路径导通，其他路径关闭。该支路上下波结构支持仅有一种波长的光信号通过，或者不同波长的光信号分时段通过(即某一时刻仅有一种波长的光信号通过)。采用该支路上下波结构可以通过逻辑控制指令控制光信号的上下波，光波导模块的制造成本进一步降低。
可选地，M满足：2N-1＜M≤2N。如此，级联光开关结构的结构类似于一个二叉树结构，该级联光开关结构包括N级开关，每级开关包括至少一个开关，按照该N级开关中开关数量由小到大的顺序，前N-1级开关中，每个开关具有两个下级开关，即两个下级分支，第N级开关中每个开关具有两个下级分支，分别为两个第一端口。对应的，前述逻辑控制指令包括N个比特位，通过该N个比特位可以采用二进制的方式分别指示该M种路径，该N个比特位占用的存储空间较少，通信开销较少。例如，2N-1＜M＜2N，如1×12级联光开关结构，N＝4；如1×20级联光开关结构，N＝5；如1×40级联光开关结构，N＝6。
又例如，M＝2N，图17至图19分别为1×8级联光开关结构、1×32级联光开关结构和1×64级联光开关结构的示意图。如图17至图19所示，其中，1×8级联光开关结构的开关级数为3，包括一个第二端口和8个第一端口。示例的，逻辑控制指令为111指示第二端口A与第一端口B的连接导通，第二端口A与其他第一端口的连接断开；逻辑控制指令为110指示第二端口A与第一端口C的连接导通，第二端口A与其他第一端口的连接断开；逻辑控制指令为000指示第二端口A与第一端口D的连接导通，第二端口A与其他第一端口的连接断开。1×32级联光开关结构的开关级数为5，包括一个第二端口和32个第一端口。示例的，逻辑控制指令为11001指示第二端口E与第一端口F的连接导通，第二端口E与其他第一端口的连接断开；逻辑控制指令为01011指示第二端口E与第一端口G的连接导通，第二端口E与其他第一端口的连接断开。1×64级联光开关结构的开关级数为6，包括一个第二端口和64个第一端口。示例的，逻辑控制指令为011000指示第二端口H与第一端口I的连接导通，第二端口H与其他第一端口的连接断开。
值得说明的是，前述光波导模块中，仅以光波导结构34包括位于不同层的两个光波导、第一光波导通道以及光开关为例进行说明，实际实现时，前述光波导模块中至少一个光波导结构34还可以包括介质层等结构。
传统的光交换设备(如接入站点)中，采用静态光分插复用器(Fixed OpticalAdd/Drop Multiplexer，FOADM)来实现光交换设备光层的功能。但是，FOADM中支路端口的所有通道需要进行波长标定，即端口是有色的，每个特定型号的FOADM只能上传和下载相应的标定的波长，导致FOADM的单板类型多，仓储成本高，运维困难。例如，对于可传输120种波长的一个光交换设备，若支持4个上传光信号的支路端口以及4个下载光信号的支路端口，该站点需要设置30种标定波长的FOADM单板。
相关技术中，还提出将骨干网可重构光分插复用(Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer，ROADM)系统中的波长选择开关(Wavelength Selective Switching，WSS)技术应用到光交换设备中。但是，由于WSS制造复杂，成本高，难以在光交换设备中大规模使用。
本申请实施例提供的光波导模块，由于通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，通过合分波器输入线路波长的光信号，通过线路穿通端口输出与另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，(或者通过线路穿通端口接收另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，通过合分波器输出线路波长的光信号)通过第一支路上下波结构可以进行本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载，实现在一个方向上的线路波长的光信号传输。进一步的，通过在光波导模块中设置光开关，例如每个光波导结构包括至少一个光开关，从而实现光信号的选路，无需标定支路端口所对应的波长，实现无色上下波。
如图16所示，线路端口输入的一组波长的光信号，经过合分波器分开后，可以通过连接器输出线路穿通波长的光信号，也可以通过第一支路上下波结构或第二支路上下波结构输出支路波长的光信号。整个光波导模块中的波长无需标定，通过简单的结构即可实现无色化的波长穿通与本地下载。
图20是本申请一示意性实施例提供的一种光交换设备40的示意图，该光交换设备可以为接入站点，如图20所示，包括：
通信结构41，该通信结构41包括两个光波导模块411，两个光波导模块411通过各自的线路穿通端口连接，两个光波导模块411的线路端口分别与不同方向(direction)的线路连接。例如两个线路端口分别连接西向w和东向e的线路。每个光波导模块411的结构可以参考前述光波导模块30的结构。可选地，该两个光波导模块411中的一个光波导模块411的支路上下波结构(如第一支路上下波结构或第二支路上下波结构)的支路端口为上波端口，用于上传光信号，另一光波导模块411的支路上下波结构(如第一支路上下波结构或第二支路上下波结构)的支路端口为下波端口，用于下载光信号。
本申请实施例中，通信结构41中的两个光波导模块的连接器的实现方式不同，两个光波导模块的连接方式也不同。图21至图25分别为本申请实施例提供的几种通信结构的示意图。图21至图25分别为连接器为：合分波器、AWG、带有MPO的光缆和带有光纤插芯的光纤阵列的通信结构的示意图。图21中两个光波导模块的连接器为多芯连接器，分别为多芯连接器1和多芯连接器2，多芯连接器1和多芯连接器2的线路穿通端口连接；图22中两个光波导模块的连接器为合分波器，分别为合分波器1和合分波器2，可选地，如图23所示，图23假设合分波器1为AWG0，合分波器2为AWG1，AWG0和AWG1的线路穿通接口通过光纤连接；图24中两个光波导模块的连接器为与光缆连接的多芯连接器，分别为MPO-a和MPO-b，MPO-a和MPO-b的线路穿通端口通过光缆连接；图25中两个光波导模块的连接器为与光纤阵列连接的光纤插芯(图25中未标示)，两个光波导模块中与光纤插芯连接的光纤阵列1和光纤阵列2的一一对应连接。在图21至图25中，假设两个光波导模块与线路连接的合分波器分别为AWG-a和AWG-b，第一支路上下波结构和第二支路上下波结构均为AWG，其中，AWG-a的线路端口为线路的光信号入口(in)，AWG-b的线路端口为光信号出口(out)，每个光波导模块的第二支路上下波结构包括AWG2至AWG4，第一支路上下波结构为AWG5，其中，AWG-a所在光波导模块中的AWG2至AWG5的支路端口(包括AWG2至AWG4的第一支路端口，以及AWG5的第二支路端口)分别为下波(down wave)端口DM1至DM4，AWG-b所在光波导模块中的AWG2至AWG5的支路端口(包括AWG2至AWG4的第一支路端口，以及AWG5的第二支路端口)分别为上波(addwave)端口AM4至AM1。需要说明的是，图21和图25中的结构只是示意性说明，本申请实施例并不限定支路上下波结构以及与线路连接的合分波器的结构以及数量。
图26是本申请一示意性实施例提供的另一种光交换设备的结构示意图。如图26所示，光交换设备40包括两组通信结构41，两组通信结构41的线路端口连接的线路的光信号传输方向相反。可选地，前述光交换设备40还可以包括控制器，用于进行光信号传输方向的控制，实现光信号的选路。该控制器与光交换设备40中的光开关连接，通过控制光开关来进行选路控制。当光交换设备中的支路上下波结构为级联光开关结构(例如图17至图19所示的级联光开关结构)，该控制器还可以生成逻辑控制指令，以对级联光开关结构进行控制。当光波导模块30为光芯片时，该控制器集成在光芯片上或设置在光芯片外部。该光交换设备40可以为一个整体的芯片，或者至少两个芯片连接形成的芯片集合。
图27是本申请实施例提供的一种光交换设备40的结构示意图，如图27所示，假设该光交换设备包括4个通信结构，分别是通信结构41a至41d，其中，在线路侧，通信模块41a和通信模块41b支持西向w的光信号传输；通信模块41c和通信模块41d支持东向e的光信号传输。其中，通信模块41a的合分波器的线路端口输入西向w的光信号，通信模块41b的合分波器输出东向e的光信号，通信模块41a和通信模块41b的连接器的线路穿通端口互连；通信模块41c的合分波器的线路端口输入东向e的光信号，通信模块41d的合分波器输出西向w的光信号，通信模块41c和通信模块41d的线路穿通端口互连。在支路侧，通信模块41a的m个第二支路上下波结构的第二支路端口以及1个第一支路上下波结构的第一支路端口，以及通信模块41c的m个第二支路上下波结构的第一支路端口以及1个第一支路上下波结构的第二支路端口，组成2m+2个用于下载线路波长的支路端口；通信模块41b的m个第二支路上下波结构的第二支路端口以及1个第一支路上下波结构的第一支路端口，以及通信模块41d的m个第二支路上下波结构的第二支路端口以及1个第一支路上下波结构的第一支路端口，组成2m+2个用于上传本地波长的支路端口。其中，图27假设连接器为合分器或多芯连接器，假设第一支路上下波结构和第二支路上下波结构均为合分波器，但是并不对连接器和支路上下波结构的具体实现方式进行限定。需要说明的是，图27未绘制光开关，光开关的位置和结构可以参考前述实施例。
本申请实施例提供的光交换设备，线路侧具有西向w和东向e的线路波长穿通功能，同时两个线路方向与本地设备之间可以实现所有波长的自由无阻塞上下波，由此可以构建结构简单的光波导系统，例如该光波导系统为光传输网络，如波分网络或城域网等。
本申请实施例提供的光交换设备，由于通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，每个通信结构中的一个光波导模块可以通过合分波器输入线路波长的光信号，通过线路穿通端口输出与另一光波导模块穿通的线路波长的光信号，另一个光波导模块通过线路穿通端口输入线路波长的光信号，通过合分波器输出线路波长的光信号，从而实现在一个方向上的线路波长的光信号传输。并且该通信结构中每个光波导模块的支路端口还支持本地波长的光信号的上传，或线路波长的光信号的下载。进一步的，通过在光波导模块中设置光开关，例如每个光波导结构包括至少一个光开关，从而实现光信号的选路，无需标定支路端口所对应的波长，实现无色上下波。当光交换设备包括两个通信结构，可以实现两个方向的线路波长的光信号的传输。如此通过简单的结构即可实现光交换设备的全部功能。
相比于设置有FOADM的光交换设备，本申请实施例提供的光交换设备对满足光波导系统适用范围内的往返于光交换设备的线路中的波长数量、波长方向和波长组合方式均不做限制(比如光波导系统适配C波段120波的密集型光波复用(DWDM：Dense WavelengthDivision Multiplexing，DWDM)光纤，则线路波长只要在该C波段120波的范围内，则无论波长数量、波长方向和波长组合方式等随意变化，该光交换设备均无需做硬件更改和配置)，如此可以有效提升光交换设备的灵活性，降低运维成本，加速部署效率。此外，由于光交换设备满足无色上下波，则一种类型的光交换设备可以适用于整个环网中，提高了光交换设备的适用性，实现了器件的归一化，降低仓储成本。
图28是本申请一示意性实施例提供的一种光波导系统50的结构示意图。如图28所示，该光波导系统包括：至少两个光交换设备51，至少两个光交换设备51通过光纤连接。至少一个光交换设备51可以采用本申请实施例提供的光交换设备的结构，其结构参考前述光交换设备40。可选地，该光波导系统中的每个光交换设备都可以采用前述光交换设备40的结构。示例的，该光波导系统可以为图14所示的环网结构，例如，其可以为波分网或城域网。
本申请实施例提供的光波导系统，由于光交换设备中，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，相较于FOADM和WSS，插损有效降低。并且，每个光交换设备实现无色上下波，光交换设备的适用性较高，实现了器件的归一化，降低仓储成本。
图29是本申请一示意性实施例提供的一种光波导结构的制造方法的流程示意图，如图29所示，包括：
S601、在衬底基板上形成层叠的至少两个光波导。
S602、在至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与第一光波导和第二光波导物理连接。
综上所述，本申请实施例提供的光波导结构的制造方法，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同层光波导之间的光信号的传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导结构的集成度，实现光波导结构的小型化。
图30是本申请一示意性实施例提供的另一种光波导结构的制造方法的流程示意图，如图30所示，包括：
S701、在衬底基板上形成层叠的至少两个光波导。
其中，每层光波导的制造工艺可以参考采用硅光工艺或PLC制造工艺。示例的，以在衬底基板上形成第f层光波导为例，f为正整数，第f层光波导包括至少一个光波导。该第f层光波导的制造过程包括：在衬底基板上采用沉积、涂覆或溅射工艺形成光波导材料层；对光波导材料层执行一次构图工艺得到该第f层光波导。该一次构图工艺包括：光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离。
S702、在衬底基板上每形成一层光波导后，形成一层介质层。
其中，两个光波导之间的第一光波导通道位于两个光波导之间的介质层中，介质层的折射率小于第一光波导通道的折射率。在衬底基板上每形成一层光波导后，可以采用沉积、涂覆或溅射工艺形成一层介质层。
S703、在至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，该第一光波导通道的两端分别与第一光波导和第二光波导物理连接。
本申请实施例中，可以通过对第一光波导和第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成第一光波导通道。该离子掺杂的过程可以有多种实现方式，本申请实施例以以下几种可选示例为例进行说明：
在第一种可选示例中，第一光波导相对于第二光波导远离衬底基板；可以通过在第一光波导所在侧进行离子掺杂形成第一光波导通道。该过程包括：在形成第一光波导后，将掩膜版设置在第一光波导远离衬底基板的一面上，该掩膜版具有镂空区域，通过掩膜版的覆盖可以避免离子掺杂过程对第一光波导非掺杂区域(即掩膜版镂空区域之外的区域所覆盖处)的影响。示例的，该掩膜版可以为光刻胶掩膜版或金属掩膜版。通过第一光波导从掩膜版的镂空区域露出的部分对第一光波导与第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在两个光波导之间形成第一光波导通道。图31是本申请一示意性实施例提供的一种第一光波导通道的制造过程示意图。如图31所示，图31假设衬底基板14上依次形成了第二光波导11b、介质层13和第一光波导11a，掩膜版8设置在第一光波导11a远离衬底基板的一侧，即图31的上方，设置掩膜版8后，第一光波导11a的部分从掩膜版的镂空区域81露出，采用离子枪照射第一光波导11a从掩膜版的镂空区域露出的部分，该离子枪用于将离子源产生的离子经加速后形成高速离子束，该离子束通过该露出的部分依次进入第一光波导11a和介质层13中，在第一光波导11a和第二光波导11b的介质层13中形成第一光波导通道12，图32是本申请一示意性实施例提供的另一种第一光波导通道的制造过程示意图，图32显示了该第一光波导通道12形成过程中的示意结构。之后，移除掩膜版8。形成第一光波导通道12的光波导结构如图8所示。
在第二种可选示例中，第一光波导相对于第二光波导远离衬底基板；可以通过在第二光波导所在侧进行离子掺杂形成第一光波导通道。该过程包括：在形成第一光波导后，将掩膜版设置在衬底基板远离第二光波导的一面上，该掩膜版具有镂空区域；通过衬底基板从掩膜版的镂空区域露出的部分对第一光波导与第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在两个光波导之间形成第一光波导通道。图33是本申请一示意性实施例提供的又一种第一光波导通道的制造过程示意图。如图33所示，图33假设衬底基板14上依次形成了第二光波导11b、介质层13和第一光波导11a，掩膜版8设置在衬底基板14远离第二光波导11b的一侧，即图33的下方，设置掩膜版8后，衬底基板14的部分从掩膜版的镂空区域81露出，采用离子枪照射衬底基板14从掩膜版的镂空区域露出的部分，该离子枪用于将离子源产生的离子经加速后形成高速离子束，该离子束通过该露出的部分依次进入衬底基板14、第二光波导11b和介质层13中，在第一光波导11a和第二光波导11b的介质层13中形成第一光波导通道12。之后，移除掩膜版8。形成第一光波导通道12的光波导结构如图8所示。
通过前述两种可选示例所提供的离子掺杂工艺形成的第一光波导通道为离子掺杂通道，如图8所示，该第一光波导通道12的基质和介质层13的基质的晶格原子排布结构是一致的，例如均为六面体或八面体。该第一光波导通道12相对于介质层13，不改变晶格原子排布结构，只取代了至少部分原子。
值得说明的是，图33是以离子枪从下方照射掩膜版为例对前述离子掺杂过程进行示意性说明，本申请实施例在实际实现时，还可以将形成有第二光波导11b、介质层13和第一光波导11a的衬底基板14翻转，翻转后的衬底基板14位于上方，然后再在衬底基板14远离第二光波导11b的一侧设置掩膜版8，并进行离子束的照射，在完成离子掺杂后，再次将形成有第二光波导11b、介质层13和第一光波导11a的衬底基板14翻转，使得衬底基板14位于下方。如此，离子枪从上方照射掩膜版进行离子掺杂，操作更为简便。
前述两种可选示例中，在设置掩膜版时，沿第一光波导和第二光波导的层叠方向，掩膜版的镂空区域可以位于第一光波导和第二光波导的重叠区域(如图4和图5中的阴影区域)内，如此，该第一光波导通道12在衬底基板上的正投影位于掩膜版的镂空区域在该衬底基板的正投影内，便于离子掺杂工艺的执行。
本申请实施例中，在每两层光波导之间进行离子掺杂形成第一光波导通道的过程可以参考前述两种可选示例中，在第一光波导和第二光波导之间进行离子掺杂形成第一光波导通道的过程。
在形成第一光波导通道后，还可以执行退火等工艺来提高第一光波导通道的稳定性。
S704、在衬底基板上形成与第一光波导连接的光开关。
在衬底基板上形成与第一光波导连接的光开关的过程可以参考相关技术，本申请实施例对此不做赘述。
值得说明的是，当光波导结构为光芯片时，前述光波导结构的制造方法还包括芯片封装的过程。光波导结构中的其他位于不同层的两个光波导以及两者之间的第一光波导通道的制造过程可以参考前述第一光波导、第二光波导以及两者之间的第一光波导通道的制造过程，本申请实施例对此不再赘述。
需要说明的是，本申请实施例提供的光波导结构的制造方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本申请的保护范围之内，因此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的光波导结构的制造方法，通过第一光波导通道分别与位于不同层的两个光波导物理连接，实现不同层光波导之间的光信号的传输，减少同层交叉型光波导的使用，减少光波导在同一层的交叉，从而减少光信号传输的插损，提高光信号的传输质量。并且，由于光波导结构的光波导层叠设置，不再局限于一个平面中，可以有效保证光波导结构的集成度，实现光波导结构的小型化。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体步骤，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。术语“至少一个”表示一个或至少两个。在本申请中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“至少两个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。“A参考B”，指的是A与B相同，或者A在B的基础上进行简单变形。
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间惟一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。两个光波导位于不同层，指的是两个光波导不共面。两者距离同一平面的垂直距离不同，例如该同一平面为衬底基板所在面。
实际应用中，受光波导制造工艺误差的影响，可能无法达到严格的垂直、平行等，并且尺寸也可能会存在误差，本申请实施例所述的平行、垂直、尺寸等为大致的垂直、平行以及大致的尺寸，例如，本申请实施例中的垂直可以是夹角为87度、88度、91度、93度等等，平行可以是夹角为2度、3度、5等等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (31)

1.一种光波导结构，其特征在于，包括：
层叠设置的至少两个光波导，所述至少两个光波导包括第一光波导和第二光波导，所述第一光波导和所述第二光波导位于不同层；
所述第一光波导和第二光波导之间设置有第一光波导通道，所述第一光波导通道的两端分别与所述第一光波导和所述第二光波导物理连接；
所述第一光波导通道的延伸方向与所述第一光波导所在平面倾斜，且所述第一光波导通道的延伸方向与所述第二光波导所在平面倾斜。
2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于，沿所述第一光波导和所述第二光波导的层叠方向，所述第一光波导和所述第二光波导之间设置有介质层，所述第一光波导通道位于所述介质层中，所述介质层的折射率小于所述第一光波导通道的折射率。
3.根据权利要求1或2所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导通道为离子掺杂通道。
4.根据权利要求1或2所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导通道的折射率与所述第一光波导的折射率的差值的范围为0.5％～50％，和/或，所述第一光波导通道的折射率与所述第二光波导的折射率的差值的范围为0.5％～50％。
5.根据权利要求1或2所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导结构为光芯片。
6.根据权利要求1或2所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导通道通过全反射实现所述第一光波导和所述第二光波导之间的光信号传输。
7.根据权利要求1或2所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导位于所述第二光波导的上层；所述光波导结构还包括：
与所述第一光波导连接的光开关，所述光开关用于进行光信号的选路，使得所述光信号沿所述第一光波导传输或沿所述第二光波导传输。
8.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导结构包括至少两个光开关，所述第一光波导上连接的光开关的数量与所述第一光波导上连接的第一光波导通道的数量相同，所述第一光波导连接的第一光波导通道与所述第一光波导上的光开关一一交替排列。
9.根据权利要求8所述的光波导结构，其特征在于，所述光波导结构包括至少两个第二光波导，所述第二光波导的数量与所述第一光波导通道的数量相同。
10.根据权利要求1、2、8或9所述的光波导结构，其特征在于，沿所述第一光波导和所述第二光波的层叠方向，所述第一光波导的第一区域和所述第二光波导的第二区域在平行于第一光波导和第二光波导的一个平面上的投影重叠，所述第一光波导通道连接所述第一区域和所述第二区域。
11.根据权利要求1、2、8或9所述的光波导结构，其特征在于，所述至少两个光波导还包括第三光波导，所述第三光波导和所述第一光波导、所述第二光波导分别位于不同层，所述第三光波导和所述第二光波导之间设置有第二光波导通道，所述第二光波导通道的两端分别与所述第二光波导和所述第三光波导物理连接。
12.根据权利要求1、2、8或9所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导和第二光波导之间的间隙的厚度范围为500nm～5um。
13.根据权利要求1、2、8或9所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导通道的横截面的长度或宽度的范围为500nm～5um，所述横截面垂直于所述第一光波导和所述第二光波导的层叠方向。
14.根据权利要求1、2、8或9所述的光波导结构，其特征在于，所述第一光波导通道的延伸方向与所连接的任意一个光波导所在平面所成的角度范围为45°～135°。
15.一种光波导模块，其特征在于，包括：合分波器、第一支路上下波结构、连接器和至少两个如权利要求1至14任一所述的光波导结构，
所述合分波器具有线路端口和至少两个第一光波导连接端口，所述合分波器的至少两个第一光波导连接端口分别与所述至少两个光波导结构的第一光波导的第一端连接；
所述第一支路上下波结构具有第一支路端口和至少两个第二光波导连接端口，所述第一支路上下波结构的至少两个第二光波导连接端口分别与所述至少两个光波导结构的第一光波导的第二端连接，所述第一支路端口用于上传或下载光信号；
所述连接器具有线路穿通端口和至少两个第三光波导连接端口，所述连接器的至少两个第三光波导连接端口分别与所述至少两个光波导结构中每个光波导结构的一个第二光波导的第二端连接，所述线路穿通端口被配置为与另一光波导模块的线路穿通端口连接，所述第一光波导连接端口的数量、所述第二光波导连接端口的数量、所述第三光波导连接端口的数量均与所述光波导结构的数量相同。
16.根据权利要求15所述的光波导模块，其特征在于，每个所述光波导结构还包括：n个第四光波导，所述第四光波导与所述第一光波导位于不同层，所述第一光波导和每个所述第四光波导之间设置有第三光波导通道，所述第三光波导通道的一端与所述第一光波导连接，另一端和一个所述第四光波导的第一端连接，所述n为正整数。
17.根据权利要求16所述的光波导模块，其特征在于，
所述光波导模块还包括m个第二支路上下波结构，所述第二支路上下波结构具有第二支路端口和第四光波导连接端口，所述m个第二支路上下波结构的第四光波导连接端口分别与所述至少两个光波导结构中每个光波导结构的一个第四光波导的第二端连接，所述第二支路端口用于上传或下载光信号，所述第四光波导连接端口的数量与所述光波导结构的数量相同。
18.根据权利要求16或17所述的光波导模块，其特征在于，每个所述光波导结构中第一光波导和第二光波导的延伸方向垂直，所述n个第四光波导的延伸方向平行。
19.根据权利要求15至17任一所述的光波导模块，其特征在于，所述连接器为多芯连接器、合分波器、用于与光缆连接的并行光纤插拔接口或用于与光纤阵列连接的光纤插芯。
20.根据权利要求17所述的光波导模块，其特征在于，所述第一支路上下波结构和/或第二支路上下波结构为合分波器。
21.根据权利要求17所述的光波导模块，其特征在于，所述第一支路上下波结构和第二支路上下波结构中的任意一个支路上下波结构为具有2N个第一端口，一个第二端口的级联光开关结构，N为正整数；
所述支路上下波结构被配置为在接收到逻辑控制指令后，基于所述逻辑控制指令控制所述第二端口与2N个第一端口中的一个第一端口的连接导通，与其他第一端口的连接断开。
22.根据权利要求21所述的光波导模块，其特征在于，所述逻辑控制指令包括N个比特位。
23.一种光交换设备，其特征在于，包括：
通信结构，所述通信结构包括两个如权利要求15至22任一所述的光波导模块，两个所述光波导模块通过各自的线路穿通端口连接，两个所述光波导模块的线路端口分别与不同方向的线路连接。
24.根据权利要求23所述的光交换设备，其特征在于，所述光交换设备包括两组所述通信结构，两组所述通信结构的线路端口连接的线路的光信号传输方向相反。
25.一种光波导系统，其特征在于，包括：至少两个如权利要求23或24所述的光交换设备，所述至少两个光交换设备通过光纤连接。
26.一种光波导结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上形成层叠的至少两个光波导；
在所述至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，所述第一光波导通道的两端分别与所述第一光波导和所述第二光波导物理连接，所述第一光波导通道的延伸方向与所述第一光波导所在平面倾斜，且所述第一光波导通道的延伸方向与所述第二光波导所在平面倾斜。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述衬底基板上每形成一层光波导后，形成一层介质层，其中，所述第一光波导和所述第二光波导之间的第一光波导通道位于所述第一光波导和所述第二光波导之间的介质层中，所述介质层的折射率小于所述第一光波导通道的折射率。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述在所述至少两个光波导中位于不同层的第一光波导和第二光波导之间形成第一光波导通道，包括：
通过对所述第一光波导和所述第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成所述第一光波导通道。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光波导相对于所述第二光波导远离所述衬底基板；所述通过对所述第一光波导和所述第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成所述第一光波导通道，包括：
在形成所述第一光波导后，将掩膜版设置在所述第一光波导远离所述衬底基板的一面上，所述掩膜版具有镂空区域；
通过所述第一光波导从所述掩膜版的镂空区域露出的部分对所述第一光波导与所述第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在所述第一光波导和所述第二光波导之间形成所述第一光波导通道。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光波导相对于所述第二光波导远离所述衬底基板；所述通过对所述第一光波导和所述第二光波导之间的介质层进行离子掺杂形成所述第一光波导通道，包括：
在形成所述第一光波导后，将掩膜版设置在所述衬底基板远离所述第二光波导的一面上，所述掩膜版具有镂空区域；
通过所述衬底基板从所述掩膜版的镂空区域露出的部分对所述第一光波导与所述第二光波导之间的介质层进行离子掺杂，以在所述第一光波导和所述第二光波导之间形成所述第一光波导通道。
31.根据权利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述衬底基板上形成与所述第一光波导连接的光开关。
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