本發(fā)明屬于集成光子器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光交叉連接器。

背景技術(shù)：

隨著諸如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等各種新興技術(shù)的應(yīng)用，將刺激全球的通信需求進(jìn)一步急速增長(zhǎng)，這給未來(lái)高速率大容量的光通信系統(tǒng)提出了更大的挑戰(zhàn)。光交叉連接器(OXC)，作為易于操控的多波長(zhǎng)路由器件，是實(shí)現(xiàn)低功耗高速率通信節(jié)點(diǎn)的可靠器件。

目前，光交叉連接器已經(jīng)受到世界范圍的廣泛研究。主要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案，包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)、波長(zhǎng)路由、壓電陶瓷(PLZT)、光相位陣列等。

基于MEMS的光交叉連接器是目前應(yīng)用比較廣泛的，但是它的交換時(shí)間較長(zhǎng)，為毫秒量級(jí)。而基于SOA的光交叉連接器，雖然可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的開關(guān)速度，但是它的擴(kuò)展性有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種光交叉連接器，該光交叉連接器具有納秒級(jí)的開關(guān)速率，并且具有充足的擴(kuò)展性，適用于大容量高速率的光交換系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種單片集成的光交叉連接器，其特征在于，包括N個(gè)相同結(jié)構(gòu)的M×M周期性陣列波導(dǎo)光柵組成的輸入端和M個(gè)相同結(jié)構(gòu)的N×N周期性陣列波導(dǎo)光柵組成的輸出端，并通過(guò)直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)和交叉波導(dǎo)完成輸入端和輸出端的交叉互連，其中，N、M互質(zhì)并且N、M的值由所需的端口數(shù)目決定。

優(yōu)選地，輸入端的第s個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的M個(gè)輸出端口依次和輸出端的各個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的第s個(gè)輸入端口相連，所有的陣列波導(dǎo)光柵具有相同的信道間隔，并且s≤N。

優(yōu)選地，包含N×M個(gè)波長(zhǎng)的入射光從任意一個(gè)輸入端的任意一個(gè)端口輸入，都可將這些波長(zhǎng)分別解復(fù)用到輸出端的N×M個(gè)輸出端口。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

本光交叉連接器具有納秒級(jí)的開關(guān)速率，并且具有充足的擴(kuò)展性，每個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)處的損耗和串?dāng)_低，而且可以有效縮小不同路由過(guò)程的性能差異，適用于大容量高速率的光交換系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中優(yōu)選的56×56光交叉連接器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照?qǐng)D1、圖2，一種單片集成的光交叉連接器，包括N個(gè)相同結(jié)構(gòu)的M×M周期性陣列波導(dǎo)光柵組成的輸入端和M個(gè)相同結(jié)構(gòu)的N×N周期性陣列波導(dǎo)光柵組成的輸出端，并通過(guò)直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)和交叉波導(dǎo)完成輸入端和輸出端的交叉互連，其中，N、M互質(zhì)并且N、M的值由所需的端口數(shù)目決定。

進(jìn)一步，輸入端的第s個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的M個(gè)輸出端口依次和輸出端的各個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的第s個(gè)輸入端口相連，所有的陣列波導(dǎo)光柵具有相同的信道間隔，并且s≤N。

進(jìn)一步，包含N×M個(gè)波長(zhǎng)的入射光從任意一個(gè)輸入端的任意一個(gè)端口輸入，都可將這些波長(zhǎng)分別解復(fù)用到輸出端的N×M個(gè)輸出端口。

當(dāng)N＝7，M＝8時(shí)，就可以構(gòu)成一個(gè)56×56光交叉連接器，如圖2所示。輸入端由7個(gè)8×8周期性陣列波導(dǎo)光柵構(gòu)成，輸出端由8個(gè)7×7周期性陣列波導(dǎo)光柵構(gòu)成，交叉互連區(qū)域由直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)和交叉波導(dǎo)構(gòu)成。整個(gè)器件利用標(biāo)準(zhǔn)的硅基制造工藝在單個(gè)SOI基片上完成。

具體的交叉互連方式：輸入端的第一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的八個(gè)輸出端口依次和輸出端的八個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的第一個(gè)輸入端口相連，然后輸入端的第二個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的八個(gè)輸出端口依次和輸出端的八個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的第二個(gè)輸入端口相連，以此類推，最后，輸入端的第七個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的八個(gè)輸出端口依次和輸出端的八個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的第七個(gè)輸入端口相連。

各陣列波導(dǎo)光柵的輸入輸出波導(dǎo)，以及用于交叉互連的直波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)的寬度可以取硅波導(dǎo)寬度典型值450nm。7×7和8×8陣列波導(dǎo)光柵的信道間隔均取為400GHz(或3.2nm)。一般性設(shè)計(jì)，選取拋物線型結(jié)構(gòu)用于連接陣列波導(dǎo)光柵的自由傳輸區(qū)和兩側(cè)的直波導(dǎo)(包括輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)和陣列波導(dǎo))，將陣列波導(dǎo)的直波導(dǎo)部分的寬度設(shè)計(jì)為1μm，以降低傳輸損耗和串?dāng)_。這樣，單個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的損耗和串?dāng)_分別約為3dB和-20dB。交叉波導(dǎo)可以選擇橢圓形交叉波導(dǎo)，或者其它更低插損和串?dāng)_的交叉波導(dǎo)，在每個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)處的損耗和串?dāng)_可以分別低于0.15dB和-25dB。最終，一束光完成從一個(gè)端口輸入，再?gòu)囊粋€(gè)端口輸出的過(guò)程，產(chǎn)生的損耗應(yīng)該在6～10dB。當(dāng)然，采取性能更好的陣列波導(dǎo)光柵和交叉波導(dǎo)，可以進(jìn)一步降低整個(gè)器件的損耗和串?dāng)_，并縮小不同路由過(guò)程的性能差異。

光路由原理舉例：當(dāng)有一束波長(zhǎng)范圍為1460.4nm～1639.2nm的寬譜光從輸入端的任意一個(gè)端口輸入，經(jīng)過(guò)交叉互連區(qū)域，最終將在輸出端的各個(gè)端口分別輸出一系列波長(zhǎng)間隔為3.2nm的光，每個(gè)輸出端口的具體輸出情況和輸入端口選擇有關(guān)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。