CN115236804B - 一种光开关阵列及切换方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光开关阵列及切换方法。光开关阵列包括：共计L级的级联的光开关单元，其中每一个光开关单元包括至少一个输入端和多个输出端；L＞1，1＜i≤L，L与i均为整数；第i‑1级的光开关单元的输出端与第i级的光开关单元的输入端通过波导一对一连接；第1级包括第一类光开关单元，第2级至第L级之中包括第二类光开关单元。该光开关阵列中，在前级设置了切换速度快的第一类光开关单元，在后级设置了损耗低的第二类光开关单元，光开关阵列实现了切换速度快，系统损耗小的整体效果。本申请还提供了一种光开关阵列的切换方法，通过合理的安排光开关阵列的切换时序，在光开关阵列的一个工作周期内实现光开关单元总切换次数最少化。

Description

一种光开关阵列及切换方法
技术领域
本申请涉及光学芯片技术领域，特别是涉及一种光开关阵列及切换方法。
背景技术
光子集成(Potonic Integrated Circuit，PIC)芯片是指使用光子集成技术制成的芯片，也可称为光芯片。光子集成技术能够与现有的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)标准技术兼容，可与微电子集成电路集成，因此，PIC芯片成为研究热点，在通讯、传感、计算、量子、生物等领域有广泛的应用。
在PIC芯片的很多应用中，诸如多通道调频连续波(Frequency-ModulatedContinuous Wave，FMCW)的某些激光雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)架构中，有时需要将所有输入光功率传递到输出通道之一，即打开通道，以便输出足够的光功率用于远距离检测。为了覆盖整个视场角，需要按顺序打开激光雷达的所有通道。目前对于低成本、测距远、快速响应激光雷达的需求不断上升，尤其是对于采用了多个光通道的激光雷达，需要低损耗、高速的光开关阵列。
当前可以采用光开关阵列进行光通道的切换。例如，可以采用多个电调光开关单元组成光开关阵列，或者采用多个热调光开关单元组成光开关阵列。电调光开关单元的工作基于电光(Electro-Optic,EO)效应，热调光开关单元的工作则是基于热光(Thermo-Optic,TO)效应。电调光开关单元的优势在于开关切换速度较快，劣势在于尺寸较大和光损耗较高。热调光开关单元的优势在于尺寸较小，光损耗可以忽略不计，劣势在于开关切换速度较慢。而在激光雷达应用中，如果单纯采用热调光开关单元组成的光开关阵列将导致阵列整体的开关速度较慢。如果单纯采用电调光开关单元组成的光开关阵列则引入较大的损耗，导致激光雷达测量距离缩短、点云稀疏等问题。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种光开关阵列及切换方法，实现低损耗且高速的光开关阵列。
本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请第一方面提供了一种光开关阵列，包括：
共计L级的级联的光开关单元，其中每一个光开关单元包括至少一个输入端和多个输出端；第i-1级的光开关单元的输出端与第i级的光开关单元的输入端通过波导一对一连接；L＞1，1＜i≤L，且L与i均为整数；
第1级包括第一类光开关单元，第2级至第L级之中包括第二类光开关单元；第一类光开关单元的输出端切换速度大于第二类光开关单元的输出端切换速度，第二类光开关单元的光损耗小于第一类光开关单元的光损耗。
可选地，第一类光开关单元为电调光开关单元；第二类光开关单元为热调光开关单元。
可选地，L具体为大于2的整数，在光开关阵列中，第1级至第m级的所有光开关单元均为第一类光开关单元，第m+1级至第L级的所有光开关单元均为第二类光开关单元；1≤m＜L，m为整数。
可选地，第1级包括1个第一类光开关单元，第i级包括2i-1个第二类光开关单元。
可选地，第一类光开关单元的输入端作为整个光开关阵列的输入端，第L级的2L-1个第二类光开关单元的2L个输出端作为整个光开关阵列的输出端。
可选地，光开关阵列运用于多个光通道的激光雷达中；光开关阵列的输出端与激光雷达的光通道一一对应；
光开关阵列用于在控制信号的作用下，在一个完整的工作周期内覆盖光开关阵列的所有输出端，使光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，并且每次光开关阵列的输出端的切换通过第一类光开关单元的输出端的切换实现。
可选地，激光雷达的每一个光通道的测量时间具有第一时间长度，每一个第二类光开关单元的输出端的切换时间具有第二时间长度；第一时间长度大于或等于第二时间长度；
每次光开关阵列的输出端的切换还通过该次切换的目的输出端对应的至少一个第二类光开关单元的输出端的切换实现；
控制信号具体用于在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间内，控制至少一个第二类光开关单元的输出端完成切换，并在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元的输出端进行切换。
可选地，激光雷达的每一个光通道的测量时间具有第一时间长度，每一个第二类光开关单元的输出端的切换时间具有第二时间长度；第一时间长度小于第二时间长度；
每次光开关阵列的输出端的切换还通过该次切换的目的输出端对应的至少一个第二类光开关单元的输出端的切换实现；
控制信号具体用于在控制至少一个第二类光开关单元的输出端进行切换的期间控制该次切换的起始输出端对应的光通道进行测量，并在该光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元的输出端进行切换。
本申请第二方面提供了一种切换方法，用于对第一方面提供的光开关阵列的输出端进行切换；
向光开关阵列发送光开关单元切换的控制信号；
根据控制信号中预设的时序控制光开关阵列中各级光开关单元完成相应的切换动作，以使在一个完整的工作周期内光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，覆盖光开关阵列的所有输出端并且所有光开关单元的总切换次数最少。
可选地，L＝3，光开关阵列中每个光开关单元包括一个输入端、一个输出端A和另一个输出端B；光开关阵列的第1级包括一个第一类光开关单元(1)，第2级包括第二类光开关单元(2.1)和第二类光开关单元(2.2)，第3级包括第二类光开关单元(3.1)、第二类光开关单元(3.2)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)；其中，第1级的第一类光开关单元(1)作为光开关阵列的输入端，第3级的第二类光开关单元(3.1)、第二类光开关单元(3.2)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)各自的输出端A和输出端B作为光开关阵列的输出端；
第一类光开关单元(1)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(2.1)和第二类光开关单元(2.2)的输入端；
第二类光开关单元(2.1)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)的输入端；
第二类光开关单元(2.2)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(3.3)和第二类光开关单元(3.4)的输入端；
光开关阵列运用于多个光通道的激光雷达中；光开关阵列的输出端与激光雷达的光通道一一对应；
预设的时序包括：
初始状态下第二类光开关单元(3.1)的输出端A输出；初始状态下，光开关阵列中的所有光开关单元均切在各自的输出端A；
第二类光开关单元(3.1)的输出端A对应的光通道的测量时间结束后，控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.3)的输出端A输出；
在第二类光开关单元(3.3)的输出端A对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.1)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.3)的输出端A对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.1)的输出端B输出；
在第二类光开关单元(3.1)的输出端B对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.3)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.1)的输出端B对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.3)的输出端B输出；
在第二类光开关单元(3.3)的输出端B对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.1)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.3)的输出端B对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.2)的输出端A输出；
在第二类光开关单元(3.2)的输出端A对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.2)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.2)的输出端A对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.4)的输出端A输出；
在第二类光开关单元(3.4)的输出端A对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.2)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.4)的输出端A对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.2)的输出端B输出；
在第二类光开关单元(3.2)的输出端B对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.4)从输出端A切换到输出端B，在第二类光开关单元(3.2)的输出端B对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.4)的输出端B输出；
在第二类光开关单元(3.4)的输出端B对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.1)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)各自从输出端B切换到输出端A，在第二类光开关单元(3.4)的输出端B对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.1)的输出端A输出。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的光开关阵列，包括：共计L级的级联的光开关单元，其中每一个光开关单元包括至少一个输入端和多个输出端；第i-1级的光开关单元的输出端与第i级的光开关单元的输入端通过波导一对一连接；L＞1，1＜i≤L，且L与i均为整数；第1级包括第一类光开关单元，第2级至第L级之中包括第二类光开关单元，其中第一类光开关的切换速度比第二类光开关快，第二类光开关比第一类光开关的光损耗小。由于该光开关阵列中，在前级设置了切换速度快的第一类光开关单元，在后级设置了损耗低的第二类光开关单元，因此该光开关阵列能够在面对多通道切换的使用需求下，以较低的损耗实现快速切换的效果。同时本申请还提供了一种光开关阵列的切换方法，通过合理的安排光开关阵列的切换时序，在光开关阵列的一个工作周期内，实现光开关单元总切换次数最小化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种光开关阵列的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种切换方法的流程图。
具体实施方式
正如前文描述，目前的光开关阵列通常统一采用电调光开关单元或者统一采用热调光开关单元，导致在激光雷达多通道测量使用过程中，损耗过大或者切换速度非常慢。基于以上问题，发明人经过研究提出了一种新型结构的光开关阵列，并提供对此开关阵列的切换方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例所提供的光开关阵列中，包含多个光开关单元。这些光开关单元以级联的形式通过波导前后连接，前一级的光开关单元的输出端连接到后一级光开关单元的输入端。
具体而言，光开关阵列包含共计L级的级联的光开关单元。L＞1且L为整数。作为示例，L＝3，因此光开关阵列包括第1级的光开关单元，第2级的光开关单元和第3级的光开关单元。
光开关阵列中，每一个光开关单元包括至少一个输入端和多个输出端。如果光开关单元包括两个输入端和两个输出端，则其中可以有一个输入端空置，另一个输入端工作；还可以两个输入端同时工作。本申请实施例中，同一光开关单元的多个输出端可以仅有一个输出端工作。光开关单元输出端工作与否具体可以由控制信号进行控制。第i-1级的光开关单元的输出端与第i级的光开关单元的输入端通过波导一对一连接；1＜i≤L，且i为整数。
本申请实施例中，对于每一级的光开关单元的数量不做限制，后一级可设置的光开关单元的数量受限于前一级光开关单元的输出端的总数。此外，每一级光开关单元的数量还可以具体依据激光雷达的光通道数量进行设置。当光开关阵列运用于多个光通道的激光雷达中时，光开关阵列的输出端与激光雷达的光通道一一对应。例如，激光雷达具备N个光通道，则要求在光开关阵列中，未与其他光开关单元输入端连接的输出端的总数量为N。
在一种示例中，光开关阵列中第1级包括1个光开关单元，第i级包括2i-1个光开关单元。光开关阵列中每一个光开关单元包括一个工作的输入端和两个输出端，且后一级光开关单元的输入端与前一级光开关单元的输出端一对一连接，则第L级的2L-1个光开关单元共计包括2L个输出端。可以将第1级的一个光开关单元的输入端作为整个光开关阵列的输入端，将第L级所有光开关单元的共计2L个输出端作为整个光开关阵列的输出端。
在其他可能的示例场景下，光开关阵列中第1级还可以设置多个光开关单元，或者，在第1级的1个光开关单元中包含多个工作输入端。如此，使得整个光开关阵列可容纳多路光信号输入。
前文曾提及，电调光开关单元的优势在于开关切换速度较快，劣势在于尺寸较大和光损耗较高。热调光开关单元的优势在于尺寸较小，光损耗可以忽略不计，劣势在于开关切换速度较慢。可将电调光开关单元和热调光开关单元分别作为第一类光开关单元和第二类光开关单元。作为示例，电调光开关单元为电调马赫曾德调制器，热调光开关单元为热调马赫曾德调制器。
需要说明的是，第一类光开关阵列和第二类光开关阵列的特性区别在于第一类光开关单元的输出端切换速度大于所述第二类光开关单元的输出端切换速度，所述第二类光开关单元的光损耗小于所述第一类光开关单元的光损耗。电调光开关单元和热调光开关单元仅作为第一类光开关单元和第二类光开关单元的示例实现方式。在实际应用中，第一类光开关单元和第二类光开关单元还可以从声光调制器、磁光调制器、电吸收调制器、电光调制器、波导型光调制器、微环调制器或者其他类型的调制器中进行选择，此处不做限定。
在本申请实施例所介绍的光开关阵列中，第1级包括第一类光开关单元，即在第1级中设置了至少一个电调类型的光开关单元。第2级至第L级之中包括第二类光开关单元，即在第2级至第L级中共计至少设置1个热调类型的光开关单元。
在一种可选实现方式中，在所述光开关阵列中，第1级至第m级的所有光开关单元均为所述第一类光开关单元，第m+1级至第L级的所有光开关单元均为所述第二类光开关单元；1≤m＜L，所述m为整数。例如L＝3，当m＝1时，第1级均为第一类光开关单元，第2级和第3级均为第二类光开关单元。当m＝2时，第1级和第2级均为第一类光开关单元，第3级为第二类光开关单元。
在一种优选的实现方案中，第1级均采用第一类光开关单元，第2级至所述第L级均采用所述第二类光开关单元。由于该光开关阵列中，在前级(即第1级)设置了切换速度较快的第一类光开关单元，在后级(即第2级至第L级)设置了损耗低的第二类光开关单元，因此该光开关阵列能够在面对多通道切换的使用需求下，以较低的损耗实现快速切换的效果。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种光开关阵列的结构示意图。如图1所示，光开关阵列包括三级光开关单元。每个光开关单元包括一个输入端(另一输入端空置未在图中示出)、一个输出端A和另一个输出端B。其中，A和B仅仅用来标识同一个光开关单元的不同的输出端，可以理解的是，还可以通过其他名称或标识加以区分。例如，称为第一输出端和第二输出端，或者称为输出端C和输出端D等。此处对于具体的命名和标识方式不做限定。
光开关阵列的第1级包括一个第一类光开关单元(1)，第2级包括第二类光开关单元(2.1)和第二类光开关单元(2.2)，第3级包括第二类光开关单元(3.1)、第二类光开关单元(3.2)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)。其中，第1级的第一类光开关单元(1)作为光开关阵列的输入端，第3级的第二类光开关单元(3.1)、第二类光开关单元(3.2)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)各自的输出端A和输出端B作为光开关阵列的输出端。
为了方便后续对于切换过程的说明和对于时序的描述，将第二类光开关单元(3.1)、第二类光开关单元(3.2)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)各自的输出端A和输出端B在整个光开关阵列中对应的8个输出端口依次命名为：输出端01、输出端02、输出端03、输出端04、输出端05、输出端06、输出端07和输出端08。
如图1中所示，第一类光开关单元(1)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(2.1)和第二类光开关单元(2.2)的输入端。第二类光开关单元(2.1)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)的输入端。第二类光开关单元(2.2)的输出端A和输出端B分别通过波导连接第二类光开关单元(3.3)和第二类光开关单元(3.4)的输入端。
本申请实施例中，光开关阵列能够在控制信号的作用下，在一个完整的工作周期内所述光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出。以图1所示的光开关阵列为例，在一个完整的工作周期内，8个输出端01～08可以按照预设的时序依次输出，在一个示例中，整个光开关阵列的输出端的输出时序为：
输出端01→输出端05→输出端02→输出端06→输出端03→输出端07→输出端04→输出端08。
光开关阵列的切换前和切换后的两个输出端，分别可以称为：起始输出端与目的输出端。
当然，以上输出时序仅仅为示例，基于一个完整周期内初始状态下各光开关单元所切在的输出端的不同，通过生成不同的控制信号，还可以实现不同的输出时序。因此，此处对于具体的输出时序不做限定。
在上述示例的输出时序中，初始状态下，图1所示的光开关阵列中所有的光开关单元均切在各自的输出端A。在本申请实施例提供的光开关阵列中，为实现以上述时序(输出端01→输出端05→输出端02→输出端06→输出端03→输出端07→输出端04→输出端08的时序)轮流输出，每次该光开关阵列整体输出端的切换，均需要通过切换第一类光开关单元(1)的输出端实现。例如，如需光开关阵列从输出端01切换至输出端05，需要将第一类光开关单元(1)的输出端从A切换为B；而如需光开关阵列从输出端05切换到输出端02，还需要将第一类光开关单元(1)的输出端从B切回到A。
由于上述切换操作整个光开关阵列的输出端改换是通过第一类光开关单元(1)切换输出端来实现，同时第一类光开关单元(1)具有切换速度快的优势，因此，整个光开关阵列能够实现输出端的高速切换。并且整个光开关阵列绝大多数光开关单元采用的是第二类光开关单元，因此整个光开关阵列的光损耗非常小，有利于激光雷达在单个通道探测更远的距离，减少了能量损耗。
在本申请实施例中，多个光通道的激光雷达的光开关阵列输出端的切换，具体可以由控制信号控制实现。光开关阵列用于在控制信号的作用下，在一个完整的工作周期内光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，并且每次光开关阵列的输出端的切换通过第一类光开关单元的输出端的切换实现。
下面基于两种不同的情况，分别介绍两种为了实现各输出端有序的输出，控制信号对光开关阵列中光开关单元输出端的切换控制方式。结合图1所示的光开关阵列结构可知，为了实现阵列输出端的切换，除了要在第一类光开关单元(1)执行输出端切换，还需要至少一个第二类光开关单元执行输出端切换。
激光雷达的每一个光通道的测量时间具有第一时间长度τ_m，每一个所述第二类光开关单元的输出端的切换时间具有第二时间长度τ_p。
第一种情况：τ_m≥τ_p。
在第一种情况下，表示激光雷达在以某一个光通道进行测量工作时，测量消耗的时间要大于或等于一个第二类光开关单元执行自身输出端切换的时间。为了使光开关阵列在配合激光雷达多个光通道测量时切换尽可能快速，可通过控制信号在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间内控制所述至少一个所述第二类光开关单元的输出端完成切换，并在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间结束后控制所述第一类光开关单元的输出端进行切换。
也就是说，在本申请实施例中，可以通过控制信号控制一次切换的目标输出端对应的至少一个第二类光开关单元的输出端切换动作发生在起始输出端对应的光通道的测量时间内完成。这样，使得光开关阵列整体输出端的切换时间只需要考虑第一类光开关单元输出端的切换时间。即便第二类光开关单元的切换时间较长，由于其只发生在光通道的测量时间内，因此不会额外占用切换时间。如此，提升了光开关阵列的整体切换速度。
以从输出端05作为起始输出端且输出端02作为目标输出端为示例进行描述。
当以输出端05对自第一类光开关单元(1)输入端输入的光进行输出时，第一类光开关单元(1)切换在输出端B，其余各个第二类光开关单元的输出端均为各自的输出端A。为了节省输出端05改换为输出端02消耗的切换时间，在输出端05输出期间(即输出端05对应的光通道测量时间内)，控制信号控制第二类光开关单元(3.1)将自身输出端从A切换到B。因此，当输出端05对应的光通道测量时间结束后，只需要切换一下第一类光开关单元(1)的输出端从B到A，切换完成后整个光开关阵列便会以输出端02输出光信号进行激光雷达探测。
第二种情况：τ_m＜τ_p。
在第二种情况下，表示激光雷达在以某一个光通道进行测量工作时，测量消耗的时间要小于一个第二类光开关单元执行自身输出端切换的时间。为了使光开关阵列在配合激光雷达多个光通道测量时切换尽可能快速，可通过控制信号在控制所述至少一个所述第二类光开关单元的输出端进行切换的期间控制该次切换的起始输出端对应的光通道进行测量，并在该光通道的测量时间结束后控制所述第一类光开关单元的输出端进行切换。
也就是说，在本申请实施例中，可以通过控制信号控制一次切换的起始输出端对应的光通道的测量具体在目标输出端对应的至少一个第二类光开关单元的输出端切换动作执行期间进行。这样，使得τ_m与τ_p的重合范围最大化，从而缩短了第二类光开关单元执行输出端切换动作产生的切换时间在光开关阵列整体输出端切换时间中的占比。如此，提升了光开关阵列的整体切换速度。
结合对以上两种情况的描述，在本申请实施例中，控制信号通过增大τ_m与τ_p的重合范围，降低第二类光开关单元输出端切换时间对在光开关阵列整体输出端切换时间中的占比。通过上述两种情况下的控制，使第二类光开关单元输出端切换时间对光开关阵列切换速度性能的影响最小化，从而实现了此阵列应用在多个光通道激光雷达探测过程中高速切换。
基于前述实施例提供的光开关阵列，下面还提供了一种应用在该光开关阵列上的切换方法，通过合理的安排光开关阵列的切换时序，在光开关阵列的一个工作周期内，实现最少的光开关单元总切换次数。以下结合实施例展开具体说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种切换方法的流程图。如图2所示，切换方法包括：
步骤201：向所述光开关阵列发送光开关单元切换的控制信号。
本申请实施例中，可以基于第一时间长度τ_m、第二时间长度τ_p、第三时间长度τ_n、光开关阵列的初始状态，以及为光开关阵列预设的输出端的输出顺序，生成控制信号。生成后发送给光开关阵列。
其中，第一时间长度τ_m为激光雷达的每一个光通道的测量时间的长度。第二时间长度τ_p为一个第二类光开关单元的输出端切换时间的时间长度。第三时间长度τ_n为一个第一类光开关单元的输出端切换时间的时间长度。作为示例，τ_m＝25μs，τ_p＝10μs，τ_n＝1ns。
在控制信号中时序控制了光通道的测量时间和先后顺序，并控制了每一个光开关单元执行输出端切换的时机。后面将结合具体示例介绍。
步骤202：根据控制信号中预设的时序控制光开关阵列中各级光开关单元完成相应的切换动作，以使在一个完整的工作周期内所述光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，覆盖所述光开关阵列的所有输出端并且所有光开关单元的总切换次数最少。
由于控制信号发送给了光开关阵列，因此，光开关阵列中的各个光开关单元具体可以依据控制信号中设定的时序在相应的时机执行切换动作，并在光开关阵列的输出端开启时执行测量。
以图1所示的光开关阵列结构为例。初始状态下，所述光开关阵列中的所有光开关单元均切在各自的输出端A。控制信号中预设的时序包括：
初始状态下第二类光开关单元(3.1)的输出端A输出，即整个光开关阵列以输出端01输出。
输出端01对应的光通道的测量时间结束后，控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.3)的输出端A输出，即整个光开关阵列以输出端05输出。
在输出端05对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.1)从输出端A切换到输出端B，在输出端05对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.1)的输出端B输出，即整个光开关阵列以输出端02输出。
在输出端02对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.3)从输出端A切换到输出端B，在输出端02对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.3)的输出端B输出，即整个光开关阵列以输出端06输出。
在输出端06对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.1)从输出端A切换到输出端B，在输出端06对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.2)的输出端A输出，即整个光开关阵列以输出端03输出。
在输出端03对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.2)从输出端A切换到输出端B，在输出端03对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.4)的输出端A输出，即整个光开关阵列以输出端07输出。
在输出端07对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.2)从输出端A切换到输出端B，在输出端07对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，以第二类光开关单元(3.2)的输出端B输出，即整个光开关阵列以输出端04输出。
在输出端04对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(3.4)从输出端A切换到输出端B，在输出端04对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端A切换到输出端B，以第二类光开关单元(3.4)的输出端B输出，即整个光开关阵列以输出端08输出。
在输出端08对应的光通道的测量时间内，控制第二类光开关单元(2.1)、第二类光开关单元(3.1)和第二类光开关单元(3.2)各自从输出端B切换到输出端A，在输出端08对应的光通道的测量时间结束后控制第一类光开关单元(1)从输出端B切换到输出端A，能够以输出端01支持输出。
当输出端01输出期间，可以控制第二类光开关单元(2.2)、第二类光开关单元(3.3)和第二类光开关单元(3.4)各自从输出端B切换到输出端A。如此，回到了该工作周期光开关阵列的初始状态。
需要说明的是，在后续不断的周期循环中，是没有必要每次都加上一个将输出端复位为A的环节的。为了保证每次周期循环结束之后回到初始状态的逻辑，还可以在正式运行之前，将阵列的初始状态初始化为一个周期之后，也就是输出端08输出结束后的阵列状态，此时第二类光开关单元(2.2)、(3.3)以及(3.4)处于各自的输出端B。
通过上文所提供的示例，可知在本申请实施例中，通过设计合理的时序控制，在光通道的测试工作进行期间，可同时进行不工作光通道上光开关单元的切换。这样加快了光开关阵列的切换速度，同时能够覆盖到所有的输出端口。
在上述示例中，1×8(即1个输入端和8个输出端)的光开关阵列一个完整工作周期内所需的总工作时间为8×(τ_m+τ_s)。因为光开关单元(1)为切换速度快的第一类光开关单元(其单次切换的第三时间长度τ_s＝1ns，远小于第二类光开关单元单次切换的第二时间长度τ_p＝10us)，因此系统总的工作时间远小于全部由第二类光开关单元组成的光开关阵列，实现了阵列的高速切换。
并且，1×8的光开关阵列光开关单元引入总光路损耗主要为第一类光开关单元(1)的损耗，而其他光开关单元为第二类光开关单元，引入的损耗可以忽略不计。因此，系统总的损耗远小于全部由第一类光开关单元组成的光开关阵列，实现低损耗的光开关阵列，并且即使更多级(例如L＞3)光开关损耗依旧很低。
另外以上描述的时序仅为L＝3时的示例预设时序，当L＞3时还可以通过设置其他时序令光开关阵列的所有输出端被全覆盖地依次输出，并保证总切换次数最少。
综上所述，本申请实现了一种高速、低损耗的光开关阵列，实现了多个光路的高速、低损耗的光路切换。并且控制信号以优化的时序控制光开关阵列的各个输出端轮番输出，通过合理的安排光开关阵列的切换时序，在光开关阵列的一个工作周期内，实现最少的光开关单元总切换次数，进而降低了光开关阵列一个周期内的工作功耗，节省光开关阵列工作时的耗电量。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光开关阵列，其特征在于，包括：
共计L级的级联的光开关单元，其中每一个光开关单元包括至少一个输入端和多个输出端；第i-1级的光开关单元的输出端与第i级的光开关单元的输入端通过波导一对一连接；L＞1，1＜i≤L，且所述L与所述i均为整数；
第1级包括第一类光开关单元，第2级至第L级之中包括第二类光开关单元；所述第一类光开关单元的输出端切换速度大于所述第二类光开关单元的输出端切换速度，所述第二类光开关单元的光损耗小于所述第一类光开关单元的光损耗。
2.根据权利要求1所述的光开关阵列，其特征在于，所述第一类光开关单元为电调光开关单元；所述第二类光开关单元为热调光开关单元。
3.根据权利要求1所述的光开关阵列，其特征在于，所述L具体为大于2的整数，在所述光开关阵列中，第1级至第m级的所有光开关单元均为所述第一类光开关单元，第m+1级至第L级的所有光开关单元均为所述第二类光开关单元；1≤m＜L，所述m为整数。
4.根据权利要求1所述的光开关阵列，其特征在于，所述第1级包括1个第一类光开关单元，所述第i级包括2i-1个第二类光开关单元。
5.根据权利要求4所述的光开关阵列，其特征在于，所述第一类光开关单元的输入端作为整个所述光开关阵列的输入端，第L级的2L-1个第二类光开关单元的2L个输出端作为整个所述光开关阵列的输出端。
6.根据权利要求5所述的光开关阵列，其特征在于，所述光开关阵列运用于多个光通道的激光雷达中；所述光开关阵列的输出端与所述激光雷达的光通道一一对应；
所述光开关阵列用于在控制信号的作用下，在一个完整的工作周期内覆盖所述光开关阵列的所有输出端，使所述光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，并且每次所述光开关阵列的输出端的切换通过所述第一类光开关单元的输出端的切换实现。
7.根据权利要求6所述的光开关阵列，其特征在于，所述激光雷达的每一个光通道的测量时间具有第一时间长度，每一个所述第二类光开关单元的输出端的切换时间具有第二时间长度；所述第一时间长度大于或等于所述第二时间长度；
每次所述光开关阵列的输出端的切换还通过该次切换的目的输出端对应的至少一个所述第二类光开关单元的输出端的切换实现；
所述控制信号具体用于在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间内，控制所述至少一个所述第二类光开关单元的输出端完成切换，并在该次切换的起始输出端对应的光通道的测量时间结束后控制所述第一类光开关单元的输出端进行切换。
8.根据权利要求6所述的光开关阵列，其特征在于，所述激光雷达的每一个光通道的测量时间具有第一时间长度，每一个所述第二类光开关单元的输出端的切换时间具有第二时间长度；所述第一时间长度小于所述第二时间长度；
每次所述光开关阵列的输出端的切换还通过该次切换的目的输出端对应的至少一个所述第二类光开关单元的输出端的切换实现；
所述控制信号具体用于在控制所述至少一个所述第二类光开关单元的输出端进行切换的期间控制该次切换的起始输出端对应的光通道进行测量，并在该光通道的测量时间结束后控制所述第一类光开关单元的输出端进行切换。
9.一种切换方法，其特征在于，用于对权利要求1-8任一项所述的光开关阵列的输出端进行切换；
向所述光开关阵列发送光开关单元切换的控制信号；
根据所述控制信号中预设的时序控制所述光开关阵列中各级光开关单元完成相应的切换动作，以使在一个完整的工作周期内所述光开关阵列的每一个输出端以预设的时序依次输出，覆盖所述光开关阵列的所有输出端。
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