CN117452562A - 一种光开关以及光开关的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种光开光及其控制方法，该光开关包括多个固定波导、多个可移动波导、多个传动器以及多个预设耦合器，其中：固定波导的输入端用于接收初始光束；传动器设置在目标可移动波导的预设位置处，传动器用于对目标可移动波导施加静电力，以将目标波导内的光耦合至目标可移动波导内，或者，将目标可移动波导内的光耦合至目标波导内；其中，目标可移动波导为多个可移动波导中的任意一个，目标波导为与目标可移动波导相邻的可移动波导或者固定波导；预设耦合器，用于将耦合的至少一个固定波导和至少一个可移动波导内的光耦合为目标光束并输出。该光开关能够实现所需的分光比例，且体积小，功耗低，适用于大规模集成光子集成器件。

Description

一种光开关以及光开关的控制方法

技术领域

本公开涉及光电子器件技术领域，尤其涉及一种光开关以及光开关的控制方法。

背景技术

光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口、可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。常用的光开关一般是通过加热改变MZI(Mach-Zehnder Interferometer，马赫-曾德尔干涉仪)中一臂的波导的折射率，从而在两条臂中引入相位差，达到改变输出光强的效果。

通常的高速光开关集成器件，基于不同的材料体系均有实现，例如：基于硅基材料的载流子色散型调制器(Carrier Dispersion Modulator，CDM)的MZI光开关、基于铌酸锂材料的泡克尔斯效应相移器的MZI光开关等。然而，基于CDM的MZI光开关的调制相关损耗较为明显，会导致不同工作态下的光输出总能量出现明显差异。而基于铌酸锂材料的MZI光开关体积较大，不利于实现大规模集成。另外，以上类型光开关由于匹配负载的存在，工作时功耗较高。

发明内容

本公开实施例提供了一种光开关以及光开关的控制方法。

第一方面，本公开实施例提供了一种光开关，所述光开关包括多个固定波导、多个可移动波导、多个传动器以及多个预设耦合器，至少一个所述固定波导的输出端和至少一个所述可移动波导的输出端耦合至一个所述预设耦合器；其中：

所述固定波导的输入端用于接收初始光束；

所述传动器设置在目标可移动波导的预设位置处，所述传动器用于对所述目标可移动波导施加静电力，以将目标波导内的光耦合至所述目标可移动波导内，或者，将所述目标可移动波导内的光耦合至所述目标波导内；其中，所述目标可移动波导为所述多个可移动波导中的任意一个，所述目标波导为与所述目标可移动波导相邻的可移动波导或者固定波导；

所述预设耦合器，用于将耦合的至少一个所述固定波导和至少一个所述可移动波导内的光耦合为目标光束并输出。

在一些实施例中，所述多个固定波导的输入端接收的多个初始光束的光强比例满足预设比例；

所述光开关用于利用一个或者多个所述传动器对所述传动器对应的预设位置处的所述目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使所述多个预设耦合器输出的多个目标光束的光强比例满足目标比例。

在一些实施例中，在所述预设位置处，所述传动器、所述目标可移动波导和所述目标波导组成可调绝热耦合器。

在一些实施例中，所述可调绝热耦合器的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，其中：

所述可调绝热耦合器，用于在处于所述第一工作模式时，对所述目标可移动波导施加静电力，使所述目标可移动波导靠近所述目标波导；其中，若所述目标可移动波导内存在被传输的光且所述目标波导内不存在被传输的光，则所述目标可移动波导内的光被耦合至所述目标波导内；若所述目标可移动波导内不存在被传输的光且所述目标波导内存在被传输的光，则所述目标波导内的光被耦合至所述目标可移动波导内；

所述可调绝热耦合器，还用于在处于所述第二工作模式时，不对所述目标可移动波导施加静电力。

在一些实施例中，所述多个固定波导和所述多个可移动波导的长度和形状满足预设条件，以使在所述光开关内，每一所述初始光束的光程相同。

在一些实施例中，所述多个固定波导、所述多个可移动波导以及所述多个预设耦合器位于同一平面；

所述预设耦合器为多模干涉耦合器；

所述光开关为基于微机电系统MEMS的光子集成光开关，所述固定波导和所述可移动波导可均为硅波导。

在一些实施例中，所述光开关为2×2光开关，所述多个固定波导包括第一固定波导和第二固定波导；所述多个可移动波导包括第一可移动波导和第二可移动波导；所述多个传动器包括第一传动器、第二传动器和第三传动器；所述多个预设耦合器包括第一预设耦合器和第二预设耦合器；其中：

所述第一固定波导、所述第一可移动波导、所述第二可移动波导和所述第二固定波导间隔排列；

所述第一传动器设置于所述第一可移动波导的第一预设位置处，与所述第一固定波导和所述第一可移动波导组成第一可调绝热耦合器；

所述第二传动器设置于所述第二可移动波导的第二预设位置处，与所述第二固定波导和所述第二可移动波导组成第二可调绝热耦合器；

所述第三传动器设置于所述第一可移动波导的第三预设位置处或者所述第二可移动波导的第四预设位置处，与所述第一可移动波导和所述第二可移动波导组成第三可调绝热耦合器；

所述第一固定波导的输出端和所述第一可移动波导的输出端耦合至所述第一预设耦合器；

所述第二固定波导的输出端和所述第二可移动波导的输出端耦合至所述第二预设耦合器。

在一些实施例中，所述第一固定波导的输入端用于接收第一初始光束，所述第二固定波导的输入端用于接收第二初始光束；

所述第一预设耦合器用于将所述第一固定波导和所述第一可移动波导内的光耦合为第一目标光束并输出；

所述第二预设耦合器用于将所述第二固定波导和所述第二可移动波导内的光耦合为第二目标光束并输出。

在一些实施例中，所述预设比例为1∶1；所述目标比例为1∶0、0∶1或者1∶1。

第二方面，本公开实施例提供了一种光开关的控制方法，应用于如第一方面任一项所述的光开关，该方法包括：

确定目标比例；

根据所述目标比例从所述多个传动器中确定目标传动器；

利用所述目标传动器对所述目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使多个所述目标光束的光强比例满足目标比例。

本公开实施例提供了一种光开光以及光开关的控制方法，该光开关包括多个固定波导、多个可移动波导、多个传动器以及多个预设耦合器，至少一个固定波导的输出端和至少一个可移动波导的输出端耦合至一个预设耦合器；其中：固定波导的输入端用于接收初始光束；传动器设置在目标可移动波导的预设位置处，传动器用于对目标可移动波导施加静电力，以将目标波导内的光耦合至目标可移动波导内，或者，将目标可移动波导内的光耦合至目标波导内；其中，目标可移动波导为多个可移动波导中的任意一个，目标波导为与目标可移动波导相邻的可移动波导或者固定波导；预设耦合器，用于将耦合的至少一个固定波导和至少一个可移动波导内的光耦合为目标光束并输出。这样，在预设位置处，由可移动波导、固定波导和传动器或者由两个可移动波导和传动器组成可调绝热耦合器，通过传动器对可移动波导施加静电力，使可调绝热耦合器进行光耦合，从而能够根据需要将一个波导内的光耦合至另一波导内，通过在恰当的位置进行光耦合，使得最终输出的目标光束的强度比例满足需求，该光开关体积小，功耗低，适用于大规模集成光子集成器件，且仅需要在预设位置处施加静电力实现光耦合，还有利于减小调制相关损耗。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种光开关的组成结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种光开关的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关公开，而非对该公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关公开相关的部分。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本公开实施例的目的，不是旨在限制本公开。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

需要指出，本公开实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本公开实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

通常的高速光开关集成器件，基于不同的材料体系均有实现，例如：基于硅基材料的CDM的MZI光开关、基于铌酸锂材料的泡克尔斯效应相移器的MZI光开关等。其中，硅基MZI光开关，在不同开关光模式下，CDM上加载电压不同，CDM对传输光场表现的吸收不同，对总光信号强度引入的损耗不同，即调制相关损耗较为明显，不利于应用在某些对光强要求恒定的场合。而铌酸锂的电光效应虽然对调制相关损耗影响较小，但MZI光开关本身体积较大，不利于大规模集成。另外，上述类型MZI光开关由于匹配负载引入的功耗较高，会限制其在某些对功耗控制有较高要求的场合使用。

基于此，本公开实施例提供了一种光开关，能够解决上述问题，在该光开关中，在可移动波导的预设位置处，由可移动波导、固定波导和传动器或者由两个可移动波导和传动器组成可调绝热耦合器，通过传动器对可移动波导施加静电力，使可调绝热耦合器进行光耦合，从而能够根据需要将一个波导内的光耦合至另一波导内，通过在恰当的位置进行光耦合，使得最终输出的目标光束的强度比例满足需求，该光开关功耗低，尺寸小，有利于实际应用中的大规模集成，且仅需要在预设位置处施加静电力实现光耦合，有效避免通常MZI方案引入的调制相关损耗。

下面将结合附图对本公开各实施例进行详细说明。

本公开的一实施例中，参见图1，其示出了本公开实施例提供的一种光开关的组成结构示意图。如图1所示，该光开关10包括多个固定波导、多个可移动波导、多个传动器(图中未示出)以及多个预设耦合器，至少一个固定波导的输出端和至少一个可移动波导的输出端耦合至一个预设耦合器；其中：

固定波导的输入端用于接收初始光束；

传动器设置在目标可移动波导的预设位置处，传动器用于对目标可移动波导施加静电力，以将目标波导内的光耦合至目标可移动波导内，或者，将目标可移动波导内的光耦合至目标波导内；其中，目标可移动波导为多个可移动波导中的任意一个，目标波导为与目标可移动波导相邻的可移动波导或者固定波导；

预设耦合器，用于将耦合的至少一个固定波导和至少一个可移动波导内的光耦合为目标光束并输出。

需要说明的是，该光开关可以为M×N光开关，即该光开关包括M个输入端和N个输出端，其中，M和N均为大于0的整数，且通常大于1。

还需要说明的是，顾名思义，固定波导即固定不变的波导，可移动波导即可以进行调整移动的波导。

其中，多个固定波导的输入端作为该光开关的多个输入端，用于接收初始光束，且这些初始光束的光强比例为预设比例，即在M×N光开关中，固定波导的数量为M个；这里，可以是M个固定波导中的一个或者多个接收初始光束，即并不要求每个固定波导的输入端都有初始光束输入，可以认为没有初始光束输入的固定波导接收的初始光束的光强为0。一个或者多个固定波导与一个或者多个可移动波导的输出端均连接至一预设耦合器，预设耦合器的输出端作为该光开关的输出端，用于输出目标光束，且多个目标光束的光强比例为目标比例，即在M×N光开关中，预设耦合器的数量为N个；这里，可以是N个预设耦合器中的一个或者多个输出目标光束，即并不要求每个预设耦合器的输出端都有目标光束输出，这时候，可以认为没有目标光束输出的预设耦合器输出的目标光束的光强为0。

本实施例中，在可移动波导中设定一定数量的预设位置，在每一预设位置处设置一传动器，对该传动器施加一定强度的电压，该传动器产生使可移动波导发生移动的静电力，使得该可移动波导向与其最邻近的波导靠近，当距离达到足够发生光耦合临界距离时，两个靠近的波导产生光耦合，一个波导中如果有正在传输的光，会被耦合至另一波导中。示例性的，传动器可以为静电传动器、压电传动器等，其作用是产生机械力，使预设位置处的可移动波导向最靠近该可移动波导的邻近波导移动。

需要说明的是，与目标可移动波导相邻的目标波导具体是指：在预设位置处，与目标可移动波导相邻且距离目标可移动波导最近的固定波导或者可移动波导。从而当存在两个与目标可移动波导相邻的波导时，不会发生错误的耦合。

具体来说，在预设位置处，传动器、目标可移动波导和目标波导组成可调绝热耦合器。这里，为了便于描述，将组成可调绝热耦合器的两个波导分别记作目标可移动波导和目标波导。其中，可调绝热耦合器仅形成在该预设位置处，一个可移动波导中可以包括多个预设位置，即一个可移动波导可以用于形成多个可调绝热耦合器。

本公开实施例通过在合适的预设位置处设定传动器，并根据需要对某些传动器施加电压，使可调绝热耦合器执行光耦合操作，将光从一个波导耦合至另一个波导，从而经过恰当的设计，能够满足最终输出的多个目标光束的光强比例满足所需的目标比例。该光开光组成体积小，功耗低，有利于实际应用中的大规模集成。

该可调绝热耦合器的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，其中：

可调绝热耦合器，用于在处于第一工作模式时，对目标可移动波导施加静电力，使目标可移动波导靠近目标波导；其中，若目标可移动波导内存在被传输的光且目标波导内不存在被传输的光，则目标可移动波导内的光被耦合至目标波导内；若目标可移动波导内不存在被传输的光且目标波导内存在被传输的光，则目标波导内的光被耦合至目标可移动波导内；

可调绝热耦合器，用于在处于第二工作模式时，不对目标可移动波导施加静电力。

需要说明的是，第一工作模式也记作cross工作模式，是波导进行光耦合的工作模式；第二工作模式也记作bar工作模式，是波导不进行光耦合的工作模式。为了便于进行描述，以图1所示的2×2光开关为例对本公开实施例提供的光开关的具体实现进行详细描述，但是本公开实施例提供的光开光不限于2×2光开关。

如图1所示，在该2×2光开关中，多个固定波导包括第一固定波导A-G和第二固定波导B-H；多个可移动波导包括第一可移动波导E-I和第二可移动波导F-J；多个传动器包括第一传动器、第二传动器和第三传动器；多个预设耦合器包括第一预设耦合器101和第二预设耦合器102。

需要说明的是，如图1所示，在第一固定波导中示出了A和G两个位置，因此，将第一固定波导用A-G表示；将第二固定波导用B-H表示、将第一可移动波导用E-I表示、将第二可移动波导用F-J表示。

还需要说明的是，在图1所示的示例中，第一可移动波导E-I包括两个预设位置：第一预设位置E和第三预设位置I；第二可移动波导F-J包括两个预设位置：第二预设位置F和第四预设位置J。

如图1所示，第一固定波导A-G、第一可移动波导E-I、第二可移动波导F-J和第二固定波导B-H间隔排列；

第一传动器设置于第一可移动波导E-I的第一预设位置E处，与第一固定波导A-G和第一可移动波导E-I组成第一可调绝热耦合器；

第二传动器设置于第二可移动波导F-J的第二预设位置F处，与第二固定波导B-H和第二可移动波导F-J组成第二可调绝热耦合器；

第三传动器设置于第一可移动波导E-I的第三预设位置I处或者第二可移动波导F-J的第四预设位置J处，与第一可移动波导E-I和第二可移动波导F-J组成第三可调绝热耦合器。

如图1所示，在第一可移动波导E-I的第一预设位置E处，设置第一传动器(图中未示出)，从而在第一预设位置E处，第一传动器、第一固定波导A-G、第一可移动波导E-I组成一个可调绝热耦合器，记作第一可调绝热耦合器。在第二可移动波导E-I的第二预设位置F处，设置第二传动器(图中未示出)，从而在第二预设位置F处，第二传动器、第二固定波导B-H、第二可移动波导F-J组成一个可调绝热耦合器，记作第二可调绝热耦合器。

在第一可移动波导E-I的第三预设位置I处，设置第三传动器(图中未示出)，从而在第三预设位置I处，第三传动器、第一可移动波导E-I、第二可移动波导F-J组成一个可调绝热耦合器，记作第三可调绝热耦合器；或者，在第二可移动波导F-J的第四预设位置J处，设置第三传动器(图中未示出)，从而在第四预设位置J处，第三传动器、第一可移动波导E-I、第二可移动波导F-J组成第三可调绝热耦合器。

如图1所示，第一固定波导A-G的输出端和第一可移动波导E-I的输出端耦合至第一预设耦合器101；第二固定波导B-H的输出端和第二可移动波导F-J的输出端耦合至第二预设耦合器102。

其中，第一固定波导A-G的输入端用于接收第一初始光束，第二固定波导B-H的输入端用于接收第二初始光束；

第一预设耦合器101用于将第一固定波导A-G和第一可移动波导E-I内的光耦合为第一目标光束并输出；

第二预设耦合器102用于将第二固定波导B-H和第二可移动波导F-J内的光耦合为第二目标光束并输出。

需要说明的是，如图1所示，A表示第一固定波导A-G的输入端，即2×2光开关的一个输入端，用于接收一个入射光束(第一初始光束)；C表示第一预设耦合器101的输出端，即2×2光开关的一个输出端，用于输出一个目标光束(第一目标光束)；B表示第二固定波导B-H的输入端，即2×2光开关的另一个输入端，用于接收另一个入射光束(第二初始光束)；D表示第二预设耦合器102的输出端，即2×2光开关的另一个输出端，用于输出另一个目标光束(第二目标光束)。第一可移动波导E-I和第二可移动波导F-J的输入端不接收入射光束。也就是说，每个固定波导的输入端可以接收一个入射光束(称作初始光束)，每个可移动波导的输入端不接收光束。

还需要说明的是，在本公开实施例中，可移动波导的移动主要是指：在预设位置处，使可移动波导向靠近或者远离与其最邻近的波导的方向移动。如图1中E、F、I处的箭头所指。可以理解，靠近是为了执行光耦合，远离是为了保证在不需要光耦合时，避免发生错误的光耦合。

本公开实施例提供的光开关10可以为基于微机电系统(Micro ElectroMechanical Systems，MEMS)的光子集成光开关，其中，固定波导和可移动波导均可以为硅波导。具体的，固定波导为氧化硅绝缘层上刻蚀的固定硅波导，可移动波导为悬空可移动硅波导。

还需要说明的是，多个固定波导、多个可移动波导以及多个预设耦合器位于同一平面。可以理解，这里所描述的同一平面忽视了波导以及预设耦合器的厚度，从而能够保证对光的耦合效果满足预期。

如图1所示，为了保证可调绝热耦合器能够在目标可移动波导和与其相邻的目标波导之间实现光耦合，各波导可由梳齿驱动传动结构支撑，对传动装置加载不同电压，产生的不同大小静电力可改变目标可移动波导和与其相邻的目标波导之间的距离。在可能需要进行光耦合的预设位置处(如第一预设位置E、第二预设位置F、第三预设位置I、第四预设位置J处)，相邻的波导之间的距离较小(该距离可以记作第一距离)，这样，当需要对预设位置处的目标可移动波导施加静电力时，可以保证能够高效快速地使目标可移动波导靠近相邻的目标波导，直至两者的距离达到能够实现光耦合的临界距离。在不需要进行光耦合的位置处(如位置G和位置H处)，相邻的波导之间的距离较大(该距离可以记作第二距离)，这样，能够避免发生错误的光耦合，保证光开关的准确性和可靠性。可以理解，第一距离和第二距离并非是固定值，且第二距离大于第一距离。

如图1所示，以第一预设位置E处的第一可调绝热耦合器为例，第一可移动波导E-I作为目标可移动波导，第一固定波导A-G作为目标波导。当第一可调绝热耦合器处于第一工作模式时，为第一传动器加载电压，使第一传动器为第一可移动波导E-I的第一位置E处施加静电力，第一位置E处的第一可移动波导E-I会向靠近第一固定波导A-G的方向移动，当第一固定波导A-G与第一可移动波导E-I之间的距离达到能够实现光耦合的临界距离时，第一固定波导A-G内的第一初始光束会被耦合进第一可移动波导E-I内。当第一可调绝热耦合器处于第二工作模式时，不会为第一传动器加载电压，第一初始光束保持在第一固定波导A-G内传输。

基于光开关内的可调绝热耦合器，光开关10可以实现：对光强比例为预设比例的多个初始光束进行一系列处理，得到多个目标光束，并使得多个目标光束的光强比例为目标比例。

也就是说，多个固定波导的输入端接收的多个初始光束的光强比例满足预设比例；该光开关10用于利用一个或者多个传动器对传动器对应的预设位置处的目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使多个预设耦合器输出的多个目标光束的光强比例满足目标比例。

还需要说明的是，预设耦合器可以为多模干涉耦合器(MultimodeInterferometer，MMI)。对于图1所示的示例，由于第一预设耦合器101和第二预设耦合器102均是将2个波导内的光耦合为一个目标光束进行输出，因此，第一预设耦合器101和第二预设耦合器102可以均为2×1MMI。

仍以图1所示的2×2光开关为例，其可以应用于基于硅基光子集成方案制备光的偏振量子态，光开关用于实现偏振量子态中相互垂直的水平偏振态和垂直偏振态的概率分布。这里，第一初始光束和第二初始光束的光强比例可以为预设比例1∶1，可以是相同的光源提供的两个初始光束，也可以由50∶50MMI将一光源进行1∶1分光得到的，这里不做具体限定。

结合图1所示，针对目前光开关存在的问题，本公开实施例提供了一种基于MEMS硅基集成技术的光开关，如图1所示的2×2光开关，A、B为输入端口，C、D为输出端口。第一可移动波导E-I和第二可移动波导F-J在MEMS传动器作用下，与第一固定波导A-G和第二固定波导B-H组成2个可调绝热耦合器，第一可移动波导E-I、第二可移动波导F-J在I处组成1个可调绝热耦合器。MEMS传动器分布并作用在E、F、I处，通过静电或压电传动器，可改变耦合波导的间距，从而改变可调绝热耦合器的光耦合效率。第一固定波导A-G、第二固定波导B-H为氧化硅绝缘层上刻蚀的固定硅波导，第一可移动波导E-I、第二可移动波导F-J为悬空可移动硅波导，上述4条硅波导分布在与2×1MMI同一平面内。

如图1所示，假定设计的MEMS传动器在加载电压V(每个传动器加载的电压的值可以相同，也可以不同，具体结合实际进行设置)时，平面内的可移动波导在静电力作用下靠近固定波导，可调绝热定向耦合器处于cross工作模式，光能量从一波导耦合进入另一波导；而在MEMS传动器不加载电压时，即该光开关结构处于初始态时，可调绝热定向耦合器处于bar工作模式，光能量保持在原波导内传输。针对输入光口A、B均有光输入情况，且第一初始光束和第二初始光束的光强比例为预设比例1∶1，图1所示2×2光开关工作模式如下：

(1)2×2光开关处于cross工作模式，即A、B口输入的光能量经过3个基于MEMS的可调绝热耦合器和1个2×1MMI后，均从D口输出。此时，对E处的MEMS传动器加载固定电压V_E1，E处的第一可调绝热耦合器处于cross工作模式，从A口输入的光能量均耦合进入第一可移动波导E-I内；对F处的MEMS传动器不加载任何电压，F处的第二可调绝热耦合器处于bar工作模式，从B口输入的光能量保持在第二固定波导B-H中传输；对I处的MEMS传动器加载电压V_I1，I处的第三可调绝热耦合器处于cross工作模式，第一可移动波导E-I中的光能量在J处均耦合进入第二可移动波导F-J内，最终与第一固定波导B-H中传输的光能量在下方的2×1MMI中合束，从D口输出。这时候，第一目标光束和第二目标光束的光强比例为目标比例0∶1。

(2)2×2光开关处于cross工作模式，即A、B口输入的光能量经过3个基于MEMS的可调绝热耦合器和1个2×1MMI后，均从C口输出。此时，对E处的MEMS传动器不加载任何电压，E处的第一可调绝热耦合器处于bar工作模式，从A口输入的光能量保持在第一固定波导A-G中传输；对F处的MEMS传动器加载固定电压V_F1，F处的第二可调绝热耦合器处于cross工作模式，从B口输入的光能量均耦合进入第二可移动波导F-J内；对I处的MEMS传动器加载电压V_I1，I处的第三可调绝热耦合器处于cross模式，第二可移动波导F-J中的光能量在I处均耦合进入第一可移动波导F-I内，最终与第一固定波导A-G中传输的光能量在上方的2×1MMI中合束，从C口输出。这时候，第一目标光束和第二目标光束的光强比例为目标比例1∶0。

(3)2×2光开关处于bar工作模式，即A、B口输入的光能量经过3个基于MEMS的可调绝热耦合器和2个2×1MMI后，分别从C、D口输出。此时，对E处的MEMS传动器不加载任何电压，E处的第一可调绝热耦合器处于bar工作模式，从A口输入的光能量保持在第一固定波导A-G中传输；对F处的MEMS传动器不加载任何电压，F处的第二可调绝热耦合器处于bar工作模式，从B口输入的光能量保持在第二固定波导B-H中传输；对I处的MEMS传动器的工作状态，可选cross工作模式，也可选bar工作模式，由于其中并没有光在传输，工作模式并不会产生影响；第一固定波导A-G、第二固定波导B-H中的光能量分别经过上方和下方的2×1MMI，分别从C口、D口输出。这时候，第一目标光束和第二目标光束的光强比例为目标比例1∶1。

对于该2×2光开关结构(或者其它M×N光开关结构)，需要注意的是，从A、B输入口进入的光信号通过不同波导传输到2个2×1MMI时，所经过的光程需满足相等条件，即在设计该结构时，需要定制4条波导(M+N条波导)的长度和弯曲弧度，来满足两路光信号经过相同光程到达两个2×1MMI。即多个固定波导和多个可移动波导的长度和形状满足预设条件，以使在光开关10内，每一初始光束的光程相同。

通过以上分析可以看出，该2×2光开光可以实现对光强比例为初始比例1∶1的第一初始光束与第二初始光束进行处理，得到光强比例为目标比例1∶0、0∶1或者1∶1的第一目标光束和第二目标光束。可以理解，在初始比例为1∶1时，可以实现这几种目标比例，在初始比例为其它比例时，还可以实现其它目标比例的分光比。

简言之，本公开实施例基于MEMS硅基集成技术，提出一种超高动态范围分光比调节的光开关器件。该开关器件能替代绝大多数场合的通过MZI方案实现的光开关，在确保光开关高响应度的前提下，实现小尺寸，低功耗，高分光比，调制相关损耗无关等器件应用优势。

基于前述实施例提供的光开关10，本公开的另一实施例中，参见图2，其示出了本公开实施例提供的一种光开关的控制方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：

S201：确定目标比例。

S202：根据目标比例从多个传动器中确定目标传动器。

S203：利用目标传动器对目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使多个目标光束的光强比例满足目标比例。

需要说明的是，仍以图1所示的2×2光开关为例，假设第一初始光束和第二初始光束的光强比例为预设比例1∶1。目标比例为需要实现的目标光束的分光比例。

结合图1所示，当需要实现第一目标光束和第二目标光束的分光比例为目标比例1∶1时。无需利用可调绝热耦合器进行光耦合，只需要保持第一初始光束在第一固定波导A-G内传输至第一预设耦合器101、以及第二初始光束在第二固定波导B-H内传输至第二预设耦合器102。在这种情况下，可以不确定目标传动器，也可以将第三位置I处(第四位置J处)的传动器确定为目标传动器，第三可调绝热耦合器处于第一工作模式，但是由于两个可移动波导内均没有光在传输，所以不会进行光耦合，不会影响目标光束的光强比例。最终第一预设耦合器101耦合第一初始光束，第二预设耦合器102耦合第二初始光束，实现第一目标光束和第二目标光束的分光比例为目标比例1∶1。

当需要实现第一目标光束和第二目标光束的分光比例为目标比例1∶0时，将第二预设位置F处的传动器和第三预设位置I处(第四位置J处)的传动器均确定为目标传动器，第一可调绝热耦合器处于第二工作模式，第二可调绝热耦合器均处于第一工作模式。

当需要实现第一目标光束和第二目标光束的分光比例为目标比例0∶1时，将第一预设位置E处的传动器和第三预设位置I处(第四位置J处)的传动器均确定为目标传动器，第二可调绝热耦合器处于第二工作模式，第一可调绝热耦合器均处于第一工作模式。

需要说明的是，本实施例基于前述实施例中的光开关10实现，对于本公开实施例未披露的细节，请参照前述实施例的描述而理解。

这样，基于前述实施例提供的光开关，利用本公开实施例提供的方法对该光开关进行控制，能够实现输出的目标光束的光强比例满足所需的目标比例，且控制方法简单，易于实现。

以上所述，仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。

需要说明的是，在本公开中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本公开所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光开关，其特征在于，所述光开关包括多个固定波导、多个可移动波导、多个传动器以及多个预设耦合器，至少一个所述固定波导的输出端和至少一个所述可移动波导的输出端耦合至一个所述预设耦合器；其中：

所述固定波导的输入端用于接收初始光束；

所述传动器设置在目标可移动波导的预设位置处，所述传动器用于对所述目标可移动波导施加静电力，以将目标波导内的光耦合至所述目标可移动波导内，或者，将所述目标可移动波导内的光耦合至所述目标波导内；其中，所述目标可移动波导为所述多个可移动波导中的任意一个，所述目标波导为与所述目标可移动波导相邻的可移动波导或者固定波导；

所述预设耦合器，用于将耦合的至少一个所述固定波导和至少一个所述可移动波导内的光耦合为目标光束并输出。

2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，所述多个固定波导的输入端接收的多个初始光束的光强比例满足预设比例；

所述光开关用于利用一个或者多个所述传动器对所述传动器对应的预设位置处的所述目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使所述多个预设耦合器输出的多个目标光束的光强比例满足目标比例。

3.根据权利要求2所述的光开关，其特征在于，在所述预设位置处，所述传动器、所述目标可移动波导和所述目标波导组成可调绝热耦合器。

4.根据权利要求3所述的光开关，其特征在于，所述可调绝热耦合器的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，其中：

所述可调绝热耦合器，用于在处于所述第一工作模式时，对所述目标可移动波导施加静电力，使所述目标可移动波导靠近所述目标波导；其中，若所述目标可移动波导内存在被传输的光且所述目标波导内不存在被传输的光，则所述目标可移动波导内的光被耦合至所述目标波导内；若所述目标可移动波导内不存在被传输的光且所述目标波导内存在被传输的光，则所述目标波导内的光被耦合至所述目标可移动波导内；

所述可调绝热耦合器，还用于在处于所述第二工作模式时，不对所述目标可移动波导施加静电力。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光开关，其特征在于，所述多个固定波导和所述多个可移动波导的长度和形状满足预设条件，以使在所述光开关内，每一所述初始光束的光程相同。

6.根据权利要求1至4任一项所述的光开关，其特征在于，所述多个固定波导、所述多个可移动波导以及所述多个预设耦合器位于同一平面；

所述预设耦合器为多模干涉耦合器；

所述光开关为基于微机电系统MEMS的光子集成光开关，所述固定波导和所述可移动波导可均为硅波导。

7.根据权利要求4所述的光开关，其特征在于，所述光开关为2×2光开关，所述多个固定波导包括第一固定波导和第二固定波导；所述多个可移动波导包括第一可移动波导和第二可移动波导；所述多个传动器包括第一传动器、第二传动器和第三传动器；所述多个预设耦合器包括第一预设耦合器和第二预设耦合器；其中：

所述第一固定波导、所述第一可移动波导、所述第二可移动波导和所述第二固定波导间隔排列；

所述第一传动器设置于所述第一可移动波导的第一预设位置处，与所述第一固定波导和所述第一可移动波导组成第一可调绝热耦合器；

所述第二传动器设置于所述第二可移动波导的第二预设位置处，与所述第二固定波导和所述第二可移动波导组成第二可调绝热耦合器；

所述第三传动器设置于所述第一可移动波导的第三预设位置处或者所述第二可移动波导的第四预设位置处，与所述第一可移动波导和所述第二可移动波导组成第三可调绝热耦合器；

所述第一固定波导的输出端和所述第一可移动波导的输出端耦合至所述第一预设耦合器；

所述第二固定波导的输出端和所述第二可移动波导的输出端耦合至所述第二预设耦合器。

8.根据权利要求7所述的光开关，其特征在于，所述第一固定波导的输入端用于接收第一初始光束，所述第二固定波导的输入端用于接收第二初始光束；

所述第一预设耦合器用于将所述第一固定波导和所述第一可移动波导内的光耦合为第一目标光束并输出；

所述第二预设耦合器用于将所述第二固定波导和所述第二可移动波导内的光耦合为第二目标光束并输出。

9.根据权利要求8所述的光开关，其特征在于，所述预设比例为1∶1；所述目标比例为1∶0、0∶1或者1∶1。

10.一种光开关的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的光开关，所述方法包括：

确定目标比例；

根据所述目标比例从所述多个传动器中确定目标传动器；

利用所述目标传动器对所述目标可移动波导施加静电力，实现光耦合，以使多个所述目标光束的光强比例满足目标比例。