CN207895111U - 一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，包括12个微环谐振器、6条光波导、5个输入口、5个输出口和2个终端结点。第一端输入口到第二端输出口为第一光波导；第二端输入口到第一端输出口为第二光波导；第三端输入口到第五端输出口为第三光波导；第五端输入口到第三端输出口为第四光波导；第四端输入口到第一终端结点为第五光波导；第二终端结点到第四端输出口为第六光波导。本实用新型利用微环谐振器对特定波长的谐振特性，将微环谐振器和光波导巧妙组合，实现了五个双向端口的无阻塞路由交换，其不仅精简了光路由器结构，提高了器件的利用率，减小了光路由器的面积，降低了成本，而且降低了插入损耗和能耗，增强了光互连网络的可扩展性。

Description

一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器

技术领域

本实用新型涉及光学路由器技术领域，具体涉及一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器。

背景技术

随着半导体技术的发展，单个处理器的集成度显著提高，片上处理器核的数量增加，使得多核处理器的核间传输效率问题成为处理器整体性能的关键问题。怎样将未来的多核系统在降低能耗的同时满足带宽和时延的要求成为目前光电集成领域的重大挑战。随着电互连网络的性能要求越来越高，传统电互联技术的局限性越来越突出，多处理器系统互联网络在传输中对带宽、时延、功耗的要求将不能满足，这成为了现阶段亟待解决的问题。

近年来，硅基光电子学迅速发展，特别是硅基激光器，硅基光电调制器和硅基光探测器等高速器件，推动了片上光互连的发展。光互连技术具有复用能力强，且具有更快的传播速度，更高的带宽，更低的功耗，可与CMOS工艺兼容等优点，这些优点对于解决电互连网络局限性问题具有明显的优势。光交换网络作为片上光互连网络的核心器件，其光交换的性能很大程度上影响着整个光互连网络的性能。

实用新型内容

基于光交换的性能对于光互连网络的性能的影响，本实用新型提供了一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，其利用12个微环谐振器便实现片上光互连网络架构五个双向端口的自由交换，以降低光交换的插入损耗和结构的复杂度。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，包括12个微环谐振器、6条光波导、5个输入口、5个输出口和2个终端结点。

第一端输入口到第二端输出口为第一光波导；第二端输入口到第一端输出口为第二光波导；第三端输入口到第五端输出口为第三光波导；第五端输入口到第三端输出口为第四光波导；第四端输入口到第一终端结点为第五光波导；第二终端结点到第四端输出口为第六光波导。

第一光波导的第一端输入口与第四光波导的第三输出口通过第九微环谐振器耦合；第一光波导的第一端输入口与第六光波导的第四输出口通过第八微环谐振器耦合；第一光波导的第一端输入口与第三光波导的第五输出口通过第六微环谐振器耦合。

第二光波导的第二端输入口与第四光波导的第三输出口通过第十二微环谐振器耦合；第二光波导的第二端输入口与第六光波导的第四输出口通过第十微环谐振器耦合；第二光波导的第二端输入口与第三光波导的第五输出口通过第四微环谐振器耦合。

第三光波导的第三端输入口与第二光波导的第一输出口通过第十一微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第一光波导的第二输出口通过第六微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第六光波导的第四输出口通过第六微环谐振器和第八微环谐振器耦合。

第四光波导的第五端输入口与第二光波导的第一输出口通过第一微环谐振器耦合；第四光波导的第五端输入口与第一光波导的第二输出口通过第七微环谐振器耦合；第四光波导的第五端输入口与第六光波导的第四输出口通过第二微环谐振器和第八微环谐振器耦合。

第五光波导的第四端输入口与第二光波导的第一输出口通过第五微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第一光波导的第二输出口通过第三微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第四光波导的第三输出口通过第三微环谐振器和第九微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第三光波导的第五输出口通过第五微环谐振器和第四微环谐振器耦合。

上述12个微环谐振器中，第一微环谐振器、第二微环谐振器、第四微环谐振器、第五微环谐振器、第七微环谐振器、第九微环谐振器、第十微环谐振器、第十一微环谐振器和第十二微环谐振器为交叉波导微环谐振器，第三微环谐振器、第六微环谐振器和第八微环谐振器为平行波导微环谐振器。

上述12个微环谐振器的谐振波长相同。

与现有技术相比，本实用新型利用微环谐振器对特定波长的谐振特性，将微环谐振器和光波导巧妙组合，实现了五个双向端口的无阻塞路由交换。由于开关中间利用了微环谐振器的平行开关结构，使得所用微环谐振器的数量减少到了12个，这不仅精简了光路由器结构，提高了器件的利用率，减小了光路由器的面积，降低了成本，而且降低了插入损耗和能耗，增强了光互连网络的可扩展性。此外，用于制作基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器的材料是SOI，能够将光器件与CMOS技术相结合，利于将该结构商业化。利用此五端口无阻塞光学路由器，可以构建片上光互连网络架构，实现信号的高速传输和交换。

附图说明

图1为一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器的结构示意图。

图2为交叉波导微环谐振器1×2光开关的“开”状态示意图。

图3为交叉波导微环谐振器1×2光开关的“关”状态示意图。

图4为平行波导微环谐振器1×2光开关的“开”状态示意图。

图5为平行波导微环谐振器1×2光开关的“关”状态示意图。

图6为一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器工作状态示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，由12个微环谐振器、5个输入口、5个输出口、2个终端结点和6条光波导组成。图1中，数字小圆圈分别代表12个微环谐振器，数字1-5分别代表5个输入口，数字1′-5′分别代表5个输出口，实心小圆点·代表终端结点，带箭头的线条→代表波导。

第一端输入口到第二端输出口为第一光波导。第二端输入口到第一端输出口为第二光波导。第三端输入口到第五端输出口为第三光波导。第五端输入口到第三端输出口为第四光波导。第四端输入口到第一终端结点为第五光波导。第二终端结点到第四端输出口为第六光波导。

第一光波导的第一端输入口与第四光波导的第三输出口通过第九微环谐振器耦合。第一光波导的第一端输入口与第六光波导的第四输出口通过第八微环谐振器耦合。第一光波导的第一端输入口与第三光波导的第五输出口通过第六微环谐振器耦合。

第二光波导的第二端输入口与第四光波导的第三输出口通过第十二微环谐振器耦合。第二光波导的第二端输入口与第六光波导的第四输出口通过第十微环谐振器耦合。第二光波导的第二端输入口与第三光波导的第五输出口通过第四微环谐振器耦合。

第三光波导的第三端输入口与第二光波导的第一输出口通过第十一微环谐振器耦合。第三光波导的第三端输入口与第一光波导的第二输出口通过第六微环谐振器耦合。第三光波导的第三端输入口与第六光波导的第四输出口通过第六和第八微环谐振器耦合。

第四光波导的第五端输入口与第二光波导的第一输出口通过第一微环谐振器耦合。第四光波导的第五端输入口与第一光波导的第二输出口通过第七微环谐振器耦合。第四光波导的第五端输入口与第六光波导的第四输出口通过第二和第八微环谐振器耦合。

第五光波导的第四端输入口与第二光波导的第一输出口通过第五微环谐振器耦合。第五光波导的第四端输入口与第一光波导的第二输出口通过第三微环谐振器耦合。第五光波导的第四端输入口与第四光波导的第三输出口通过第三和第九微环谐振器耦合。第五光波导的第四端输入口与第三光波导的第五输出口通过第五和第四微环谐振器耦合。

上述12个微环谐振器中，第一、第二、第四、第五、第七、第九、第十、第十一、第十二为交叉波导微环谐振器，其耦合通过交叉波导微环1×2光开关实现，参见图2和3。第三、第六、第八为平行波导微环谐振器，耦合通过平行波导微环1×2光开关实现，参见图3和4。上述12个微环谐振器的谐振波长均一致，并具有相同大小的面积和相同的有效折射率。当光信号传输满足微环谐振器的谐振条件时，光信号会通过微环从一个波导耦合到另一个波导，当不满足微环的谐振条件时，光信号会沿原路直通。当微环谐振器的谐振波长λresonant＝λ₀时，这一种状态被定义为“开”，光信号从Input端输入，从Drop端输出，如图2和图4所示。当微环谐振器的谐振波长λresonant≠λ₀时，这一种状态被定义为“关”，光信号从Input端输入，从Through端输出，如图3和图5所示。微环谐振器的谐振波长可以由路由控制信号动态配置，从而实现开关状态的切换。

图6给出了该交换网络的一种工作状态，图中，实线数字小圆圈表示该微环谐振器处于OFF状态，虚线数字小圆圈表示该微环谐振器处于ON状态。此时第一端输入口1→第四端输出口4′，第四端输入口4→第一端输出口1′，第三端输入口3→第二端输出口2′，第二端输入口2→第三端输出口3′，第五端输入口5→第一端输出口1′，第一端输入口1→第五端输出口5′，第五端输入口5→第四端输出口4′，第四端输入口4→第五端输出口5′。其中第三端输入口3→第二端输出口2′和第一端输入口1→第五端输出口5′这两条链路共用第六微环谐振器而并不造成阻塞。第四端输入口4→第一端输出口1′和第四端输入口4→第五端输出口5′这两条链路共用第五微环谐振器而并不造成阻塞。第一端输入口1→第四端输出口4′和第五端输入口5→第四端输出口4′这两条链路共用第八微环谐振器而并不造成阻塞。由于微环谐振器的状态切换需要外加电压或者热调制，两条链路共用同一个微环谐振器能够降低功耗，同时相对于以往的5×5光交换网络，本实用新型第一次用12个微环完成了五端口的无阻塞路由交换。

下面给出每条链路与微环谐振器的对应关系(表1)，波导表示没有微环谐振而光信号由波导直接通过。

表1每条链路与微环谐振器的对应关系

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，其特征是，包括12个微环谐振器、6条光波导、5个输入口、5个输出口和2个终端结点；

第一端输入口到第二端输出口为第一光波导；第二端输入口到第一端输出口为第二光波导；第三端输入口到第五端输出口为第三光波导；第五端输入口到第三端输出口为第四光波导；第四端输入口到第一终端结点为第五光波导；第二终端结点到第四端输出口为第六光波导；

第一光波导的第一端输入口与第四光波导的第三输出口通过第九微环谐振器耦合；第一光波导的第一端输入口与第六光波导的第四输出口通过第八微环谐振器耦合；第一光波导的第一端输入口与第三光波导的第五输出口通过第六微环谐振器耦合；

第二光波导的第二端输入口与第四光波导的第三输出口通过第十二微环谐振器耦合；第二光波导的第二端输入口与第六光波导的第四输出口通过第十微环谐振器耦合；第二光波导的第二端输入口与第三光波导的第五输出口通过第四微环谐振器耦合；

第三光波导的第三端输入口与第二光波导的第一输出口通过第十一微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第一光波导的第二输出口通过第六微环谐振器耦合；第三光波导的第三端输入口与第六光波导的第四输出口通过第六微环谐振器和第八微环谐振器耦合；

第四光波导的第五端输入口与第二光波导的第一输出口通过第一微环谐振器耦合；第四光波导的第五端输入口与第一光波导的第二输出口通过第七微环谐振器耦合；第四光波导的第五端输入口与第六光波导的第四输出口通过第二微环谐振器和第八微环谐振器耦合；

第五光波导的第四端输入口与第二光波导的第一输出口通过第五微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第一光波导的第二输出口通过第三微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第四光波导的第三输出口通过第三微环谐振器和第九微环谐振器耦合；第五光波导的第四端输入口与第三光波导的第五输出口通过第五微环谐振器和第四微环谐振器耦合。

2.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，其特征是，12个微环谐振器中，第一微环谐振器、第二微环谐振器、第四微环谐振器、第五微环谐振器、第七微环谐振器、第九微环谐振器、第十微环谐振器、第十一微环谐振器和第十二微环谐振器为交叉波导微环谐振器，第三微环谐振器、第六微环谐振器和第八微环谐振器为平行波导微环谐振器。

3.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器的五端口无阻塞光学路由器，其特征是，12个微环谐振器的谐振波长相同。