CN114895502B - 一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列 - Google Patents

一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列，包括基于厚Si3N4波导的对称马氏干涉仪光开关阵列、包括基于厚Si3N4波导经色散工程的具有不同尺寸的微环谐振腔。通过二叉树型与级联型两种光开关切换网络改变入射光的路径，使得入射光耦合到不同尺寸的微环谐振腔里。通过热电极快速改变干涉仪两臂相位差实现光路切换，切换时间小于60μs；通过热电极快速调谐微环的谐振峰，控制光源频率与谐振峰的失谐量，进而激发出不同重频的单孤子微光梳。本发明适用于高频微波与毫米波信号产生、微波光子滤波、多光梳测量技术、光通讯收发模块、光计算等氮化硅集成光路光学器件系统中，具有重频调节范围大、光开关切换速度快、尺寸紧凑等优点。

Description

一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳 阵列
技术领域
本发明具体涉及一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列，属于微波光子、光通信技术等技术领域。
背景技术
光频梳技术是一种产生时域周期性光脉冲，频域上具有等频率间隔(重频)的梳状频谱的光信号，在精密测量、微波光子、光通信等方面应用广泛。随着半导体微纳加工技术的进步，近年来基于光电集成芯片的微光梳技术逐渐崭露头角，具备传统光频梳技术难以实现的高重频，如何调控重频、产生高质量的微光梳信号，成为相关领域的研究热点。
氮化硅-Si3N4(Silicon Nitride)是CMOS工艺中常用的钝化材料，经低压化学蒸发沉积的氮化硅薄膜波导由于其出色的薄膜性质，显著降低了传输损耗。受益于其与二氧化硅之间较大的折射率对比，使得光信号可以很好地限制在氮化硅波导中传输。氮化硅具有较高的三阶非线性系数，厚氮化硅波导(波导厚度大于600nm)进一步提升了模式束缚能力，且有利于色散工程，既能实现正色散、也能实现反常色散，是克尔微光梳的核心使能者，同时其加工工艺可与微电子CMOS工艺兼容，能大规模集成光学器件，极大地降低成本。目前，基于氮化硅微光梳产生技术是最成熟的微光梳技术。
在微波光子、光纤通信等诸多实际应用，对不同重频孤子微光梳的需求是迫切的。到目前为止，基于单一微环的重频调谐范围受限于固定的尺寸，通过调节失谐量，仅能实现小于0.1％左右的重频变化；通过激发高阶孤子微光梳，仅能实现整数倍重频(frep)变化，如双孤子微光梳的重频为2frep,三孤子微光梳的重频为3frep等等，调谐范围不够灵活，且高阶孤子脉冲稳定性劣于单孤子。因此，设计一种基于光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列具有很大的研究与工程意义。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列，现有的微光梳产生技术大多基于单个微环，受限于固定的尺寸，其重频调谐范围极其有限，本发明突破了单一微环尺寸的限制，通过光开关切换网络访问不同尺寸的微环，直接实现了重频大范围重构，适用于大频率范围的高频微波与毫米波信号产生、微波光子滤波技术、多光梳测量技术、光通讯收发模块、光计算等氮化硅集成光路光学器件系统中。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于光开关切换网络的重频大范围可调氮化硅微光梳阵列，其特征在于，所述阵列包括基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列和基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列。
基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列中，其波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)以及微光梳阵列(3)；输入的准TE光经第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)组成的二叉树型光开关网络，光路可以动态切换到4个不同端口，分别于微光梳阵列(3)中的4个尺寸不同的微环相耦合，进而产生4种重频不同的孤子微光梳。
二叉树型中，所有波导结构基于800nm厚氮化硅波导，束缚光场能力强，弯曲半径小，能实现紧凑的光开光网络并兼具较低的传输损耗。
二叉树型中，所述第一级光开关(1)由一分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极A里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出，进而进入第二级光开关阵列(2)中的上半区；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出，进而进入第二级光开关阵列(2)中的下半区。
二叉树型中，所述第二级光开关阵列(2)由两个光开关组成，与第一级光开关(1)中的结构完全一致，通过调整热电极B的电压，输入光路径动态切换到端口I与II；通过调整热电极C的电压，输入光路径动态切换到端口III与IV。结合(1)与(2)，可以实现4种路径切换。
二叉树型中，所述微光梳阵列(3)由4种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳。不同尺寸的微环具有不同的自由传输谱(FSR)，不同的FSR决定了不同的重频。
二叉树型中，网络每一层所有结点都有两个子结点，第N级光开关阵列由2N个光开关组成，可以实现2N种路径切换；可以控制最多2N个不同的微环产生2N种不同重频的微光梳。
基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列中，波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)、第三级光开关阵列(3)和微光梳阵列(4)；输入的准TE光经第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)、第三级光开关阵列(3)组成的级联型光开关网络，光路动态切换到3个不同路径，分别于微光梳阵列(4)中的3个尺寸不同的微环相耦合，进而产生3种重频不同的孤子微光梳。
级联型中，所述波导结构基于800nm厚氮化硅波导，束缚光场能力强，弯曲半径小，能实现紧凑的光开光网络并兼具较低的传输损耗。
所述第一级光开关(1)由一分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极A里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出。
级联型中，第二级光开关阵列(2)、第三级光开关阵列(3)均由二分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极B、C里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从直通端输出；当相位差为0时，输入光从交叉端输出；
级联型中，当第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)处于直通状态和第三级光开关阵列(3)处于交叉状态时，微环I可以被访问；当第一级光开关(1)处于交叉状态和第二级光开关阵列(2)、第三级光开关阵列(3)处于直通状态时，微环II可以被访问；当第一级光开关(1)、第二级光开关阵列(2)处于交叉状态和第三级光开关阵列(3)处于直通状态时，微环III可以被访问。
级联型光开关切换网络具有M级光开光时，实现M种路径切换，控制最多M个不同的微环产生M种不同重频的微光梳。
级联型中，所述微光梳阵列(4)由3种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳，不同尺寸的微环具有不同的FSR，不同的FSR决定了不同的重频。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该方案中一类基于基于光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，包括厚Si3N4条形波导组成的光开关阵列与微环谐振腔阵列：所有波导结构均为内嵌在SiO2里的厚Si3N4波导，部分波导上方沉积了金属层，作为热电极引入局部温度变化。所述的光开关单元由一对3dB分束、合束的MMI连接组成。光开关的切换基于热光效应，通过改变其中一臂的折射率，改变合束前两路光的相位差，进而实现光路切换。当不施加电压时，合束前的两束光具有相同的相位，输入光最终进入交叉端；当外加电压使得合束前的两束光的相位差为π，输入光最终进入直通端。输入光的路径不同，就能访问不同尺寸的微环。不同尺寸的微环具有不同的FSR，不同的FSR决定了不同的重频。通过热电极快速调谐微环的谐振峰，控制光源频率与谐振峰的失谐量，进而激发出不同重频的单孤子微光梳，实现可重构重频。相比于单一微环的微光梳调谐技术，本发明突破了单个微环尺寸的限制，极大地扩展了重频覆盖范围，不同尺寸的微环相互独立，使得重频设计具有极高的自由度潘；
2)本发明的光开光切换网络基于800nm厚氮化硅波导，束缚光场能力强，弯曲半径小，能实现更为紧凑的光开光网络并兼具较低的传输损耗。氮化硅在光纤通信C波段没有双光子吸收效应，因此能耐受W级别的光强，是绝缘体上硅平台的十倍，此特性有利于本网络进一步拓展；
3)本发明提出的二叉树型与级联型光开关切换网络均具备极强的拓展性，受控的微环阵列在物理上被隔离开，互不干扰，二叉树型光开光网络，级联型光开光网络布局更灵活，两者均能实现大规模微光梳阵列切换。
4)本发明应用在高频微波与毫米波信号产生、微波光子滤波、多光梳测量技术、光通讯收发模块等氮化硅集成光路光学器件系统中。并且，本发明依托的制作工艺与CMOS相兼容，能大规模量产，极大地节约芯片成本。
5)该方案中所述的波导结构均为厚Si3N4条形波导，具有极低的传输损耗、且能经过色散调控实现光纤通信C波段反常色散，进而产生克尔微光梳，所述的微光梳阵列具有不同的尺寸，因此具有不同的FSR，进而决定了不同的重频，以满足多种应用场景的需求。
6)所述的热电极与波导层间隔1.7-2μm,极大地降低了金属引入的吸收损耗，又能实现折射率快速调谐,所述的光开关单元是一种对称型马氏干涉仪，光路切换时间优于60μs。
附图说明
图1为本发明的二叉树型光开关网络控制微光梳阵列结构示意图。
图2为本发明的级联型光开关网络控制微光梳阵列结构示意图。
图3为本发明的四种不同重频的孤子光梳输出光谱图。
图4为本发明的光开关工作示意图。
图5为本发明的波导温度变化仿真结果与波导温度分布示意图。
图6为本发明的波导截面示意图。
图7为本发明的每一级光开光节点施加电功率与受控微环的关系示意表。
图中：1、第一级光开关，2、第二级光开关阵列，3、第三级光开关阵列，4、微光梳阵列，A、热电极，B、热电极，C、热电极；
I、II、III、IV：输出端口；
①:第一级光开光波导1；②第一级光开光波导2；
③:第一级光开光输出波导1；④:第一级光开光输出波导2；
⑤:第二级光开光节点2波导1；⑥:第二级光开光节点2波导2；
⑦:第二级光开光节点2输出波导1；⑧:第二级光开光节点2输出波导2；
⑨:第二级光开光节点3波导1；⑩:第二级光开光节点3波导2；
Figure BDA0003615673730000051
:第二级光开光节点3输出波导1；
Figure BDA0003615673730000052
:第二级光开光节点3输出波导2；
Figure BDA0003615673730000053
:第三级光开光波导1；
Figure BDA0003615673730000054
:第三级光开光波导2；
Figure BDA0003615673730000055
:第三级光开光输出波导1；
Figure BDA0003615673730000056
第三级光开光输出波导2。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列中，其波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关1、第二级光开关阵列2以及微光梳阵列3；输入的准TE光经第一级光开关1、第二级光开关阵列2组成的二叉树型光开关网络，光路可以动态切换到4个不同端口，分别于微光梳阵列3中的4个尺寸不同的微环相耦合，进而产生4种重频不同的孤子微光梳。
所有波导结构基于800nm厚氮化硅波导，束缚光场能力强，弯曲半径小，能实现紧凑的光开光网络并兼具较低的传输损耗。
所述第一级光开关1由一分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极A里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出，进而进入第二级光开关阵列2中的上半区；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出，进而进入第二级光开关阵列2中的下半区。
所述第二级光开关阵列2由两个光开关组成，与第一级光开关1中的结构完全一致，通过调整热电极B的电压，输入光路径动态切换到端口I与II；通过调整热电极C的电压，输入光路径动态切换到端口III与IV。结合第一级光开关1和第二级光开关阵列2，可以实现4种路径切换。
所述微光梳阵列3由4种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳。不同尺寸的微环具有不同的自由传输谱(FSR)，不同的FSR决定了不同的重频。
二叉树型中，网络每一层所有结点都有两个子结点，第N级光开关阵列由2N个光开关组成，可以实现2N种路径切换；可以控制最多2N个不同的微环产生2N种不同重频的微光梳。
实施例2：基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列中，波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关1、第二级光开关阵列2、第三级光开关阵列3和微光梳阵列4；输入的准TE光经第一级光开关1、第二级光开关阵列2、第三级光开关阵列3组成的级联型光开关网络，光路动态切换到3个不同路径，分别于微光梳阵列4中的3个尺寸不同的微环相耦合，进而产生3种重频不同的孤子微光梳。
所述波导结构基于800nm厚氮化硅波导，束缚光场能力强，弯曲半径小，能实现紧凑的光开光网络并兼具较低的传输损耗。
所述第一级光开关1由一分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极A里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出。
第二级光开关阵列2、第三级光开关阵列3均由二分二3dB多模干涉耦合器(MMI)、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极B、C里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从直通端输出；当相位差为0时，输入光从交叉端输出；
当第一级光开关1、第二级光开关阵列2处于直通状态和第三级光开关阵列3处于交叉状态时，微环I可以被访问；当第一级光开关1处于交叉状态和第二级光开关阵列2、第三级光开关阵列3处于直通状态时，微环II可以被访问；当第一级光开关1、第二级光开关阵列2处于交叉状态和第三级光开关阵列3处于直通状态时，微环III可以被访问。
级联型光开关切换网络具有M级光开光时，实现M种路径切换，控制最多M个不同的微环产生M种不同重频的微光梳。
级联型中，所述微光梳阵列4由3种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳，不同尺寸的微环具有不同的FSR，不同的FSR决定了不同的重频。
实施例3：如图1和图2所示，本发明设计了一类基于光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，第一种拓扑结构是二叉树型光开关切换网络；第二种拓扑结构是级联型光开关切换网络。两种网络内部均包含若干不同尺寸的微环谐振腔，用于微光梳的激发。基本结构均为内嵌在SiO2包层里的条形Si3N4波导，作为热电极的金属层位于某一段波导的SiO2上包层上方。所述的Si3N4波导结构包括若干个光开关(每一个光开关均由一分二MMI、对称的弯曲波导与二合二MMI组成的)与若干个不同尺寸的微环谐振腔。对于第一种二叉树型结构，通过分别控制波导②、⑥、⑩电极上的电压，快速切换输入光的路径。当光依次经过第一级光开光→第二级光开光节点2→端口I时,Ring1微环可被激发产生微光梳；当当光依次经过第一级光开光→第二级光开光节点2→端口II时,Ring2微环可被激发产生微光梳；当光依次经过第一级光开光→第二级光开光节点3→端口III时,Ring3微环可被激发产生微光梳；当光依次经过第一级光开光→第二级光开光节点3→端口IV时,Ring4微环可被激发产生微光梳。对于第二种级联型结构，通过分别控制波导②、⑥、
Figure BDA0003615673730000071
电极上的电压，快速切换输入光的路径。当光依次经过：第一级光开光→第一级光开光输出波导2→第二级光开光→第二级光开光输出波导1→第三级光开光→第三级光开光输出波导1时,Ring1微环可被激发产生微光梳；当当光依次经过第一级光开光→第一级光开光输出波导1→第二级光开光→第二级光开光输出波导1→第三级光开光→第三级光开光输出波导1时,Ring2微环可被激发产生微光梳；当光依次经过第一级光开光→第一级光开光输出波导1→第二级光开光→第二级光开光输出波导1→第三级光开光→第三级光开光输出波导2时,Ring3微环可被激发产生微光梳。尺寸不同的微环具有不同的FSR，进而可以获得不同重频的孤子微光梳，最终实现可重构重频。
本发明结构的工作原理是：
当准TE模式的光(图1中X方向偏振)输入时，先经过一分二3dBMMI分束同时进入两个完全对称的弯曲波导中，再经过二合二3dB MMI合束。当外加电压为0时，合束前的两束光具有相同的相位，合束后的光进入交叉端；当外加功率为Pπ时，电功率转化为焦耳热改变了波导的局部温度，根据热光效应改变了波导的折射率，进而使得合束前的两束光的相位差为π，此情况下，合束后的光进入直通端。波导所施加的归一化电功率与两端输出的光强关系如图4所示。基于热光效应能快速改变波导折射率进而改变两臂光程差，响应时间小于60μs。
为了验证本发明能够实现该功能，特列举验证例进行说明。
本验证例所采用：Lugiato-Lefever equation(LLE)数值计算仿真微光梳动力学过程；有限元分析计算仿真波导温度变化。结构为图1所示的两级二叉树光开关网络与4个微环阵列，其中用到的主要参数有：波导的横截面如图6所示，厚度为800nm，宽度1.8μm，且均包裹在二氧化硅中，其上包层厚度为3.3μm，下包层的厚度为4μm，波导内的泵浦光强为100mW；金属电极材料是Pt,宽度6μm,长度450μm，厚度为40nm，金属层距离波导1.7μm，方块电阻为6.38Ω/sq。
每一级光开关均为对称型马氏干涉仪结构，其中的一对3dBMMI实现分束与合束功能，单级光开关的插损约为0.4-0.8dB，其主要来源于两个MMI的插损。光开关的消光比取决于3dBMMI分束的不均匀度，当不均匀度小于2％时，消光比优于-30dB。
光开关阵列可以快速切换输入光的路径，进而选择与不同的微环发生耦合。本验证例中每一级光开光节点施加电功率与受控微环的关系见图7所示。
与控制光开关的原理类似，通过控制微环上方的热电极快速调谐微环的谐振峰，控制光源频率与谐振峰的失谐量，进而激发出不同重频的单孤子微光梳。以图1所示的两级二叉树结构为例，它能实现四种不同重频的单孤子微光梳。利用LLE仿真得到的四种不同重频的孤子微光梳的输出光谱如图3所示，波长范围是1430nm到1730nm。图3-(a)展示了半径为23μm的微环激发的单孤子微光梳，重频为1000GHz；图3-(b)展示了半径为46μm的微环激发的单孤子微光梳,重频为500GHz；图3-(c)展示了半径为115μm的微环激发的单孤子微光梳,重频为200GHz；图3-(d)展示了半径为230μm的微环激发的单孤子微光梳,重频为100GHz。
图5所示的是采用有限元分析方法模拟不同加热条件下热电极对于波导温度的影响。得益于热电极与波导间仅为1.7μm的间隔，能实现快速调谐折射率。当电极长度为450μm时，实现π相移对应的上升时间为55μs，下降时间为57μs，且仅需153mW的电功率。基于本例结构对应的光开光状态切换时间小于60μs。
本方案采用的厚氮化硅工艺平台与CMOS工艺平台兼容，拓展性强，能实现大规模器件集成。对于M级级联型光开关网络能产生M个不同重频的微光梳：该网络有M级M个节点，在相邻两级光开关之间放置一个微环，该网络共需要M个光开关(2M个MMI)，能控制M个不同的微环。M级二叉树型光开关网络能产生2M个不同重频的微光梳：该网络有M级共2M个节点，网络共需(2M-1)个光开关(2M+1-2个MMI)，微光梳位于最后一级光开光的输出波导，该拓扑结构能控制2M个不同的微环。
综上，本发明提供的基于厚Si3N4集成光子平台的一类光开关切换网络与微光梳阵列，实现了重频大范围可重构。本方案突破了单一微环重频调谐范围小的限制，N级二叉树型光开关切换网络能产生2N种不同的重频，在高频微波与毫米波信号产生、微波光子滤波、多光梳测量技术、光通讯收发模块、光计算等氮化硅集成光路光学器件系统中有重要作用。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (10)

1.基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）以及微光梳阵列（3）；输入的准TE光经第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）组成的二叉树型光开关网络，光路可以动态切换到4个不同端口，分别于微光梳阵列（3）中的4个尺寸不同的微环相耦合，进而产生4种重频不同的孤子微光梳。
2.根据权利要求1所述的基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，二叉树型中，所有波导结构基于800 nm厚氮化硅波导；二叉树型中，所述第一级光开关（1）由一分二3dB多模干涉耦合器（MMI）、对称的弯曲波导与二合二3dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极A里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出，进而进入第二级光开关阵列（2）中的上半区；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出，进而进入第二级光开关阵列（2）中的下半区。
3.根据权利要求2所述的基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，二叉树型中，所述第二级光开关阵列（2）由两个光开关组成，与第一级光开关（1）中的结构完全一致，通过调整上半区的光开关的热电极B的电压，输入光路径动态切换到端口I与II；通过调整下半区的光开关的热电极C的电压，输入光路径动态切换到端口III与IV，结合第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2），实现4种路径切换。
4.根据权利要求3所述的基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，二叉树型中，所述微光梳阵列（3）由4种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳。
5.根据权利要求4所述的基于二叉树型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，二叉树型中，网络每一层所有结点都有两个子结点，第N级光开关阵列由2N个光开关组成，可以实现2N种路径切换；可以控制最多2N个不同的微环产生2N种不同重频的微光梳。
6.基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，波导层为内嵌在SiO2包层里的Si3N4波导，作为热电极的金属层位于SiO2上包层；所述Si3N4波导依次经过包括第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）、第三级光开关阵列（3）和微光梳阵列（4）；输入的准TE光经第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）、第三级光开关阵列（3）组成的级联型光开关网络，光路动态切换到3个不同路径，分别于微光梳阵列（4）中的3个尺寸不同的微环相耦合，进而产生3种重频不同的孤子微光梳。
7.根据权利要求6所述的基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，级联型中，所述波导结构基于800 nm厚氮化硅波导;所述第一级光开关（1）由一分二3 dB多模干涉耦合器（MMI）、对称的弯曲波导与二合二3 dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从上端口直通端输出；当相位差为0时，输入光从下端口交叉端输出。
8.根据权利要求7所述的基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，级联型中，第二级光开关阵列（2）、第三级光开关阵列（3）均由二分二3 dB多模干涉耦合器（MMI）、对称的弯曲波导与二合二3 dB多模干涉耦合器组成，外部电压施加在其中一根弯曲波导上方的热电极里，引起局部波导的温度变化，通过热光效应改变局部波导的有效折射率，从而改变两臂波导的相位差，当相位差为π时，输入光从直通端输出；当相位差为0时，输入光从交叉端输出；
级联型中，当第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）处于直通状态和第三级光开关阵列（3）处于交叉状态时，微环I可以被访问；当第一级光开关（1）处于交叉状态和第二级光开关阵列（2）、第三级光开关阵列（3）处于直通状态时，微环II可以被访问；当第一级光开关（1）、第二级光开关阵列（2）处于交叉状态和第三级光开关阵列（3）处于直通状态时，微环III可以被访问。
9.根据权利要求8所述的基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，级联型中，所述微光梳阵列（4）由3种尺寸不同的微环组成，每一个微环的波导横截面与弯曲半径均经过色散工程使得其在光纤通信C波段具有反常色散，用于产生亮孤子微光梳。
10.根据权利要求9所述的基于级联型光开关切换网络的重频可重构氮化硅微光梳阵列，其特征在于，级联型光开关切换网络具有M级光开光时，实现M种路径切换，控制最多M个不同的微环产生M种不同重频的微光梳。
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