一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，它采用多模干涉器和數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器組成1×（M1-2）×K1三級光開關(guān)子系統(tǒng)，再由q個1×（M1-2）×K1三級子系統(tǒng)縱向串接組成1×M×K1二級光開關(guān)子系統(tǒng)，進(jìn)一步由p個1×M×K1二級光開關(guān)子系統(tǒng)和p-1個連接器橫向串接組成1×M×K一級光開關(guān)子系統(tǒng)，最后連接到N根輸入光波導(dǎo)的N個1×M×K一級光開關(guān)子系統(tǒng)共享M根輸出光波導(dǎo)，并聯(lián)組成一個N×M×K光開關(guān)陣列，該光開關(guān)陣列利用數(shù)字光學(xué)位相共軛原理，可以對K個不同波長進(jìn)行無阻塞光交換，特別適用于光通訊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的光交換、光交叉互聯(lián)，也可用于芯片之間以及光計(jì)算機(jī)內(nèi)部的光互聯(lián)。
【專利說明】一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通訊與光集成【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地涉及一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，特別適用于光通訊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的光交換、光交叉互聯(lián)，也可用于芯片之間以及光計(jì)算機(jī)內(nèi)部的光互聯(lián)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖骨干通訊網(wǎng)的建立和光放大技術(shù)與密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的發(fā)展，限制光通訊網(wǎng)絡(luò)速度和容量的瓶頸已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸，轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息交換。目前，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息交換仍然需要在電域完成。輸入光信號首先需要轉(zhuǎn)換成電信號，然后進(jìn)入電子交換系統(tǒng)；經(jīng)過電域交換后，再轉(zhuǎn)換成輸出光信號。信號從源端出發(fā)到目的端，往往需要經(jīng)過很多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的光電-電光轉(zhuǎn)換要耽擱很多時間，顯然比光信號直接以光速從源端傳輸?shù)侥康亩艘枚?。要保證光信號從源端到目的端的直接光速傳輸，必須在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光域直接交換。
[0003]在光域直接進(jìn)行交換需要采用光開光。目前有很多種類的光開關(guān)，如機(jī)械對準(zhǔn)式光開關(guān)、液晶光開關(guān)、空間光柵光開關(guān)、光集成光開關(guān)等等。在這些光開關(guān)中，有些速度有限，只能達(dá)到毫秒量級，如機(jī)械對準(zhǔn)式光開關(guān)、液晶光開關(guān)等。有些需要占用較大三維空間，并精確對準(zhǔn)，組裝復(fù)雜，不適合大規(guī)模集成，如空間光柵光開關(guān)等。在光集成光開關(guān)中，人們常將方向稱合器、Mach-Zender干涉器制作成2X2光開關(guān),然后用大量2X2光開關(guān)組合成大型光開關(guān)陣列，這種光開關(guān)陣列往往具有阻塞效應(yīng)，而且2X2光開關(guān)之間需要采用彎曲光波導(dǎo)連接導(dǎo)致系統(tǒng)整體尺寸增加，另外光開關(guān)陣列沒有波長選擇性，每個光開關(guān)陣列只容許一種波長同時工作、在光開關(guān)陣列前后必須分別配備波分解復(fù)用器和波分復(fù)用器，使得系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。共振環(huán)干涉器光開關(guān)具有波長選擇性，但共振環(huán)干涉器光開關(guān)對加工誤差特別敏感，共振環(huán)半徑的微小變化就會導(dǎo)致共振條件失效或偏離，而且一個共振環(huán)干涉器只針對一個波長，搭建大型光開關(guān)陣列需要大量共振環(huán)干涉器，同樣導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。發(fā)明專利“適于全光網(wǎng)絡(luò)的波長選擇性光開關(guān)陣列及其方法”(專利號:ZL03127962.7)提出了一種采用基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇性光開關(guān)搭建光開關(guān)陣列方法。但所搭建的光開關(guān)陣列的尺寸非常大，例如，如該發(fā)明說明書圖1所示，如果單個基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇性光開關(guān)的長度為I毫米，一根輸入光波導(dǎo)中有64個波長，需要輸出到64根不同的輸出光開關(guān),則對每一個光波長，該方法需要64級縱向排列、且水平方向錯開的基于陣列波導(dǎo)干涉器或波長選擇性光開關(guān)，總橫向排列寬度達(dá)到64毫米。對64個波長整個陣列寬度達(dá)到64X64=4096毫米，如果考慮緩沖級，整個陣列寬度還會增加。顯然如此大尺寸陣列無法集成到一塊基片上?；蛘咚罱ǖ墓忾_關(guān)陣列要求單個波長選擇性光開關(guān)的通帶寬度特別窄，例如，如該發(fā)明說明書圖2所示，由于所有波長都在同一水平光波導(dǎo)上傳播，從其中選擇一個波長送到下一級，而不影響其它波長，則需要對每一個波長選擇性光開關(guān)施加控制電壓后其中心波長僅改變一點(diǎn)點(diǎn)，而且改變這一點(diǎn)點(diǎn)后就對原來的工作波長完全截止，這要求每個波長選擇性光開關(guān)的通帶寬度都特別窄，至少為相鄰兩個波長間隔寬度的1/16甚至更窄。構(gòu)造如此窄的波長選擇性光開關(guān)會導(dǎo)致其長度增加很多倍，制造難度增加。而且在實(shí)際中，施加控制電壓后對原來的工作波長不會完全截止，將導(dǎo)致串?dāng)_顯著增加。
[0004]發(fā)明專利“主動光學(xué)位相共軛方法及裝置”(專利號:200610124657.4)提出了一種利用不依賴于非線性光學(xué)介質(zhì)、通過數(shù)字化控制實(shí)現(xiàn)光學(xué)位相共軛的方法，它將輸入光波分解為一系列單模光波導(dǎo)中的基模，然后在每根單模光波導(dǎo)中重建出上述基模的共軛光波，由于光路可逆性原理，這些光波逆向傳播，從而重建恢復(fù)出原始輸入光波。在指定位置重建光波正是光開關(guān)所要達(dá)到的目的，所以采用數(shù)字(用“數(shù)字”代替“主動”用詞更恰當(dāng))光學(xué)位相共軛方法，可以構(gòu)建光開關(guān)。上述發(fā)明給出了一些光開關(guān)設(shè)計(jì)示例，但這些設(shè)計(jì)只適合小型光開關(guān)，本發(fā)明是上述專利的延伸，重點(diǎn)解決如何采用大量基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的小型光開關(guān)組合成大型光開關(guān)陣列，且尺寸相對較小，可以把整個大型光開關(guān)陣列制作在單塊光集成芯片上(System On Chip, SOP)。同時改進(jìn)單個小型光開關(guān)的性能,使其偏振敏感性低、制造容差大、工作帶寬大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的、具有波長選擇性、尺寸相對較小、偏振敏感性低、制造容差大、工作帶寬大的大型光開關(guān)陣列集成芯片。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，包括:
[0008]M根輸出光波導(dǎo)(CVM)，M大于等于2 ;
[0009]N根輸入光波導(dǎo)(I1,), N大于等于I,每根輸入光波導(dǎo)接收K個不同波長光信號(A1-AkXK大于等于1，并連接到一個I XMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)，該I XMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)將K個不同波長光信號(A1-A κ)根據(jù)其預(yù)定目的地分別送到M根輸出光波導(dǎo)(CVm);N個I XMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)共享M根輸出光波導(dǎo)(CVm)，組成一個NXMXK光開關(guān)陣列；
[0010]所述IXMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)由P個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)和ρ_1個連接器橫向串接組成，P大于等于1，每個I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)分別只處理K個波長中的Kl個不同波長，Kl大于等于1，相鄰兩個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)通過一個連接器串結(jié)在一起，所述連接器為多模干涉器或Y型結(jié)集線器，該連接器收集尚未處理的波長信號并送給后續(xù)IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行處理；
[0011]所述IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)由q個IX (M1_2)XK1三級子系統(tǒng)縱向串接組成，q大于等于1，每個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)分別只處理同樣的Kl個不同波長，并根據(jù)其預(yù)定目的地分別送到M根輸出光波導(dǎo)中的M1-2根輸出光波導(dǎo)中，Ml大于等于4，相鄰兩個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)左右相對排列，上一個IX (M1_2)XK1三級光開關(guān)子系統(tǒng)的最后一根輸出單模光波導(dǎo)連接到下一個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)的第一根輸入單模光波導(dǎo)；
[0012]所述IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)包括Ml XBl多模干涉器和KlXBl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器，BI大于等于2，MlXBl多模干涉器一側(cè)連接Ml根單模光波導(dǎo)，其中第一根單模光波導(dǎo)作為輸入單模光波導(dǎo)，其余Ml-1根單模光波導(dǎo)作為輸出單模光波導(dǎo)；MlXBl多模干涉器的另一側(cè)連接BI根單模光波導(dǎo)，其中每根單模光波導(dǎo)上制作有Kl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器，每個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器對Kl個波長中的一個波長信號進(jìn)行處理，根據(jù)其預(yù)定目的地、通過數(shù)字光學(xué)位相共軛反射把該波長信號送到M1-2根輸出光波導(dǎo)中的一根輸出光波導(dǎo)；
[0013]所述數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器包括依次串接的位相調(diào)節(jié)器、一個分布式布拉格光柵和一個互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器，其中位相調(diào)節(jié)器離MlXBl多模干涉器最近，而互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器離Ml XBl多模干涉器最遠(yuǎn)；分布式布拉格光柵對Kl個波長信號中的一個波長信號進(jìn)行反射，位相調(diào)節(jié)器對反射前后的光波信號進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，使其滿足光學(xué)位相共軛關(guān)系，從而把反射后的波長信號根據(jù)其預(yù)定目的地送到M1-2根輸出光波導(dǎo)中的一根輸出光波導(dǎo)；同時通過互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器對穿過分布式布拉格光柵的波長信號進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，并保證互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器做出的位相調(diào)節(jié)量與位相調(diào)節(jié)器所做出的位相調(diào)節(jié)量之和為常數(shù)，使得穿過分布式布拉格光柵的光波信號經(jīng)歷恒定的位相變化。
[0014]按照從小到大的順序?qū)ΣㄩL進(jìn)行編號，從第一個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)開始，將序號為奇數(shù)的波長依次分配給每個I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)，每個I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)針對所分配得到的Kl個波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器；當(dāng)所有序號為奇數(shù)的波長分配完畢后，按照從小到大的順序?qū)ξ捶峙涞牟ㄩL重新進(jìn)行編號，將序號為奇數(shù)的波長依次分配給后續(xù)IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)，每個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)針對所分配得到的Kl個波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器；按照上述規(guī)律進(jìn)行循環(huán)，直至未分配的波長數(shù)目小于等于K1，停止循環(huán)分配；將剩下的波長分配給第ρ個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)，第P個I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)針對所分配得到的波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器。
[0015]連接器為一個多模干涉器或Y型結(jié)集線器，包括一根輸出單模光波導(dǎo)和BI根輸入單模光波導(dǎo)，每根輸入單模光波導(dǎo)上設(shè)置有一個位相調(diào)節(jié)器，其中輸出單模光波導(dǎo)連接到后一級I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng),作為其輸入，而BI根輸入單模光波導(dǎo)分別連接到前一級IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)的第一個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)的Ml XBl多模干涉器的BI根單模光波導(dǎo)，控制每根輸入單模光波導(dǎo)上的位相調(diào)節(jié)器，使得所有光波到達(dá)輸出單模光波導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)最大光信號輸出。
[0016]相鄰兩個IX (M1_2)XK1三級光開關(guān)子系統(tǒng)中，MlXBl多模干涉器的BI根單模光波導(dǎo)上的Kl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器，按照其離MlXBl多模干涉器的距離由近到遠(yuǎn)的橫向排列順序相反。
[0017]在每個IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)的所有ρ個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)中，所有IX (M1-2)XK1三級光開關(guān)子系統(tǒng)的MlXBl多模干涉器的輸出目的地相同的輸出單模光波導(dǎo)通過一個Y型結(jié)耦合連接到同一水平干線單模光波導(dǎo)，所有Y型結(jié)和水平干線單模光波導(dǎo)制作在與MlXBl多模干涉器所在光波導(dǎo)平面相鄰的光波導(dǎo)平面中，每個Y型結(jié)的分支通過方向耦合器耦合到MlXBl多模干涉器的一個輸出單模光波導(dǎo)，選擇每個Y型結(jié)的分支與上述水平干線單模光波導(dǎo)的連接方向，使得從Y型結(jié)的分支進(jìn)入同一水平干線單模光波導(dǎo)的光波的傳播方向與該水平干線單模光波導(dǎo)中其他光波的傳輸方向一致。
[0018]所有水平干線單模光波導(dǎo)采用光增益材料制作，泵浦光(λρ)沿信號光傳播方向輸入水平干線單模光波導(dǎo)。[0019]在每個IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)的ρ個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)中，所有IX (M1-2)XK1三級光開關(guān)子系統(tǒng)的Ml XBl多模干涉器的第一根輸入單模光波導(dǎo)上串接一個半導(dǎo)體光放大器。
[0020]所有N個I XMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)中，輸出目的地相同的水平干線單模光波導(dǎo)通過一根外部光纖或一個外部光放大器連接到同一輸出輸出光波導(dǎo)((Vm)。
[0021]所有數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器的位相調(diào)節(jié)器和互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器的控制電極分割為r段子電極，在r段子電極中，每一段子電極的長度是前一段子電極的長度的二倍，每一段子電極通過一個開關(guān)晶體管連接到一個恒壓電源，使得位相調(diào)節(jié)精度達(dá)到1/^ ；
[0022]開關(guān)晶體管及其驅(qū)動電路制作在半導(dǎo)體基片上，并與位相調(diào)節(jié)器所在光波導(dǎo)平面貼合在一起。 [0023]本發(fā)明提出的大型光開關(guān)陣列集成芯片采用數(shù)字光學(xué)位相共軛原理。光學(xué)波前形狀相同而方向相反的兩個光波，其復(fù)振幅呈共軛關(guān)系，例如，沿z軸正向傳播的平面波，其復(fù)振幅為exp (-1kz)，而沿z軸負(fù)向傳播的平面波，其復(fù)振幅為exp (ikz)，兩者正好呈共軛關(guān)系。換句話說，一個光波的共軛光波將原路返回，光學(xué)位相共軛體現(xiàn)了光路的可逆性。但是對一個復(fù)雜光波，很難直接重建出其共軛光波。發(fā)明專利“主動光學(xué)位相共軛方法及裝置”(專利號:200610124657.4)的核心思想是采用特殊的絕熱光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將輸入光波分解為一系列簡單基模，而這些簡單基模的共軛光波可以通過人工數(shù)控方式重建，一旦這些簡單共軛光波重建出來，由于光路可逆性原理，它們逆向傳播，即可重建恢復(fù)出原始輸入光波。利用這種在指定位置重建光波的能力可以構(gòu)建光開關(guān)。上述發(fā)明，參見該發(fā)明說明書圖7，展示了如何利用星形耦合器、多重X結(jié)和重疊方向耦合器對輸入光波進(jìn)行分解。為了進(jìn)一步改進(jìn)單個光開關(guān)的性能，本發(fā)明將采用多模干涉器(MMI)對輸入光波進(jìn)行分解。采用多模干涉器至少可以帶來如下四方面好處:第一，多模干涉器容許相對較大的制造誤差；第二，多模干涉器具有相對較大的工作帶寬；第三，多模干涉器對偏振不敏感；第四，多模干涉器可以對輸入光波進(jìn)行等強(qiáng)度分解，這樣實(shí)現(xiàn)光開關(guān)只需要進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，不需要振幅調(diào)節(jié)，從而可以簡化器件結(jié)構(gòu)。
[0024]下面簡單介紹數(shù)字光學(xué)位相共軛原理，給出光開關(guān)過程中復(fù)振幅調(diào)節(jié)量計(jì)算公式。假設(shè)一個多模干涉器其左側(cè)有Ml根單模光波導(dǎo)，右側(cè)有BI根單模光波導(dǎo)，在右側(cè)BI根單模光波導(dǎo)上針對每個工作波長制作有一個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器，而每個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器由一個位相調(diào)節(jié)器、一個分布式布拉格光柵和一個互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器依次串接組成。把多模干涉器左右兩側(cè)的光波場用列矢量表示為Elrft=[ai，a2，…aM1]T和Eright= Lb^b2,…，bB1]T，其中％和N分別為多模干涉器左右兩側(cè)單模光波導(dǎo)的基模展開系數(shù)。根據(jù)模式匹配理論，右側(cè)的光波場EHght可以用左側(cè)的光波場Elrft表示為，
[0025]Eright = TEleft (I)方程(I)中T為光波從左側(cè)輸入時多模干涉器的傳輸矩陣，它是一個BlXMl矩陣，可以寫為，
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，包括: M根輸出光波導(dǎo)(CVm), M大于等于2 ； N根輸入光波導(dǎo)(Im)，N大于等于I,每根輸入光波導(dǎo)接收K個不同波長光信號(A1-Ak), K大于等于1，并連接到一個I XMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)，該I XMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)將K個不同波長光信號(A1-Ak)根據(jù)其預(yù)定目的地分別送到M根輸出光波導(dǎo)((Vm) ；N個IXMXK —級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)共享M根輸出光波導(dǎo)(CVm),組成一個NXMXK光開關(guān)陣列； 所述IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)由P個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)和p_l個連接器(10)橫向串接組成，P大于等于1，每個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)分別只處理K個波長中的Kl個不同波長，Kl大于等于1，相鄰兩個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)通過一個連接器(10)串結(jié)在一起，所述連接器(10)為多模干涉器(11)或Y型結(jié)集線器(14)，該連接器(10)收集尚未處理的波長信號并送給后續(xù)IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)進(jìn)行處理； 所述IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)由q個IX (Ml_2) XKl三級子系統(tǒng)(8)縱向串接組成，q大于等于1，每個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)分別只處理同樣的Kl個不同波長，并根據(jù)其預(yù)定目的地分別送到M根輸出光波導(dǎo)中的M1-2根輸出光波導(dǎo)中，Ml大于等于4，相鄰兩個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)左右相對排列，上一個IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)的最后一根輸出單模光波導(dǎo)連接到下一個IX(Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)的第一根輸入單模光波導(dǎo)； 所述IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)包括MlXBl多模干涉器(I)和Kl XBl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)，BI大于等于2，MlXBl多模干涉器(I) 一側(cè)連接Ml根單模光波導(dǎo)(3)，其中第一根單模光波導(dǎo)作為輸入單模光波導(dǎo)，其余Ml-1根單模光波導(dǎo)作為輸出單模光波導(dǎo)；M1XB1多模干涉器的另一側(cè)連接BI根單模光波導(dǎo)(4),其中每根單模光波導(dǎo)(4)上制作有Kl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)，每個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)對Kl個波長中的一個波長信號進(jìn)行處理，根據(jù)其預(yù)定目的地、通過數(shù)字光學(xué)位相共軛反射把該波長信號送到M1-2根輸出光波導(dǎo)中的一根輸出光波導(dǎo)； 所述數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)包括依次串接的位相調(diào)節(jié)器(5)、一個分布式布拉格光柵(6)和一個互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器(7)，其中位相調(diào)節(jié)器(5)離MlXBl多模干涉器(I)最近，而互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器(7)離Ml XBl多模干涉器(I)最遠(yuǎn)；分布式布拉格光柵(6)對Kl個波長信號中的一個波長信號進(jìn)行反射，位相調(diào)節(jié)器(5)對反射前后的光波信號進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，使其滿足光學(xué)位相共軛關(guān)系，從而把反射后的波長信號根據(jù)其預(yù)定目的地送到M1-2根輸出光波導(dǎo)中的一根輸出光波導(dǎo)；同時通過互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器(7)對穿過分布式布拉格光柵(6)的波長信號進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，并保證互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器(7)做出的位相調(diào)節(jié)量與位相調(diào)節(jié)器(5)所做出的位相調(diào)節(jié)量之和為常數(shù)，使得穿過分布式布拉格光柵(6)的光波信號經(jīng)歷恒定的位相變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，按照從小到大的順序?qū)ΣㄩL進(jìn)行編號，從第一個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)開始，將序號為奇數(shù)的波長依次分配給每個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)，每個IXMXKl二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)針對所分配得到的Kl個波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2);當(dāng)所有序號為奇數(shù)的波長分配完畢后，按照從小到大的順序?qū)ξ捶峙涞牟ㄩL重新進(jìn)行編號，將序號為奇數(shù)的波長依次分配給后續(xù)I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)，每個I XMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)針對所分配得到的Kl個波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2);按照上述規(guī)律進(jìn)行循環(huán)，直至未分配的波長數(shù)目小于等于K1，停止循環(huán)分配；將剩下的波長分配給第P個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)，第P個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)針對所分配得到的波長設(shè)計(jì)數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，連接器(10)為一個多模干涉器(11)或Y型結(jié)集線器(14)，包括一根輸出單模光波導(dǎo)和BI根輸入單模光波導(dǎo),每根輸入單模光波導(dǎo)上設(shè)置有一個位相調(diào)節(jié)器(12),其中輸出單模光波導(dǎo)連接到后一級IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)，作為其輸入，而BI根輸入單模光波導(dǎo)分別連接到前一級IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)的第一個IX (M1-2)XK1三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)的MlXBl多模干涉器(I)的BI根單模光波導(dǎo),控制每根輸入單模光波導(dǎo)上的位相調(diào)節(jié)器(12)，使得所有光波到達(dá)輸出單模光波導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)最大光信號輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，相鄰兩個I X (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)中，Ml XBI多模干涉器(I)的BI根單模光波導(dǎo)上的Kl個數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)，按照其離MlXBl多模干涉器(I)的距離由近到遠(yuǎn)的橫向排列順序相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，在每個IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)的所有P個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)中，所有IX (Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)的MlXBl多模干涉器(I)的輸出目的地相同的輸出單模光波導(dǎo)通過一個Y型結(jié)(17)耦合連接到同一水平干線單模光波導(dǎo)(16)，所有Y型結(jié)(17)和水平干線單模光波導(dǎo)(16)制作在與Ml XBl多模干涉器(I)所在光波導(dǎo)平面(18)相鄰的光波導(dǎo)平面(19)中，每個Y型結(jié)(17)的分支通過方向耦合器(22)耦合到Ml XBl多模干涉器(I)的一個`輸出單模光波導(dǎo)，選擇每個Y型結(jié)(17)的分支與上述水平干線單模光波導(dǎo)(16)的連接方向，使得從Y型結(jié)(17)的分支進(jìn)入同一水平干線單模光波導(dǎo)(16)的光波的傳播方向與該水平干線單模光波導(dǎo)(16)中其他光波的傳輸方向一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片,其特征在于，所有水平干線單模光波導(dǎo)(16)采用光增益材料制作，泵浦光(λ ρ)沿信號光傳播方向輸入水平干線單模光波導(dǎo)(16 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，在每個IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)的ρ個IXMXKl 二級光開關(guān)子系統(tǒng)(9)中，所有IX(Ml-2) XKl三級光開關(guān)子系統(tǒng)(8)的Ml X BI多模干涉器(I)的第一根輸入單模光波導(dǎo)上串接一個半導(dǎo)體光放大器(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片,其特征在于，所有N個IXMXK—級光開關(guān)子系統(tǒng)(13)中，輸出目的地相同的水平干線單模光波導(dǎo)(16)通過一根外部光纖(23)或一個外部光放大器連接到同一輸出光波導(dǎo)((VM)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片，其特征在于，所有數(shù)字光學(xué)位相共軛反射器(2)的位相調(diào)節(jié)器(5)和互補(bǔ)位相調(diào)節(jié)器(7)的控制電極分割為r段子電極(24)，在r段子電極(24)中，每一段子電極的長度是前一段子電極的長度的二倍，每一段子電極通過一個開關(guān)晶體管(25)連接到一個恒壓電源，使得位相調(diào)節(jié)精度達(dá)到1/2\
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種基于數(shù)字光學(xué)位相共軛原理的光開關(guān)陣列芯片,其特征在于，開關(guān)晶體管(25)及其驅(qū)動電路制作在半導(dǎo)體基片(27)上，并與位相調(diào)節(jié)器(5)所在光波導(dǎo)平面(2 6 )貼合在一起。
【文檔編號】G02B6/125GK103728693SQ201310728864
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】李志揚(yáng) 申請人:華中師范大學(xué)