專利名稱：適于全光網(wǎng)絡(luò)的m×n×k光開關(guān)陣列及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，適用于做光通信網(wǎng)絡(luò)中的光交換、光路由器件。
背景技術(shù)：
光開關(guān)主要用于光纖通訊中光信道的開與關(guān)，光開關(guān)陣列可以實(shí)現(xiàn)光波在光信道之間的直接交換，是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的核心器件。光開關(guān)可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。其中機(jī)械式光開關(guān)靠光纖或光學(xué)元件移動(dòng)，使光路發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)光路的開與關(guān)。常見機(jī)械式光開關(guān)包括移動(dòng)光纖、移動(dòng)套管、移動(dòng)準(zhǔn)直器、移動(dòng)反光鏡、移動(dòng)棱鏡、移動(dòng)耦合器等種類。機(jī)械式光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗低，不受偏振和波長影響，缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長，一般在毫秒量級(jí)，有的還存在回跳抖動(dòng)和重復(fù)性較差等問題，特別是很難實(shí)現(xiàn)很大數(shù)目的光開關(guān)集成。非機(jī)械式光開關(guān)主要依靠電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等來改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)光路的開與關(guān)。非機(jī)械式光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短，可達(dá)到毫秒、毫微秒甚至更低量級(jí)，它們體積小，可以采用光集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)較大數(shù)目的光開關(guān)集成。目前非機(jī)械式光開關(guān)主要包括采用平面光波導(dǎo)技術(shù)的基于方向耦合器(Directional Coupler)的光開關(guān)、基于波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)、基于陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed WaveguideGrating，AWG)的光開關(guān)、基于陣列波導(dǎo)干涉器(ArrayedWaveguide Interferometer，AWI)的光開關(guān)和基于波長選擇器(Wavelength selector，WS)的光開關(guān)等。其中基于方向耦合器的光開關(guān)和基于波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)波長分辨率低，例如基于方向耦合器的光開關(guān)基本只能用于單一波長網(wǎng)絡(luò)，而基于波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)也要求信道間隔在10nm以上，因此用基于方向耦合器的光開關(guān)和/或基于波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)所構(gòu)造的大型光開關(guān)陣列，它們要用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)，必須與其他波分復(fù)用/解復(fù)用器聯(lián)用，而且一個(gè)波長需要一塊光開關(guān)芯片，系統(tǒng)復(fù)雜。在以它們?yōu)榛締卧獦?gòu)造大型N×N光開關(guān)陣列時(shí)，一個(gè)基于方向耦合器的光開關(guān)或基于波導(dǎo)形Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)相當(dāng)于一個(gè)2×2光開關(guān)，或者說相當(dāng)于一個(gè)叉道口，這樣從某一序號(hào)輸入光波導(dǎo)輸入的光波每經(jīng)過一個(gè)叉道口，就可以向預(yù)定序號(hào)輸出光波導(dǎo)靠近一個(gè)序號(hào)，在最壞的情況下，從1號(hào)輸入光波導(dǎo)輸入的光波通過N個(gè)叉道口后就可以到達(dá)N號(hào)輸出光波導(dǎo)。因此一個(gè)上述N×N光開關(guān)陣列總共需要N2個(gè)2×2光開關(guān)。采用這種方法構(gòu)造大型光開關(guān)陣列的好處是在同一塊芯片上沒有光波導(dǎo)交叉的情況，克服了光波導(dǎo)交叉時(shí)引起的互相串?dāng)_，壞處是結(jié)構(gòu)固定，缺乏靈活性，不便于插入緩沖通道，也不便于實(shí)現(xiàn)光放大，因此光緩存與光放大這些光交換系統(tǒng)所必須的功能只能通過另外的專門器件實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本。另外基于AWG的1×N光開關(guān)陣列是在AWG的每個(gè)輸出通道后串接一個(gè)光開關(guān)，由于從輸入光波導(dǎo)過來的各個(gè)波長的光波被分散到N個(gè)輸出通道中，這種開關(guān)是破壞性的，即要么讓光信號(hào)通過，要么把它損耗掉，不便于傳給下一級(jí)處理。同時(shí)由于AWG的各個(gè)輸入通道的各個(gè)波長光波與輸出光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系固定，因此要用AWG實(shí)現(xiàn)光路由，必須進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，為每個(gè)通道的每個(gè)波長配備一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器，這個(gè)代價(jià)也非常大。而陣列波導(dǎo)干涉器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?1114223.5，PCT申請(qǐng)?zhí)朠CT/CN02/000340)和波長選擇器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?3122029.0)是本發(fā)明人最近提出的兩種新型光無源器件，如何用它們構(gòu)造大型光開關(guān)陣列在已公開的文獻(xiàn)中尚未具體提出。因此現(xiàn)有技術(shù)和文獻(xiàn)尚未給出適于全光網(wǎng)絡(luò)的、具有高波長選擇性的、綜合功能強(qiáng)的大型光開關(guān)陣列技術(shù)方案，因此也很難用一塊芯片實(shí)現(xiàn)全光路由。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的、具有高波長選擇性的、綜合功能強(qiáng)的大型光開關(guān)陣列及其方法，它集成度高，可以兼具光緩存與光放大功能，可以采用光集成技術(shù)批量制造，解決用一塊芯片實(shí)現(xiàn)全光路由的問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，它包括M根輸入光波導(dǎo)，N根輸出光波導(dǎo)，每根輸入光波導(dǎo)中包含同樣的K個(gè)不同波長的光波傳輸信道，對(duì)應(yīng)于M根輸入光波導(dǎo)中的每一根輸入光波導(dǎo)中的每一個(gè)波長的光波傳輸信道都有一個(gè)工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，該開關(guān)陣列中N級(jí)光開關(guān)與輸出光波導(dǎo)相連，L級(jí)光開關(guān)與緩沖光波導(dǎo)相連，該開關(guān)陣列的第一級(jí)采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)，所采用的基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的波長分辨率足夠高，應(yīng)該保證能夠在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把該波長光波從輸入光波導(dǎo)中分離出來，該光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)采用具有同樣工作波長的基于陣列波導(dǎo)干涉器和/或波長選擇器和/或方向耦合器和/或波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)，所有這些光開關(guān)可以彼此獨(dú)立地開或關(guān)，上一級(jí)光開關(guān)的輸出光波導(dǎo)與下一級(jí)光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)直接連通，使得由第一級(jí)光開關(guān)分離出的某一波長光波可以逐級(jí)輸送到N根輸出光波導(dǎo)中的任一根，或輸送到L根緩沖光波導(dǎo)中的任一根，所有緩沖光波導(dǎo)分別直接在基片上形成環(huán)型通道，或者分別通過外接一段一定長度的光纖的方式形成環(huán)型通道；對(duì)應(yīng)于同一根輸入光波導(dǎo)中的不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列沿該輸入光波導(dǎo)長度方向依次排列；對(duì)應(yīng)于所有不同輸入光波導(dǎo)中的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有序號(hào)相同的輸出光波導(dǎo)連接到器件的序號(hào)相同的輸出端口，途中不再經(jīng)過對(duì)應(yīng)于任何輸入光波導(dǎo)中的任何波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列；上述所有光波導(dǎo)和光開關(guān)陣列制作在同一塊基片上或分別制作在兩塊平面基片上后再對(duì)準(zhǔn)貼合成一個(gè)整體。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的第一級(jí)始終處于常開狀態(tài)。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有各級(jí)全部或部分采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)，所采用的基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的波長分辨波應(yīng)該足夠高，能夠保證在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把該波長光波從上一級(jí)輸出光波導(dǎo)中分離出來；對(duì)應(yīng)于同一輸入光波導(dǎo)中的不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的已經(jīng)采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的那一級(jí)光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)互相串接。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的L個(gè)緩沖光波導(dǎo)，當(dāng)它們通過外接一段光纖方式形成環(huán)型通道時(shí)，所外接的一定長度的光纖可以全部或部分采用具有光增益功能的光纖，并采用正向和/或反向方式輸入泵浦光。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，所有光波導(dǎo)和光開關(guān)陣列制作在一塊或兩塊平面基片的同一光波導(dǎo)層平面或不同的光波導(dǎo)層平面。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，任意兩根需要交叉的光波導(dǎo)分別制作在兩個(gè)不同的光波導(dǎo)層平面。
除了上述適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，本發(fā)明同時(shí)還提供一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，它包括四個(gè)步驟，第一步，通過對(duì)應(yīng)于第一根輸入光波導(dǎo)中的第一個(gè)波長光波的工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把第一個(gè)波長光波從第一根輸入光波導(dǎo)中分離出來，并一級(jí)一級(jí)地傳給該1×(N+L)光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)，如果預(yù)定傳給后續(xù)某一級(jí)，則打開該級(jí)及前面所有各級(jí)光開關(guān)，同時(shí)關(guān)閉下一級(jí)光開關(guān)；第二步，類似第一步，把第一根輸入光波導(dǎo)中剩下的各個(gè)波長光波通過工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列分別從第一根輸入光波導(dǎo)中分離出來，并傳給各自預(yù)定的某一級(jí)；第三步，類似第一步和第二步，把所有剩下輸入光波導(dǎo)中的所有波長光波通過工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列分別從相應(yīng)的輸入光波導(dǎo)中分離出來，并傳給各自預(yù)定的某一級(jí)；上述三步同時(shí)進(jìn)行；第四步，把從所有不同輸入光波導(dǎo)的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有序號(hào)相同的光開關(guān)輸出的光波送到器件的序號(hào)相同的輸出端口輸出。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，如果不同輸入光波導(dǎo)中的波長相同的光波需要同時(shí)從器件的同一輸出端口輸出，則只把其中一個(gè)送到該輸出端口，把其他光波分別送入各自的緩沖環(huán)型通道分別延遲一段時(shí)間；如果該緩沖環(huán)型通道通過外接一段一定長度具有光增益功能的光纖的方式構(gòu)成，則可把泵浦光耦合送入該光纖，在緩沖延時(shí)的同時(shí)進(jìn)行光放大。
所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，如果對(duì)應(yīng)于同一根輸入光波導(dǎo)中的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列其所有各級(jí)或序號(hào)相同的那一級(jí)采用了波長選擇性高的光開關(guān)，并且這些級(jí)的光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)已經(jīng)互相串接成一根光波導(dǎo)，則可讓某一波長光波沿該根光波導(dǎo)傳播，并依次通過后續(xù)與之相連的工作波長與之不同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，最后與該根光波導(dǎo)中其他不同波長的光波一道從器件的同一序號(hào)的輸出端口輸出。
本說明書中所用術(shù)語說明(1)、光開關(guān)的開與關(guān)狀態(tài)光開關(guān)主要用于控制光通道的開與關(guān)，當(dāng)與光開關(guān)工作波長一致的光波可以通過該光開關(guān)時(shí)，稱該光開關(guān)處于開狀態(tài)；反之，當(dāng)與光開關(guān)工作波長一致的光波被阻斷，不能通過該光開關(guān)時(shí)，稱該光開關(guān)處于關(guān)狀態(tài)。當(dāng)對(duì)光開關(guān)不加任何控制時(shí)，如果它處于開狀態(tài)，稱該光開關(guān)為常開光開關(guān)；反之，如果它處于閉狀態(tài)，稱該光開關(guān)為常閉光開關(guān)。(2)、光開關(guān)的工作波長對(duì)機(jī)械式光開關(guān)，它們一般沒有波長選擇性，任何波長光波都可以通過或被阻斷。本說明書中所涉及的光開關(guān)的工作波長主要針對(duì)非機(jī)械式光開關(guān)，具體地說，主要針對(duì)基于陣列波導(dǎo)干涉器、波長選擇器、方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zender干涉器的光開關(guān)。對(duì)基于陣列波導(dǎo)干涉器和基于波長選擇器的光開關(guān)，只有特定波長的光波才滿足相長干涉條件或布喇格反射條件，能夠被光開關(guān)從輸入通道中取出來，并送到輸出通道，該特定波長即為基于陣列波導(dǎo)干涉器或基于波長選擇器的光開關(guān)的工作波長。對(duì)于基于方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zender干涉器的光開關(guān)，波長在一定范圍內(nèi)的光波都能通過光開關(guān)，但只有特定波長的光波才能近似100％或損耗最小地通過光開關(guān)，稱該特定波長為基于方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zender干涉器的光開關(guān)的工作波長。(3)、光增益功能光纖指在泵浦光激勵(lì)下，光信號(hào)在其中通過時(shí)光信號(hào)強(qiáng)度能夠得到增益放大的光纖，如摻餌、鐵、鐠等稀土元素的光纖。(4)、單個(gè)光開關(guān)的輸出光波導(dǎo)與M×N×K光開關(guān)陣列的輸出光波導(dǎo)單個(gè)光開關(guān)有輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)，當(dāng)光開關(guān)打開時(shí)，一定波長光波可以從其輸入光波導(dǎo)輸出到其輸出光波導(dǎo)；由許多工作波長不同的單個(gè)光開關(guān)可以構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜的M×N×K光開關(guān)陣列器件，本說明書中把與該器件的輸出端口相連的光波導(dǎo)稱為器件的輸出光波導(dǎo)，有時(shí)也稱為器件的總輸出光波導(dǎo)，它與單個(gè)光開關(guān)的輸出光波導(dǎo)是兩個(gè)不同層次上的概念，代表不同的光波導(dǎo)，盡管兩者可以連接在一起。
本發(fā)明的基本原理是綜合利用陣列波導(dǎo)干涉器、波長選擇器、方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zender干涉器做基本構(gòu)件，搭建適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其中M是輸入光波導(dǎo)的數(shù)目，N是輸出入光波導(dǎo)的數(shù)目，K是每根輸入光波導(dǎo)中所傳輸?shù)牟煌ㄩL的光信道數(shù)目。本發(fā)明通過四步來構(gòu)造上述M×N×K光開關(guān)陣列，第一步，對(duì)第一根輸入光波導(dǎo)中的第一個(gè)波長光波或信道，構(gòu)造一個(gè)工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，該開關(guān)陣列至少包含L+N級(jí)光開關(guān)，其中，L是緩沖光波導(dǎo)數(shù)目，該1×(N+L)光開關(guān)陣列的作用是把第一根輸入光波導(dǎo)中的第一個(gè)波長的光波在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)地分離出來，并且根據(jù)需要把該波長光波輸送到任一指定序號(hào)的輸出光波導(dǎo)或在該輸出光波導(dǎo)忙時(shí)，即已先被來自其他輸入通道的同一波長的光波占有時(shí)，先把該波長光波輸送到緩沖光波導(dǎo)，通過與該緩沖光波導(dǎo)相連的一定長度的環(huán)行通道進(jìn)行緩沖延時(shí)；第二步，類似第一步，對(duì)第一根輸入光波導(dǎo)中的所有剩下K-1個(gè)波長光波或信道，構(gòu)造K-1個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列；第三步，類似第一、二步，對(duì)剩下M-1根輸入光波導(dǎo)中的所有波長光波，構(gòu)造(M-1)×K個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列；第四步，把分散在各個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列中的所有序號(hào)相同的輸出光波導(dǎo)與器件的相同序號(hào)的輸出端口連接起來。按照上述四步搭建的光開關(guān)陣列，可以把M個(gè)輸入光波導(dǎo)中的K個(gè)波長光波任意地路由到N個(gè)輸出光波導(dǎo)，因此我們把它稱之為M×N×K光開關(guān)陣列，以區(qū)別于通常不具備波長選擇性的M×N光開關(guān)陣列，這里M和N同樣分別代表輸入光波導(dǎo)和輸出入光波導(dǎo)的數(shù)目。在對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)一步說明之前，下面先簡(jiǎn)單回顧一下方向耦合器、波長選擇器、陣列波導(dǎo)干涉器和波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器等基本構(gòu)件的工作原理與特點(diǎn)。
在方向耦合器中，輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)在一段耦合區(qū)內(nèi)相隔很近地平行排列，因此一個(gè)光波導(dǎo)中的光波會(huì)逐步向另一個(gè)光波導(dǎo)轉(zhuǎn)移。對(duì)某一波長的光波，如果它正好或近似滿足相位匹配條件，即輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)的傳播常數(shù)相等，則隨著耦合區(qū)長度的變化，輸出光波導(dǎo)中的光場(chǎng)強(qiáng)度呈正弦變化，在特定耦合長度，輸入光波導(dǎo)中的光波可近似100％地耦合到輸出光波導(dǎo)中。方向耦合器的特點(diǎn)是損耗小，可實(shí)現(xiàn)近似100％的耦合效率，器件尺寸小，工作區(qū)器件高度可小于20微米，但方向耦合器的波長分辨率差，基本只適應(yīng)工作在單一波長。因此基于方向耦合器的光開關(guān)不適于做前述1×(N+L)光開關(guān)陣列的第一級(jí)，只能用于后續(xù)各級(jí)。
波長選擇器是綜合利用方向耦合器的光波場(chǎng)耦合原理和布喇格反射濾波原理構(gòu)造的一種新的器件，它首先利用類似方向耦合器的耦合原理把一定波長分布范圍內(nèi)的光波從輸入光波導(dǎo)中取出來，再利用布喇格反射濾波原理對(duì)所取出的波長進(jìn)行嚴(yán)格篩選、分離，為了避免對(duì)其他波長光波造成嚴(yán)重影響，必要時(shí)還可把經(jīng)過布喇格反射濾波篩選后剩下的光波再送回輸入光波導(dǎo)。因?yàn)槔昧瞬祭穹瓷錇V波原理，波長選擇器的波長分辨率非常高，但有一部分工作波長光波可能會(huì)反射回到輸入光波導(dǎo)反向傳播，因此多級(jí)波長選擇器級(jí)連時(shí)可能對(duì)工作波長光波損耗較大，但對(duì)其他非工作波長光波損耗較小。波長選擇器的波長分辨率主要取決于其所采用的周期波導(dǎo)的長度以及其折射率或尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)周期調(diào)制的幅度等，一般所采用的周期波導(dǎo)的長度越長，折射率或尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)周期調(diào)制的幅度越大，波長分辨率越高。另外器件尺寸小，其高度可做到30微米以內(nèi)。因此基于波長選擇器的光開關(guān)適于做前述1×(N+L)光開關(guān)陣列的第一級(jí)，做后續(xù)級(jí)時(shí)可能對(duì)工作波長光波損耗較大，但可通過光放大進(jìn)行補(bǔ)償。
陣列波導(dǎo)干涉器是采用多光束干涉的一種新型波導(dǎo)型干涉器，它包括一個(gè)輸入光波導(dǎo)、一個(gè)輸出光波導(dǎo)和一個(gè)耦合光波導(dǎo)陣列，該耦合光波導(dǎo)由許多根光波導(dǎo)組成，其中每根光波導(dǎo)從輸入光波導(dǎo)側(cè)面取出一小部分光波，并經(jīng)過一定相移后，輸送到輸出光波導(dǎo)。由于經(jīng)過耦合光波導(dǎo)中每根光波導(dǎo)耦合到輸出光波導(dǎo)的光波的光程不同，只有一定波長的光波滿足相長干涉條件，從輸出光波導(dǎo)輸出。陣列波導(dǎo)干涉器的特點(diǎn)是波長分辨率非常高，其耦合光波導(dǎo)陣列中包含的光波導(dǎo)數(shù)目越多，波長分辨率越高，相應(yīng)地器件長度也跟著增大。陣列波導(dǎo)干涉器可以把工作波長光波充分選擇、分離出來，但是器件尺寸一般較大，對(duì)較小尺寸陣列波導(dǎo)干涉器，由于可能會(huì)采用較小曲率光波導(dǎo)，一般模式損耗較大。因此在損耗和尺寸滿足要求的條件下，基于陣列波導(dǎo)器的光開關(guān)既可做前述1×(N+L)光開關(guān)陣列的第一級(jí)，也可做后續(xù)各級(jí)。
波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器采用雙光路干涉原理，波長分辨率比陣列波導(dǎo)干涉器和波長選擇器都要差，一般只能達(dá)到10nm。另外波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器尺寸一般較小，損耗也不是特別大。因此基于波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)一般只能做前述1×(N+L)光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)。
當(dāng)采用陣列波導(dǎo)干涉器、波長選擇器、方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器做光開關(guān)時(shí)，主要是通過一定方式來改變光波導(dǎo)的折射率或內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸，從而改變器件的工作波長，實(shí)現(xiàn)對(duì)一定波長光波的開與關(guān)。經(jīng)常被利用來控制光波導(dǎo)折射率的物理效應(yīng)包括電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、硅基片材料的等離子體色散效應(yīng)等，而通過熱膨脹、壓電伸縮等效應(yīng)可改變器件內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出的M×N×K光開關(guān)陣列，根據(jù)上述基于陣列波導(dǎo)干涉器、波長選擇器、方向耦合器和波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)等基本構(gòu)件的特點(diǎn)，首先在第一步對(duì)第一根輸入光波導(dǎo)中的第一個(gè)波長光波構(gòu)造一個(gè)工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列時(shí)，選用波長分辨率高的陣列波導(dǎo)干涉器和/或波長選擇器做第一級(jí)，這樣可把第一個(gè)波長光波從第一根輸入光波導(dǎo)中取出來，又不影響其他波長光波。接著該1×(N+L)光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)采用級(jí)連方式連接，即上一級(jí)的輸出光波導(dǎo)直接連到下一級(jí)的輸入光波導(dǎo)。這樣如果前J級(jí)光開關(guān)皆處于開狀態(tài)，而第J+1級(jí)處于關(guān)狀態(tài)，則被第一級(jí)取出的第一波長光波會(huì)一級(jí)、一級(jí)往下傳，一直傳到第J級(jí)，此時(shí)由于第J+1級(jí)關(guān)閉，該光波就不會(huì)被第J+1級(jí)取走，因此會(huì)從第J根光波導(dǎo)輸出，這第J根光波導(dǎo)可能是N根輸出光波導(dǎo)或L根緩沖光波導(dǎo)中的某一根，這取決于它們的排列順序。設(shè)置緩沖光波導(dǎo)的目的是存在這樣一種情況，即同一時(shí)刻多個(gè)輸入光波導(dǎo)中的同一波長的光波都需要從器件的同一輸出端口輸出，這時(shí)只能把它們其中一個(gè)送到該輸出端口，而其它光波需進(jìn)入各自的緩沖光波導(dǎo)分別等待一定時(shí)間，這些緩沖光波導(dǎo)通過外接一段光纖，或直接在基片上形成環(huán)型通道，只要其緊鄰的下一級(jí)光開關(guān)不打開，光波就會(huì)在環(huán)型通道中轉(zhuǎn)圈，每轉(zhuǎn)一圈，就產(chǎn)生一段固定時(shí)延。當(dāng)下一級(jí)光開關(guān)打開后，環(huán)型通道中的光波就會(huì)被下一級(jí)光開關(guān)取走，繼續(xù)往下傳，直到到達(dá)預(yù)定輸出光波導(dǎo)。一般一個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列只需要設(shè)置一個(gè)緩沖光波導(dǎo)。另外在1×(N+L)光開關(guān)陣列中，一個(gè)光波要到達(dá)預(yù)定輸出光波導(dǎo)都必須先通過第一級(jí)，因此第一級(jí)必須始終處于開狀態(tài)，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可把第一級(jí)做成常開狀態(tài)，并在設(shè)計(jì)時(shí)省略其控制電極等結(jié)構(gòu)。
在第二步中，對(duì)第一輸入光波導(dǎo)中的所有剩下K-1個(gè)光波做類似第一步的同樣處理，即為每一個(gè)波長的光波構(gòu)造一個(gè)工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，這樣可以把這些光波一一送入預(yù)定輸出光波導(dǎo)。由于在兩根光波導(dǎo)交叉時(shí)會(huì)互相產(chǎn)生串?dāng)_，因此為了減少或避免交叉，一般讓對(duì)應(yīng)同一根輸入光波導(dǎo)中不同波長光波的所有K個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列沿該輸入光波導(dǎo)長度方向依次排列。
在第三步中，對(duì)所有剩下M-1個(gè)輸入光波導(dǎo)中的所有K個(gè)光波做類似第一步和第二步的同樣處理，即為每一個(gè)波長的光波構(gòu)造一個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列，這樣可以把所有輸入光波導(dǎo)中的所有光波一一送入預(yù)定的輸出光波導(dǎo)。
第四步，由于在前述三步中各個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列的輸出光波導(dǎo)是彼此獨(dú)立的，因此在第四步需要把各個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的輸出光波導(dǎo)接到器件的相同序號(hào)的輸出端口，即器件的總輸出光波導(dǎo)，途中不再經(jīng)過對(duì)應(yīng)于任何輸入光波導(dǎo)中的任何波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列，以免造成誤操作。由于基片幾何尺寸的限制，各個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的輸出光波導(dǎo)往往排列在不同行中，此時(shí)在對(duì)它們進(jìn)行連接時(shí)，要跨越多個(gè)行，為了盡可能減少光波導(dǎo)相互交叉時(shí)的串?dāng)_，可以采用雙層或更多層光波導(dǎo)技術(shù)，把需要垂直交叉的光波導(dǎo)制作在不同光波導(dǎo)層中，或把它們分別制作在兩塊平面基片上，然后對(duì)準(zhǔn)貼合形成一個(gè)整體。相鄰層的光波導(dǎo)在需要連接時(shí)可采用方向耦合器的耦合方式，即讓它們上下對(duì)準(zhǔn)排列，當(dāng)它們之間的介質(zhì)厚度間隔和平行排列的長度合適時(shí)，一根光波導(dǎo)中的一定波長的光波就會(huì)耦合轉(zhuǎn)移到另一光波導(dǎo)中。
通過上述四步，就構(gòu)成了一個(gè)完整的M×N×K光開關(guān)陣列。按照上述四步，搭建M×N×K光開關(guān)陣列時(shí)也有一些不方便的地方，主要是由于在前三步中各個(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列的輸入、輸出光波導(dǎo)彼此獨(dú)立，沒有互相串接，特別是同一行的序號(hào)相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列的輸入、輸出光波導(dǎo)沒有預(yù)先串接連成一根光波導(dǎo)，給第四步增加了額外難度。同一輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的序號(hào)相同的輸入、輸出光波導(dǎo)沒有互相串接，是因?yàn)槊總€(gè)1×(N+L)光開關(guān)陣列，除第一級(jí)外，從縮小尺寸和降低損耗方面考慮，后續(xù)各級(jí)往往采用的是基于方向耦合器的光開關(guān)，它們沒有波長選擇性，這樣，當(dāng)某一波長的光波被與之對(duì)應(yīng)的1×(N+L)光開關(guān)陣列輸送到某一預(yù)定輸出光波導(dǎo)輸出后，可能在與之相連的后續(xù)1×(N+L)光開關(guān)陣列中進(jìn)一步被誤操作，傳給后續(xù)輸出光波導(dǎo)。為了使得同一輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的序號(hào)相同的輸入、輸出光波導(dǎo)能夠互相串接，不被誤操作，即保證某一波長的光波只被與之對(duì)應(yīng)的1×(N+L)光開關(guān)陣列操作，而不被其他后續(xù)1×(N+L)光開關(guān)陣列操作，應(yīng)該在這些1×(N+L)光開關(guān)的相應(yīng)級(jí)或全部各級(jí)采用波長分辨率高的基于陣列波導(dǎo)干涉器和/或基于波長選擇器的光開關(guān)。另外為了減小損耗，甚至實(shí)現(xiàn)光放大，可以設(shè)置多根緩沖光波導(dǎo)，即每隔數(shù)根輸出光波導(dǎo)就設(shè)置一根緩沖光波導(dǎo)，這些緩沖光波導(dǎo)外接具有光增益功能的光纖，并通入正向或反向泵浦光，這樣就可實(shí)現(xiàn)光放大，由于緩沖光波導(dǎo)與這些光纖形成環(huán)行通道，光波在這些環(huán)行通道中每轉(zhuǎn)一圈就實(shí)現(xiàn)一次特定長度的延遲。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明所涉及的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，波長分辨率高，集成度高，可用一塊芯片對(duì)M個(gè)輸入光波導(dǎo)和N個(gè)輸出光波導(dǎo)中的K個(gè)波長光波實(shí)現(xiàn)全光路由，并具有光緩存和光增益功能。


圖1為本發(fā)明在包括4根輸入光波導(dǎo)、4根輸出光波導(dǎo)，每個(gè)輸入光波導(dǎo)中有4個(gè)波長光波，且所有輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)不同波長的1×(4+1)光開關(guān)陣列的第一級(jí)采用波長選擇器，后續(xù)級(jí)采用方向耦合器，單根緩沖光波導(dǎo)直接在基片上形成環(huán)行通道時(shí)，所形成的4×4×4光開關(guān)陣列的實(shí)施例示意圖。
圖2為本發(fā)明在包括4根輸入光波導(dǎo)、4根輸出光波導(dǎo)，每個(gè)輸入光波導(dǎo)中有4個(gè)波長光波，且所有輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)不同波長的1×(4+1)光開關(guān)陣列的所有各級(jí)都采用波長選擇器，單根緩沖光波導(dǎo)通過外接一定長度光纖形成環(huán)行通道時(shí)，所形成的4×4×4光開關(guān)陣列的實(shí)施例示意圖。其中圖2A為對(duì)應(yīng)第i個(gè)輸入光波導(dǎo)中的第j個(gè)波長光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列及其外接光纖與泵浦光輸入通道的詳細(xì)示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，In1至In4為輸入光波導(dǎo)，其中In2和In3未畫出，Out1至Out4為器件的總輸出光波導(dǎo)，In1至In4的每個(gè)輸入光波導(dǎo)有λ1、λ2、λ3和λ4四個(gè)不同波長的光信道。U11為對(duì)應(yīng)第一根輸入光波導(dǎo)In1中波長為λ1的光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列，它由S1、S2、S3、S4和S5五級(jí)光開關(guān)組成，U11的第一級(jí)S1采用基于波長選擇器的光開關(guān)，它把波長為λ1的光波從第一根輸入光波導(dǎo)In1中取出來，U11的后續(xù)4級(jí)，即S2至S5，采用基于方向耦合器的光開關(guān)。U11中的各級(jí)光開關(guān)互相串接，即序號(hào)為j的光開關(guān)Sj的輸出光波導(dǎo)直接連到序號(hào)為j+1的光開關(guān)Sj+1的輸入光波導(dǎo)。這樣如果前j級(jí)光開關(guān)皆處于開狀態(tài)，而第j+1級(jí)光開關(guān)處于關(guān)狀態(tài)，則被第一級(jí)光開關(guān)S1取出的波長為λ1的光波會(huì)一級(jí)、一級(jí)往下傳，一直傳到第j級(jí)，此時(shí)由于第j+1級(jí)光開關(guān)Sj+1關(guān)閉，該光波就不會(huì)被Sj+1取走，因此會(huì)從第j根光波導(dǎo)輸出，這第j根光波導(dǎo)可能是4根輸出光波導(dǎo)中的某一根，也可能是緩沖光波導(dǎo)，這取決于它們的排列順序，在圖1中單根緩沖光波導(dǎo)，即第一級(jí)光開關(guān)S1的輸出光波導(dǎo)排列在最前，而光開關(guān)S2至S5的4根輸出光波導(dǎo)依次排列在后。同時(shí)單根緩沖光波導(dǎo)直接在基片上形成環(huán)型通道D11。在U11中設(shè)置緩沖環(huán)型通道D11的目的是存在這樣一種情況，即輸入光波導(dǎo)In2至In4中波長同樣為λ1的光波在同一時(shí)刻也需要從器件的同一輸出端口輸出，這時(shí)只能讓它們其中一個(gè)進(jìn)入輸出光波導(dǎo)，而其它的需進(jìn)入各自的緩沖光波導(dǎo)分別等待不同的時(shí)間。由于U11的緩沖光波導(dǎo)直接在基片上形成一個(gè)環(huán)行通道D11，只要緊鄰的下一級(jí)光開關(guān)S2不打開，光波就會(huì)在環(huán)型通道D11中轉(zhuǎn)圈，每轉(zhuǎn)一圈，就產(chǎn)生一段固定時(shí)延。當(dāng)下一級(jí)光開關(guān)S2打開后，環(huán)型通道中的光波就會(huì)被下一級(jí)光開關(guān)取走，繼續(xù)往下傳，直到到達(dá)預(yù)定輸出光波導(dǎo)。環(huán)行通道D11中的縱向光波導(dǎo)由于與輸入光波導(dǎo)垂直交叉，因此制作在另外一層光波導(dǎo)中，用點(diǎn)線表示，D11中的縱向光波導(dǎo)和橫向光波導(dǎo)之間的連接采用方向耦合器連接，即它們?cè)谝欢ㄩL度內(nèi)上下對(duì)準(zhǔn)排列，該長度保證對(duì)波長為λ1的光波實(shí)現(xiàn)近似100％的耦合連接。
進(jìn)一步采用與U11類似結(jié)構(gòu)，為第一根輸入光波導(dǎo)In1中其他波長分別為λ2、λ3和λ4的光波分別設(shè)置1×(4+1)光開關(guān)陣列U12、U13和U14，圖1中除U11外，還畫出了U14。再進(jìn)一步，與上述兩步類似，為輸入光波導(dǎo)In2、In3和In4中的波長分別為λ1、λ2、λ3和λ4的光波分別設(shè)置1×(4+1)光開關(guān)陣列，圖1中畫出了U41和U44。在圖1中Uij和Dij分別表示對(duì)應(yīng)第i個(gè)輸入光波導(dǎo)中的波長為λj的光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列及其緩沖光波導(dǎo)環(huán)行通道。
然后，把對(duì)應(yīng)所有輸入光波導(dǎo)中的波長為λ1的光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的輸出光波導(dǎo)通過圓弧型光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)90度轉(zhuǎn)彎后，分別直接連接到器件的總輸出光波導(dǎo)Out1、Out2、Out3和Out4，途中不再經(jīng)過對(duì)應(yīng)于任何輸入光波導(dǎo)中的任何波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列，以免造成誤操作。由于列向光波導(dǎo)可能與橫向光波導(dǎo)垂直交叉，為了避免它們之間互相串?dāng)_，把所有列向光波導(dǎo)制作在另外的光波導(dǎo)層，圖1中用點(diǎn)線表示制作在其他層的光波導(dǎo)。同樣兩層光波導(dǎo)之間通過類似方向耦合器的方式耦合連接。最后把對(duì)應(yīng)其他波長分別為λ2、λ3、和λ4的光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的輸出光波導(dǎo)做類似處理，即把它們也分別直接連接到器件的總輸出光波導(dǎo)Out1、Out2、Out3和Out4，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的可以實(shí)現(xiàn)全光路由的4×4×4光開關(guān)陣列。
在圖2中，In1至In4為輸入光波導(dǎo)，其中In2和In3未畫出，Out1至Out4為器件的總輸出光波導(dǎo)，In1至In4的每個(gè)輸入光波導(dǎo)有λ1、λ2、λ3和λ4四個(gè)不同波長的光信道。Uij為對(duì)應(yīng)第i個(gè)輸入光波導(dǎo)Ini中波長為λj的光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列，與圖1中實(shí)施例不同的是，1×(4+1)光開關(guān)陣列Uij的所有各級(jí)全部采用工作波長為λj的基于波長選擇器的光開關(guān)，它只把波長為λj的光波從輸入光波導(dǎo)中取出來，對(duì)其他波長基本無影響，因此同一輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)所有不同波長光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的輸出光波導(dǎo)可以先互相串接成一根光波導(dǎo)，然后分別通過圓弧型光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)90度轉(zhuǎn)彎后與處于基片W1兩側(cè)的器件的器件的總輸出光波導(dǎo)Out1、Out3和Out2、Out4相連，這樣大大簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)。與圖1中實(shí)施例一樣，在圖2中也用點(diǎn)線表示制作在其他層的列向光波導(dǎo)。在圖2中，同一輸入光波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)所有不同波長光波的1×(4+1)光開關(guān)陣列的緩沖光波導(dǎo)互相串接成一根光波導(dǎo)，并通過外接一段具有光增益功能的光纖的方式組成環(huán)行通道，需要緩沖延時(shí)的光波λDelay送入光纖中轉(zhuǎn)一圈后再回到同一緩沖光波導(dǎo)，圖2中未詳細(xì)畫出，另見圖2A，圖2A是圖2中單個(gè)Uij的放大圖。從圖2A可以看出，Uij還包含一個(gè)泵浦光輸入光波導(dǎo)Pλi，它把泵浦光λP通過Y型結(jié)輸入緩沖光波導(dǎo)Di，再送入具有光增益功能的光纖Fi，對(duì)其進(jìn)行正向泵浦激勵(lì)。采用正向泵浦光激勵(lì)的好處是避免波長為λj的信號(hào)光反向進(jìn)入反向泵浦光輸入通道與緩沖光波導(dǎo)的Y型結(jié)，造成額外損耗。在圖2中所有光波導(dǎo)和所有1×(4+1)光開關(guān)陣列制作在基片W1上。
權(quán)利要求
1.一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，它包括M根輸入光波導(dǎo)，N根輸出光波導(dǎo)，每根輸入光波導(dǎo)中包含同樣的K個(gè)不同波長的光波傳輸信道，對(duì)應(yīng)于M根輸入光波導(dǎo)中的每一根輸入光波導(dǎo)中的每一個(gè)波長的光波傳輸信道都有一個(gè)工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，該開關(guān)陣列中N級(jí)光開關(guān)與輸出光波導(dǎo)相連，L級(jí)光開關(guān)與緩沖光波導(dǎo)相連，該開關(guān)陣列的第一級(jí)采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)，所采用的基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的波長分辨率足夠高，應(yīng)該保證能夠在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把該波長光波從輸入光波導(dǎo)中分離出來，該光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)采用具有同樣工作波長的基于陣列波導(dǎo)干涉器和/或波長選擇器和/或方向耦合器和/或波導(dǎo)型Mach-Zehnder干涉器的光開關(guān)，所有這些光開關(guān)可以彼此獨(dú)立地開或關(guān)，上一級(jí)光開關(guān)的輸出光波導(dǎo)與下一級(jí)光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)直接連通，使得由第一級(jí)光開關(guān)分離出的某一波長光波可以逐級(jí)輸送到N根輸出光波導(dǎo)中的任一根，或輸送到L根緩沖光波導(dǎo)中的任一根，所有緩沖光波導(dǎo)分別直接在基片上形成環(huán)型通道，或者分別通過外接一段一定長度的光纖的方式形成環(huán)型通道；對(duì)應(yīng)于同一根輸入光波導(dǎo)中的不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列沿該輸入光波導(dǎo)長度方向依次排列；對(duì)應(yīng)于所有不同輸入光波導(dǎo)中的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有序號(hào)相同的輸出光波導(dǎo)連接到器件的序號(hào)相同的輸出端口，途中不再經(jīng)過對(duì)應(yīng)于任何輸入光波導(dǎo)中的任何波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列；上述所有光波導(dǎo)和光開關(guān)陣列制作在同一塊基片上或分別制作在兩塊平面基片上后再對(duì)準(zhǔn)貼合成一個(gè)整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其特征在于，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的第一級(jí)始終處于常開狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其特征在于，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有各級(jí)全部或部分采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)，所采用的基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的波長分辨波應(yīng)該足夠高，能夠保證在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把該波長光波從上一級(jí)輸出光波導(dǎo)中分離出來；對(duì)應(yīng)于同一輸入光波導(dǎo)中的不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的相同序號(hào)的已經(jīng)采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)的那一級(jí)光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)互相串接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其特征在于，對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入光波導(dǎo)中的每個(gè)波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的L個(gè)緩沖光波導(dǎo)，當(dāng)它們通過外接一段光纖方式形成環(huán)型通道時(shí)，所外接的一定長度的光纖可以全部或部分采用具有光增益功能的光纖，并采用正向和/或反向方式輸入泵浦光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其特征在于，所有光波導(dǎo)和光開關(guān)陣列制作在一塊或兩塊平面基片的同一光波導(dǎo)層平面或不同的光波導(dǎo)層平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列，其特征在于，任意兩根需要交叉的光波導(dǎo)分別制作在兩個(gè)不同的光波導(dǎo)層平面。
7.一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，它包括四個(gè)步驟，第一步，通過對(duì)應(yīng)于第一根輸入光波導(dǎo)中的第一個(gè)波長光波的工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把第一個(gè)波長光波從第一根輸入光波導(dǎo)中分離出來，并一級(jí)一級(jí)地傳給該1×(N+L)光開關(guān)陣列的后續(xù)各級(jí)，如果預(yù)定傳給后續(xù)某一級(jí)，則打開該級(jí)及前面所有各級(jí)光開關(guān)，同時(shí)關(guān)閉下一級(jí)光開關(guān)；第二步，類似第一步，把第一根輸入光波導(dǎo)中剩下的各個(gè)波長光波通過工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列分別從第一根輸入光波導(dǎo)中分離出來，并傳給各自預(yù)定的某一級(jí)；第三步，類似第一步和第二步，把所有剩下輸入光波導(dǎo)中的所有波長光波通過工作波長與之相同的1×(N+L)光開關(guān)陣列分別從相應(yīng)的輸入光波導(dǎo)中分離出來，并傳給各自預(yù)定的某一級(jí)；上述三步可同時(shí)進(jìn)行；第四步，把從所有不同輸入光波導(dǎo)的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有序號(hào)相同的光開關(guān)輸出的光波送到器件的序號(hào)相同的輸出端口輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，其特征在于，如果不同輸入光波導(dǎo)中的波長相同的光波需要同時(shí)從器件的同一輸出端口輸出，則只把其中一個(gè)送到該輸出端口，把其他光波分別送入各自的緩沖環(huán)型通道分別延遲一段時(shí)間；如果該緩沖環(huán)型通道通過外接一段一定長度具有光增益功能的光纖的方式構(gòu)成，則可把泵浦光耦合送入該光纖，在緩沖延時(shí)的同時(shí)進(jìn)行光放大。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列的方法，其特征在于，如果對(duì)應(yīng)于同一根輸入光波導(dǎo)中的所有不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列其所有各級(jí)或序號(hào)相同的那一級(jí)采用了波長選擇性高的光開關(guān)，并且這些級(jí)的光開關(guān)的輸入光波導(dǎo)已經(jīng)互相串接成一根光波導(dǎo)，則可讓某一波長光波沿該根光波導(dǎo)傳播，并依次通過后續(xù)與之相連的工作波長與之不同的1×(N+L)光開關(guān)陣列，最后與該根光波導(dǎo)中其他不同波長的光波一道從器件的同一序號(hào)的輸出端口輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適于全光網(wǎng)絡(luò)的M×N×K光開關(guān)陣列及其方法，它由許多對(duì)應(yīng)于每一根輸入光波導(dǎo)中的每一個(gè)光信道的1×(N+L)光開關(guān)陣列組成，該開關(guān)陣列的第一級(jí)采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇器的光開關(guān)，它能夠在不影響其他波長光波的條件下單獨(dú)把某一波長光波從輸入光波導(dǎo)中分離出來，并逐級(jí)輸送到N根輸出光波導(dǎo)，或L根緩沖光波導(dǎo)中的任一根，所有緩沖光波導(dǎo)形成環(huán)型通道，對(duì)應(yīng)不同波長的1×(N+L)光開關(guān)陣列的所有序號(hào)相同的輸出光波導(dǎo)連接到器件的序號(hào)相同的輸出端口。該M×N×K光開關(guān)陣列可對(duì)M個(gè)輸入光波導(dǎo)和N個(gè)輸出光波導(dǎo)中的K個(gè)光波實(shí)現(xiàn)全光路由，并具有光緩存和光增益功能，其集成度高，可以采用光集成技術(shù)批量制造。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1540886SQ0312796
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請(qǐng)人:李志揚(yáng)