WO2015168919A1 - 光学路由器 - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
Definitions
- the present invention relates to the field of information technology and, more particularly, to an optical router. Background technique
- microring resonator structure was proposed by Marcatili in 1969 and was limited to the process at the time and has not received much attention.
- Optical devices based on microring resonators have the advantages of low power consumption and small area.
- optical routers based on microring resonators have received more and more attention.
- Optical interconnect technology has many advantages such as large bandwidth, high speed, low latency, no need for a large number of pins, low transmission loss, low crosstalk, low power consumption, compatibility with Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) processes, etc. , has a significant advantage in solving the communication bottleneck problem.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- the optical router is the core device of the on-chip optical network.
- the performance of an optical router largely determines the performance of the entire optical interconnection network.
- the structure of the optical router is relatively complicated, and the number of cross nodes and microrings is large, resulting in high production cost, poor stability, high insertion loss, and large power consumption, thereby affecting the performance of the optical router. Summary of the invention
- Embodiments of the present invention provide an optical router capable of improving the performance of an optical router.
- an embodiment of the present invention provides an optical router, including: a first waveguide 101, a second waveguide 102, a third waveguide 103, and a fourth waveguide 104;
- One end of the first waveguide 101 is a first input end 121, and the other end is a second output end 132; one end of the second waveguide 102 is a second input end 122, and the other end is a third output end 133; one end of the third waveguide 103 a third input end 134, the other end is a fourth output end 134; the fourth end of the fourth waveguide 104 is a fourth input end 124, the other end is a first output end 131;
- the first input end 121 and the second output end 132 are coupled through the first waveguide 101.
- the first input end 121 and the third output end 133 are coupled through the third microring resonator 113.
- the first input end 121 and the fourth output end 134 are connected. Coupled by the first microring resonator 111, the second input 122 is coupled to the first output 131 via the fourth microring resonator 114, and the second input 124 is coupled to the third output 133 via the fourth waveguide 104.
- the second input terminal 122 and the fourth output terminal 134 are coupled through the fifth microring resonator 115, and the third input terminal 123 is coupled to the first output terminal 131 through the sixth microring resonator 116, the third input terminal 123 and the second output terminal.
- the terminal 132 is coupled by a seventh microring resonator 117, the third input terminal 123 is coupled to the fourth output terminal 134 via a third waveguide 103, and the fourth input terminal 124 is coupled to the first output terminal 131 via the second waveguide 102, a fourth The input 124 and the second output 132 are coupled by a second microring resonator 112, and the fourth input 124 and the third output 133 are coupled by a fourth microring resonator 114.
- the ring resonator 115, the sixth microring resonator 116, and the seventh microring resonator 117 are parallel waveguide microring resonators.
- the first microring resonator 111 connects the first waveguide 101 and the third waveguide 103; the second microring resonance The second waveguide 104 is connected to the first waveguide 101 and the first waveguide 101; the third microring resonator 111 is connected to the first waveguide 101 and the second waveguide 102; the fourth microring resonator 111 is connected to the second waveguide 102 and the fourth waveguide 104; The fifth microring resonator 115 is connected to the second waveguide 102 and the third waveguide 103; the sixth microring resonator 116 is connected to the third waveguide 103 and the fourth waveguide 104; the seventh microring resonator 117 is connected to the third waveguide 103 and the first Waveguide 101.
- the first microring resonator 111, the second microring resonator 112, the third microring resonator 113, the fourth microring resonator 114, the fifth microring resonator 115, and the sixth microring resonance The radius of the 116 and seventh microring resonators 117 are the same.
- the first microring resonator 111, the second microring resonator 112, and the third microring resonator 113 have a wavelength division multiplexing WDM multi-wavelength switching function.
- the first microring resonator 111, the second microring resonator 112, and the third microring resonator 113 are identical.
- the resonant wavelengths of the fourth microring resonator 114, the fifth microring resonator 115, the sixth microring resonator 116, and the seventh microring resonator 117 are identical.
- the first input end 121, the second input end 122, the third input end 123, and the fourth input end 124 achieves a 4 x 4 non-blocking exchange with the first output 131, the second output 132, the third output 133, and the fourth output 134.
- the first input end 121 and the first output end 131 are adjacent to each other; the second input end 122 and the second The output end 132 is adjacent; the third input end 123 is adjacent to the third output end 133; the fourth input end 124 is adjacent to the fourth output end 134.
- the first waveguide 101 and the fourth waveguide 104 have three waveguides intersecting, the second waveguide 102 and the third waveguide 103 has three waveguides crossed.
- the first waveguide 101 and the third waveguide 103 each have five waveguide bends
- the second waveguide 102 and the first Each of the four waveguides 104 has a waveguide bend.
- the optical router of the embodiment of the invention has fewer waveguide crossovers, can reduce the average insertion loss and crosstalk of the optical link, and can reduce power consumption and devices by using fewer microring resonators. Size and cost, which can improve the performance of the optical router.
- FIG. 1 is a schematic structural diagram of an optical router according to an embodiment of the present invention.
- Figure 2a is a schematic illustration of the ON state of the microring resonator.
- Figure 2b is a schematic illustration of the OFF state of the microring resonator.
- FIG. 3 is a schematic diagram of an operational state of an optical router in accordance with an embodiment of the present invention. detailed description
- FIG. 1 shows a block diagram of an optical router 100 in accordance with an embodiment of the present invention.
- the optical router 100 includes:
- the resonator 114, the fifth microring resonator 115, the sixth microring resonator 116, and the seventh microring resonator 117 The resonator 114, the fifth microring resonator 115, the sixth microring resonator 116, and the seventh microring resonator 117.
- the first waveguide 101, the second waveguide 102, the third waveguide 103, and the fourth waveguide 104 are straight-through waveguides, that is, one end of the waveguide is an input end and the other end is an output end.
- One end of the first waveguide 101 is a first input end 121, and the other end is a second output end 132; one end of the second waveguide 102 is a second input end 122, and the other end is a third output end 133; one end of the third waveguide 103
- the third input end 123 is the third input end 134; the fourth end of the fourth waveguide 104 is the fourth input end 124, and the other end is the first output end 131.
- the four waveguides are connected by seven microring resonators, wherein the first microring resonator 111 is connected to the first waveguide 101 and the third waveguide 103; the second microring resonator 112 is connected to the fourth waveguide 104 and the first waveguide 101;
- the third microring resonator 111 connects the first waveguide 101 and the second waveguide 102;
- the fourth microring resonator 111 connects the second waveguide 102 and the fourth waveguide 104;
- the fifth microring resonator 115 connects the second waveguide 102 and the The third waveguide 103;
- the sixth microring resonator 116 is connected to the third waveguide 103 and the fourth waveguide 104; and
- the seventh microring resonator 117 is connected to the third waveguide 103 and the first waveguide 101.
- the coupling from each input to the three outputs can be achieved by a through-waveguide and a microring resonator.
- the first input terminal 121 and the second output terminal 132 are coupled by the first waveguide 101;
- the first input terminal 121 and the third output terminal 133 are coupled by the third microring resonator 113; the first input terminal 121 and the fourth output terminal 134 are coupled by the first microring resonator 111; the second input terminal 122 and the first The output 131 is coupled through the fourth microring resonator 114; the second input 124 is coupled to the third output 133 via the fourth waveguide 104;
- the second input terminal 122 and the fourth output terminal 134 are coupled by the fifth microring resonator 115; the third input terminal 123 is coupled to the first output terminal 131 through the sixth microring resonator 116; the third input terminal 123 and the second input terminal 123
- the output terminal 132 is coupled through the seventh microring resonator 117; the third input terminal 123 and the fourth output terminal 134 are coupled through the third waveguide 103;
- the fourth input 124 is coupled to the first output 131 via the second waveguide 102;
- the fourth input 124 and the second output 132 are coupled by a second microring resonator 112; the fourth input 124 and the third output 133 are coupled by a fourth microring resonator 114.
- the optical signal input to each input can be directed to any of the three outputs coupled thereto, and four input inputs can be implemented.
- the optical signals do not block each other. That is to say, 4 x 4 non-blocking switching can be realized between the four inputs and the four outputs of the optical router of the embodiment of the present invention.
- the four waveguides have six waveguide intersections, wherein the first waveguide 101 and the fourth waveguide 104 have three waveguides, and the second waveguide 102 and the third waveguide 103 have three waveguides. Since the waveguide crossover introduces optical loss and crosstalk, the optical router of the embodiment of the present invention has fewer waveguide crossings, thereby reducing the average insertion loss and crosstalk of the optical link, thereby improving the scalability of the optical switching network.
- the four waveguides have twelve waveguide bends, wherein the first waveguide 101 and the third waveguide 103 each have five waveguide bends, and the second waveguide 102 and the fourth waveguide 104 each have a waveguide bend.
- the fourth microring resonator 114 can be simultaneously connected from the fourth input terminal 124 to the third output terminal 133 and from the second input terminal 122 to the first output by utilizing the bidirectional operating characteristic of the microring resonator.
- the optical path of the terminal 131 improves the utilization efficiency of the device, reduces the number of required microring resonators, and reduces the power consumption of the router.
- the optical router of the embodiment of the present invention has a total of seven micro-ring resonators, and the number of micro-ring resonators is relatively Less, which reduces the power consumption, device size and cost of the optical router.
- the optical router of the embodiment of the invention has fewer waveguide crossings, can reduce the average insertion loss and crosstalk of the optical link, and can reduce power consumption, device size and cost by using fewer microring resonators. , thereby improving the performance of the optical router.
- the six microring resonator 116 and the seventh microring resonator 117 are parallel waveguide microring resonators.
- Parallel waveguide microring resonators connect two parallel waveguides by a microring.
- the resonant wavelength of the microring resonator is A res .
- this state is defined as "ON", and the signal is coupled from one waveguide to the other through the microring; as shown in Figure 2b, when 4 s .
- nant ⁇ this state is defined as "OFF” and the signal is still straight through the original path.
- the resonant wavelength of the microring resonator can be dynamically configured by the routing control signal to achieve switching of the switching state.
- the six microring resonator 116 and the seventh microring resonator 117 have the same radius. That is, the seven microring resonators have the same radius.
- the six microring resonator 116 and the seventh microring resonator 117 have a wavelength division multiplexing (WDM) multi-wavelength switching function.
- WDM wavelength division multiplexing
- each microring resonator can operate in a WDM multi-wavelength state in addition to being able to operate in a single wavelength state. That is to say, for each micro-ring resonator, WDM optical signal input can also be used, thereby increasing the bandwidth and throughput of the system.
- WDM the wavelength interval of adjacent resonance peaks is called Free Spectral Range (FSR).
- FSR Free Spectral Range
- the first microring resonator 111, the second microring resonator 112, the third microring resonator 113, the fourth microring resonator 114, the fifth microring resonator 115, The resonant wavelengths of the six microring resonator 116 and the seventh microring resonator 117 are identical.
- the resonance wavelengths of the respective microring resonators are the same, and in the case of WDM, the plurality of resonance wavelengths of the respective microring resonators are respectively the same.
- the first input port 121 is adjacent to the first output port 131; the second input port 122 and the second output port 132 are adjacent; the third input port 123 and the third output port 133 are adjacent to each other; The fourth input port 124 and the fourth output port 134 are adjacent.
- the corresponding input and output are adjacent, so that the structure of the optical router is more compact and more suitable for application to the optical network structure.
- the adjacent input and output terminals can serve as a bidirectional port, that is, the optical router of the embodiment of the present invention has four bidirectional ports.
- FIG. 3 shows a schematic diagram of an operational state of optical router 100 in accordance with an embodiment of the present invention.
- the microring resonator indicated by the broken line in FIG. 3 is in a resonance state (ie, an ON state), that is, the first microring resonator 111, the fourth microring resonator 114, and the seventh microring resonator 117 are in a resonance state, forming a fourth state.
- Input end 124 to third output end 133, second input end 122 to first output end 131, third input end 123 to second output end 132, and first input end 121 to fourth output end 134 four optical links .
- the two optical links from the fourth input terminal 124 to the third output terminal 133 and the second input terminal 122 to the first output terminal 131 share the fourth microring resonator 114 without causing blocking. Since the state switching of the microring resonator requires external voltage or thermal modulation, sharing the same microring resonator with both links can reduce power consumption.
- the present invention accomplishes non-blocking routing switching of four bidirectional ports using only seven microring resonators.
- the optical router of the embodiment of the present invention has twelve optical communication links, and Table 1 shows the correspondence between each link and the waveguide or the microring resonator in the ON state.
- Table 1 shows the correspondence between each link and the waveguide or the microring resonator in the ON state.
- each input terminal, output terminal, microring resonator, and waveguide are denoted by corresponding reference numerals, respectively.
- One input to one output is a link.
- Each link is coupled by at most one microring resonator.
- the communication links that are not adjacent to the input end and the output end can be allowed to work at the same time (the adjacent input end and the output end do not need to communicate), thereby alleviating the congestion of the optical network.
- the optical router of the embodiment of the present invention has a total of nine states, each of which allows up to four links to operate simultaneously.
- Table 2 shows the correspondence between each state and the microring resonator or waveguide.
- the nine states are denoted by 1, 2, ..., 9, respectively, and each input terminal, output terminal, microring resonator, and waveguide are respectively indicated by corresponding reference numerals.
- Corresponding resonators indicate that the input and output are coupled by a microring resonator, and the corresponding waveguide indicates that the input and output are connected by a waveguide without coupling through a microring resonator.
- the optical router of the embodiment of the present invention uses seven micro-ring resonators to realize non-blocking routing exchange of four bidirectional ports, and has fewer waveguide crossovers, thereby reducing the optical chain.
- the average insertion loss and crosstalk of the path can reduce power consumption, device size, and cost, thereby improving the performance of the optical router.
- the disclosed systems, devices, and methods may be implemented in other ways.
- the device embodiments described above are merely illustrative.
- the division of the unit is only a logical function division.
- there may be another division manner for example, multiple units or components may be combined or Can be integrated into another system, or some features can be ignored, or not executed.
- the mutual coupling or direct connection or communication connection shown or discussed may be an indirect connection or communication connection through some interface, device or unit, or may be an electrical, mechanical or other form. connection.
- the components displayed for the unit may or may not be physical units, ie may be located in one place, or may be distributed over multiple network units. Some or all of the units may be selected according to actual needs to achieve the objectives of the embodiments of the present invention.
- each functional unit in each embodiment of the present invention may be integrated into one processing unit, or each unit may exist physically separately, or two or more units may be integrated into one unit.
- the above integrated unit can be implemented in the form of hardware or in the form of a software functional unit.
- the integrated unit if implemented in the form of a software functional unit and sold or used as a standalone product, may be stored in a computer readable storage medium.
- the technical solution of the present invention contributes in essence or to the prior art, or all or part of the technical solution may be embodied in the form of a software product stored in a storage medium.
- a number of instructions are included to cause a computer device (which may be a personal computer, server, or network device, etc.) to perform all or part of the steps of the methods described in various embodiments of the present invention.
- the foregoing storage medium includes: a USB flash drive, a removable hard disk, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic disk or an optical disk, and the like. The medium of the code.
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Abstract
本发明公开了一种光学路由器。该光学路由器包括：第一波导(101)、第二波导(102)、第三波导(103)、第四波导(104)；以及，第一微环谐振器(111)、第二微环谐振器(112)、第三微环谐振器(113)、第四微环谐振器(114)、第五微环谐振器(115)、第六微环谐振器(116)、第七微环谐振器(117)。通过上述直通波导以及微环谐振器，可以实现每个输入端到三个输出端的耦合。本发明实施例的光学路由器，采用较少的微环谐振器，并具有较少的波导交叉，能够提高光学路由器的性能。
Description
光学路由器 技术领域
本发明涉及信息技术领域， 并且更具体地， 涉及光学路由器。 背景技术
随着近年来半导体技术的迅猛发展， 芯片的集成度逐年提高， 在芯片中 集成上亿晶体管已经实现。 单个片上处理器核的数量不断提升， 多核及众核 将成为未来处理器发展的主要趋势。 核间互连， 数据传输效率成为制约整个 互连网络架构性能的关键因素之一。
传统的片上互连设计（如总线） 已经逐渐无法适应当前的性能需求。 电 子互连的成本将会超越光互连的成本， 光互连正在展现出越来越好的商业前 景。 光互连技术在降低系统功耗方面有着相当的优势， 且有着很小的传输损 耗及极高的通信带宽， 是比较理想的片上互连技术。
近年来， 硅基光子学发展迅猛， 特别是硅基激光器， 硅基光电调制器， 硅基光探测器等器件， 推动了片上光互连的发展。 微环谐振器结构在 1969 年由 Marcatili提出， 限于当时的工艺， 一直没有受到广泛的关注。 基于微环 谐振器的光器件具有功耗低， 面积小等优点， 随着半导体工艺的迅速发展， 基于微环谐振器的光学路由器得到了越来越广泛的关注。
光互连技术具有大带宽、 高速、 低时延、 无需大量引脚、 低传输损耗、 低串扰、 低功耗、 可与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS )工艺兼容等诸多优点， 对于解决通信瓶颈问题有着 显著的优势。 目前， 光互连技术正朝着更高速、 更短传输距离、 更高带宽密 度和集成度的方向发展。 而光学路由器是片上光网络的核心器件， 一个光学 路由器的性能很大程度上决定着整个光互连网络的性能。但是目前光学路由 器的结构比较复杂， 交叉节点和微环的数量较多， 导致生产成本高、 稳定性 差、 插入损耗高、 功耗大， 从而影响光学路由器的性能。 发明内容
本发明实施例提供了一种光学路由器， 能够提高光学路由器的性能。 第一方面， 本发明实施例提供了一种光学路由器， 包括：
第一波导 101、 第二波导 102、 第三波导 103、 第四波导 104;
第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四 微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环谐振器 116、 第七微环谐振 器 117;
第一波导 101的一端为第一输入端 121， 另一端为第二输出端 132; 第 二波导 102的一端为第二输入端 122， 另一端为第三输出端 133; 第三波导 103的一端为第三输入端 123， 另一端为第四输出端 134; 第四波导 104的一 端为第四输入端 124， 另一端为第一输出端 131;
第一输入端 121与第二输出端 132通过第一波导 101耦合， 第一输入端 121与第三输出端 133通过第三微环谐振器 113耦合， 第一输入端 121与第 四输出端 134通过第一微环谐振器 111耦合， 第二输入端 122与第一输出端 131通过第四微环谐振器 114耦合， 第二输入端 124与第三输出端 133通过 第四波导 104耦合， 第二输入端 122与第四输出端 134通过第五微环谐振器 115耦合，第三输入端 123与第一输出端 131通过第六微环谐振器 116耦合， 第三输入端 123与第二输出端 132通过第七微环谐振器 117耦合， 第三输入 端 123与第四输出端 134通过第三波导 103耦合， 第四输入端 124与第一输 出端 131通过第二波导 102耦合， 第四输入端 124与第二输出端 132通过第 二微环谐振器 112耦合， 第四输入端 124与第三输出端 133通过第四微环谐 振器 114耦合。
结合第一方面， 在第一种可能的实现方式中， 第一微环谐振器 111、 第 二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐 振器 115、 第六微环谐振器 116和第七微环谐振器 117为平行波导微环谐振 器。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实 现方式中， 第一微环谐振器 111连接第一波导 101和第三波导 103; 第二微 环谐振器 112连接第四波导 104和第一波导 101; 第三微环谐振器 111连接 第一波导 101和第二波导 102; 第四微环谐振器 111连接第二波导 102和第 四波导 104; 第五微环谐振器 115连接第二波导 102和第三波导 103; 第六 微环谐振器 116连接第三波导 103和第四波导 104; 第七微环谐振器 117连 接第三波导 103和第一波导 101。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第三种可能
的实现方式中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振 器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环谐振器 116和 第七微环谐振器 117的半径相同。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第四种可能 的实现方式中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振 器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环谐振器 116和 第七微环谐振器 117具有波分复用 WDM多波长开关功能。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第五种可能 的实现方式中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振 器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环谐振器 116和 第七微环谐振器 117的谐振波长一致。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第六种可能 的实现方式中， 第一输入端 121、 第二输入端 122、 第三输入端 123、 第四输 入端 124与第一输出端 131、 第二输出端 132、 第三输出端 133、 第四输出端 134之间实现 4 x 4的无阻塞交换。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第七种可能 的实现方式中， 第一输入端 121和第一输出端 131相邻； 第二输入端 122和 第二输出端 132相邻； 第三输入端 123和第三输出端 133相邻； 第四输入端 124和第四输出端 134相邻。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第八种可能 的实现方式中，第一波导 101与第四波导 104有三个波导交叉，第二波导 102 与第三波导 103有三个波导交叉。
结合第一方面或第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第九种可能 的实现方式中， 第一波导 101和第三波导 103各有五个波导弯曲， 第二波导 102和第四波导 104各有一个波导弯曲。
基于上述技术方案，本发明实施例的光学路由器，具有较少的波导交叉， 可以降低光链路的平均插入损耗及串扰， 并且， 釆用较少的微环谐振器， 可 以降低功耗、 器件尺寸和成本， 从而能够提高光学路由器的性能。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对本发明实施例中
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 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的 前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1是根据本发明实施例的光学路由器的结构示意图。
图 2a是微环谐振器的 ON状态的示意图。
图 2b是微环谐振器的 OFF状态的示意图。
图 3是根据本发明实施例的光学路由器的一种工作状态的示意图。 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明的一部分实施例， 而不 是全部实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例， 都应属于本发明保护的范围。
图 1示出了根据本发明实施例的光学路由器 100的结构示意图。 如图 1 所示， 光学路由器 100包括：
第一波导 101、 第二波导 102、 第三波导 103、 第四波导 104; 以及， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四 微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环谐振器 116、 第七微环谐振 器 117。
第一波导 101、 第二波导 102、 第三波导 103和第四波导 104为直通波 导， 即波导的一端为输入端， 另一端为输出端。
第一波导 101的一端为第一输入端 121， 另一端为第二输出端 132; 第二波导 102的一端为第二输入端 122， 另一端为第三输出端 133; 第三波导 103的一端为第三输入端 123， 另一端为第四输出端 134; 第四波导 104的一端为第四输入端 124， 另一端为第一输出端 131。 四条波导间通过七个微环谐振器连接， 其中， 第一微环谐振器 111连接 第一波导 101和第三波导 103; 第二微环谐振器 112连接第四波导 104和第 一波导 101; 第三微环谐振器 111连接第一波导 101和第二波导 102; 第四 微环谐振器 111连接第二波导 102和第四波导 104; 第五微环谐振器 115连 接第二波导 102和第三波导 103; 第六微环谐振器 116连接第三波导 103和 第四波导 104; 第七微环谐振器 117连接第三波导 103和第一波导 101。
通过直通波导以及微环谐振器， 可以实现每个输入端到三个输出端的耦 合。
第一输入端 121与第二输出端 132通过第一波导 101耦合；
第一输入端 121与第三输出端 133通过第三微环谐振器 113耦合； 第一输入端 121与第四输出端 134通过第一微环谐振器 111耦合； 第二输入端 122与第一输出端 131通过第四微环谐振器 114耦合； 第二输入端 124与第三输出端 133通过第四波导 104耦合；
第二输入端 122与第四输出端 134通过第五微环谐振器 115耦合； 第三输入端 123与第一输出端 131通过第六微环谐振器 116耦合； 第三输入端 123与第二输出端 132通过第七微环谐振器 117耦合； 第三输入端 123与第四输出端 134通过第三波导 103耦合；
第四输入端 124与第一输出端 131通过第二波导 102耦合；
第四输入端 124与第二输出端 132通过第二微环谐振器 112耦合； 第四输入端 124与第三输出端 133通过第四微环谐振器 114耦合。
通过调节各个微环谐振器的开 ( ON )和关（OFF )状态， 每个输入端输 入的光信号可以被导向与其耦合的三个输出端中的任意一个， 并且可以实现 四个输入端输入的光信号互不阻塞。 也就是说， 本发明实施例的光学路由器 的四个输入端与四个输出端之间可以实现 4 x 4的无阻塞交换。
在本发明实施例中， 四条波导有六个波导交叉， 其中， 第一波导 101与 第四波导 104有三个波导交叉， 第二波导 102与第三波导 103有三个波导交 叉。 由于波导交叉会引入光学损耗和串扰， 本发明实施例的光学路由器具有 较少的波导交叉， 因而降低了光链路的平均插入损耗及串扰， 从而提高了光 交换网络的可扩展性。
在本发明实施例中， 四条波导有十二个波导弯曲， 其中， 第一波导 101 和第三波导 103各有五个波导弯曲， 第二波导 102和第四波导 104各有一个 波导弯曲。
在本发明实施例中， 利用微环谐振器的双向工作特性， 第四微环谐振器 114可以同时连接从第四输入端 124到第三输出端 133和从第二输入端 122 到第一输出端 131的光通路， 从而提高了器件的利用效率， 减小了所需微环 谐振器的数量， 减少了路由器的功耗。
本发明实施例的光学路由器一共有七个微环谐振器，微环谐振器数量较
少， 从而降低了光学路由器的功耗、 器件尺寸和成本。
因此， 本发明实施例的光学路由器， 具有较少的波导交叉， 可以降低光 链路的平均插入损耗及串扰，并且，釆用较少的微环谐振器，可以降低功耗、 器件尺寸和成本， 从而能够提高光学路由器的性能。
在本发明的一个实施例中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环 谐振器 116和第七微环谐振器 117为平行波导微环谐振器。
平行波导微环谐振器由微环连接两条平行的波导。 如图 2a所示， 当微 环谐振器的谐振波长 Ares。nant与信号波长 勿合时， 即 。nant = )， 这一种状 态定义为 "ON"， 信号通过微环从一个波导耦合到另一波导； 如图 2b所示， 当 4s。nant≠^时， 这一种状态定义为 "OFF" , 信号还是沿原路直通。 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。
在本发明的一个实施例中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环 谐振器 116和第七微环谐振器 117的半径相同。 也就是说， 七个微环谐振器 具有相同的半径。
在本发明的一个实施例中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环 谐振器 116 和第七微环谐振器 117 具有波分复用 （Wavelength Division Multiplexing, WDM ) 多波长开关功能。
具体而言， 各个微环谐振器除了可以工作在单波长状态下， 还可以工作 在 WDM多波长状态下。 也就是说， 对于各微环谐振器， 也可以釆用 WDM 光信号输入， 从而增加系统的带宽和吞吐量。 在 WDM情况下， 相邻谐振峰 的波长间隔称为自由谱宽（Free Spectral Range, FSR ), 通过电或者热调制， 可以使得这些谐振峰同时移动， 从而实现微环谐振器对多个波长的同时开 关。
在本发明的一个实施例中， 第一微环谐振器 111、 第二微环谐振器 112、 第三微环谐振器 113、 第四微环谐振器 114、 第五微环谐振器 115、 第六微环 谐振器 116和第七微环谐振器 117的谐振波长一致。
具体而言， 在单波长情况下， 各微环谐振器的谐振波长相同， 在 WDM 情况下， 各微环谐振器的多个谐振波长分别相同。
在本发明的一个实施例中，第一输入端口 121和第一输出端口 131相邻； 第二输入端口 122和第二输出端口 132相邻； 第三输入端口 123和第三输出 端口 133相邻； 第四输入端口 124和第四输出端口 134相邻。
对应的输入端和输出端相邻， 这样， 光学路由器的结构更紧凑， 更有利 于应用到光网络结构中去。 相邻的输入端和输出端可以作为一个双向端口， 即本发明实施例的光学路由器共有四个双向端口。
图 3示出了根据本发明实施例的光学路由器 100的一种工作状态的示意 图。 图 3中虚线表示的微环谐振器处于谐振状态 （即 ON状态）， 即第一微 环谐振器 111、 第四微环谐振器 114和第七微环谐振器 117处于谐振状态， 形成第四输入端 124到第三输出端 133， 第二输入端 122到第一输出端 131， 第三输入端 123到第二输出端 132， 以及第一输入端 121到第四输出端 134 四条光链路。 第四输入端 124到第三输出端 133和第二输入端 122到第一输 出端 131这两条光链路共用第四微环谐振器 114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。本发明仅用七个微环谐振器完成了四个双向端口的无阻塞 路由交换。
本发明实施例的光学路由器共有十二条光通信链路，表 1给出了每条链 路与波导或处于 ON状态的微环谐振器的对应关系。 在表 1中， 各输入端、 输出端、 微环谐振器、 波导分别用相应的附图标记表示。 一个输入端到一个 输出端为一条链路。 每条链路最多由一个微环谐振器耦合。 同一时刻可以允 许输入端和输出端不相邻的通信链路同时工作（相邻的输入端和输出端不需 要通信）， 从而緩解了光网络的拥堵。
表 1
光链路 波导 /ON状态的微环谐振器
121 132 101
121 133 113
121 134 111
122 131 114
122 133 104
122 134 115
123 131 116
123 132 117
123 134 103
124 131 102
124 132 112
124 133 114
本发明实施例的光学路由器总共有九种状态，每种状态可最多允许四条 链路同时工作。 表 2给出了每种状态与微环谐振器或波导的对应关系。 在表 2中， 九种状态分别用 1， 2， …， 9表示， 各输入端、 输出端、 微环谐振器、 波导分别用相应的附图标记表示。对应谐振器表示输入端和输出端需通过微 环谐振器耦合，对应波导表示输入端和输出端由波导连通而不需通过微环谐 振器耦合。
表 2
光链路
124 122 121 123 微环谐振器 /波导
1 133 134 132 131 114 115 101 116
2 133 131' 134 132 114 114 111 117
3 133 131' 132 134 114 114 101 103
4 132 134' 133 131 112 115 113 116
5 132 133' 134 131 112 104 111 116
6 132 131' 133 134 112 114 113 103
7 131 133' 132 134 102 104 101 103
8 131 133' 134 132 102 104 111 117
9 131 134' 133 132 102 115 113 117 本发明实施例的光学路由器，釆用七个微环谐振器实现四个双向端口的 无阻塞路由交换， 且具有较少的波导交叉， 既可以降低光链路的平均插入损 耗及串扰， 又可以降低功耗、 器件尺寸和成本， 从而能够提高光学路由器的 性能。
本领域普通技术人员可以意识到， 结合本文中所公开的实施例描述的各
示例的单元及算法步骤， 能够以电子硬件、 计算机软件或者二者的结合来实 现， 为了清楚地说明硬件和软件的可互换性， 在上述说明中已经按照功能一 般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执 行， 取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个 特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超 出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中， 应该理解到， 所揭露的系统、 装置和 方法， 可以通过其它的方式实现。 例如， 以上所描述的装置实施例仅仅是示 意性的， 例如， 所述单元的划分， 仅仅为一种逻辑功能划分， 实际实现时可 以有另外的划分方式， 例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 系统， 或一些特征可以忽略， 或不执行。 另夕卜， 所显示或讨论的相互之间的 耦合或直接辆合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接辆合或 通信连接， 也可以是电的， 机械的或其它的形式连接。 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元， 即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外， 在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元 中， 也可以是各个单元单独物理存在， 也可以是两个或两个以上单元集成在 一个单元中。 上述集成的单元既可以釆用硬件的形式实现， 也可以釆用软件 功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销 售或使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。 基于这样的理解， 本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方 案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来， 该计算机软件产品存储在 一个存储介质中， 包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算 机， 服务器， 或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部 分步骤。 而前述的存储介质包括： U盘、 移动硬盘、 只读存储器 （ROM， Read-Only Memory )、 随机存取存 4诸器 ( RAM, Random Access Memory )、 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明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发明揭露的技术范围内， 可轻易 想到各种等效的修改或替换， 这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围 之内。 因此， 本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims
1. 一种光学路由器， 其特征在于， 包括：
第一波导（101)、 第二波导（102)、 第三波导（103)、 第四波导（104); 第一微环谐振器（ 111 )、第二微环谐振器（ 112 )、第三微环谐振器（ 113 )、 第四微环谐振器 （ 114 )、 第五微环谐振器（ 115 )、 第六微环谐振器（ 116 )、 第七微环谐振器 （117);
所述第一波导 （101) 的一端为第一输入端 （121)， 另一端为第二输出 端 （132); 所述第二波导 （102) 的一端为第二输入端 （122)， 另一端为第 三输出端 （133); 所述第三波导 （103) 的一端为第三输入端 （123)， 另一 端为第四输出端（134); 所述第四波导（104)的一端为第四输入端（124)， 另一端为第一输出端 （131);
所述第一输入端（ 121 )与所述第二输出端（ 132 )通过所述第一波导（ 101 ) 耦合， 所述第一输入端（121)与所述第三输出端（133)通过所述第三微环 谐振器 （113)耦合， 所述第一输入端 （121) 与第四输出端 （134)通过所 述第一微环谐振器（ 111 )耦合， 所述第二输入端 （ 122)与所述第一输出端
(131)通过所述第四微环谐振器 （114)耦合， 所述第二输入端 （124) 与 所述第三输出端（ 133)通过所述第四波导（ 104)耦合，所述第二输入端（ 122) 与所述第四输出端（134)通过所述第五微环谐振器（115)耦合， 所述第三 输入端 （123) 与所述第一输出端 （131)通过所述第六微环谐振器 （116) 耦合， 所述第三输入端（123)与所述第二输出端（132)通过所述第七微环 谐振器 （117)耦合， 所述第三输入端 （123) 与所述第四输出端 （134)通 过所述第三波导（ 103 )耦合，所述第四输入端（ 124)与所述第一输出端（ 131 ) 通过所述第二波导（102)耦合， 所述第四输入端（124)与所述第二输出端
(132)通过所述第二微环谐振器 （112)耦合， 所述第四输入端 （124) 与 所述第三输出端 （ 133 )通过所述第四微环谐振器（ 114 )耦合。
2. 根据权利要求 1 所述的光学路由器， 其特征在于， 所述第一微环谐 振器（111)、 所述第二微环谐振器（112)、 所述第三微环谐振器（113)、 所 述第四微环谐振器（ 114)、 所述第五微环谐振器（ 115)、 所述第六微环谐振 器（116)和所述第七微环谐振器 （117) 为平行波导微环谐振器。
3. 根据权利要求 1或 2所述的光学路由器， 其特征在于， 所述第一微 环谐振器（ 111 )连接所述第一波导（ 101 )和所述第三波导（ 103 ); 所述第
二微环谐振器（ 112 )连接所述第四波导（ 104 )和所述第一波导（ 101 ); 所 述第三微环谐振器（ 111 )连接所述第一波导（ 101 )和所述第二波导（ 102 ); 所述第四微环谐振器（ 111 )连接所述第二波导（ 102)和所述第四波导（ 104 ); 所述第五微环谐振器（ 115 )连接所述第二波导（ 102 )和所述第三波导（ 103 ); 所述第六微环谐振器（ 116)连接所述第三波导（ 103 )和所述第四波导（ 104); 所述第七微环谐振器（ 117 )连接所述第三波导（ 103 )和所述第一波导（ 101 )。
4. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一微环谐振器（111)、 所述第二微环谐振器（112)、 所述第三微环谐振 器（113)、 所述第四微环谐振器（114)、 所述第五微环谐振器（115)、 所述 第六微环谐振器 （ 116 )和所述第七微环谐振器 （ 117 ) 的半径相同。
5. 根据权利要求 1至 4中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一微环谐振器（111)、 所述第二微环谐振器（112)、 所述第三微环谐振 器（113)、 所述第四微环谐振器（114)、 所述第五微环谐振器（115)、 所述 第六微环谐振器 （116)和所述第七微环谐振器 （117)具有波分复用 WDM 多波长开关功能。
6. 根据权利要求 1至 5中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一微环谐振器（111)、 所述第二微环谐振器（112)、 所述第三微环谐振 器（113)、 所述第四微环谐振器（114)、 所述第五微环谐振器（115)、 所述 第六微环谐振器 （116)和所述第七微环谐振器 （117) 的谐振波长一致。
7. 根据权利要求 1至 6中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一输入端（121)、 所述第二输入端（122)、 所述第三输入端 （123)、 所 述第四输入端 （124) 与所述第一输出端 （131)、 所述第二输出端 （132)、 所述第三输出端（133)、 所述第四输出端（134)之间实现 4x4的无阻塞交 换。
8. 根据权利要求 1至 7中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一输入端 （121 )和第一输出端 （131)相邻； 所述第二输入端 （122) 和第二输出端（ 132 )相邻； 所述第三输入端（ 123 )和所述第三输出端（ 133 ) 相邻； 所述第四输入端 （124)和所述第四输出端 （134)相邻。
9. 根据权利要求 1至 8中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一波导（ 101 )与所述第四波导（ 104)有三个波导交叉， 所述第二波导 (102)与所述第三波导（103)有三个波导交叉。
10. 根据权利要求 1至 9中任一项所述的光学路由器， 其特征在于， 所 述第一波导（101)和所述第三波导（103)各有五个波导弯曲， 所述第二波 导（102)和所述第四波导（104)各有一个波导弯曲。
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