CN101035391A - 基于微环的1×n动态光波长路由器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微环的1×N动态光波长路由器。在芯层中设有输入波导、N个输出波导和N个微环,N个微环分别与各自的输出波导相邻。上包层上面设有与N个微环相对应的N个环形上电极,通过电光效应,改变微环的折射率,从而控制微环的谐振条件,实现不同波长光信号在输入波导与微环,及微环与输出波导间的耦合。N个不同波长光信号从输入波导输入,N个输出波导分别选择某一对应波长光信号输出,每个输出波导对应的波长可以进行动态配置。采用微环结构作为基本单元,结构简单,易于实现器件的小型化和功能的集成化;微环的损耗低、消光比大、品质因数高,具有优良的滤波特性;利用电光效应易于控制微环的谐振条件,实现输出波长的动态配置。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域,特别涉及一种基于微环的1×N动态光波长路由器。
背景技术
全光网(All Optical Networks,AON)以波长路由光交换技术和波分复用传输技术(Wavelength Division Multiplexing,WDM)为基础,它的网络节点由光分插复用器(Optical Add/Drop Multiplexer,OADM)和光交叉连接器(OpticalCross Connector,OXC)构成,能在光域上实现高速信息流的传输、交换、路由和故障恢复等功能。OADM和OXC是全光网中最重要的网络器件,是真正实现全光网关键性功能的必要前提。当信道数目增加时,为避免器件设备过于复杂,有必要将OADM和OXC集成化。光波长路由器(Wavelength Router,WR)是实现OADM和OXC集成化的核心模块,对于实现WDM全光网具有重要意义。
WR可将一个波长作为一个通道,利用波长的不同实现选路。例如,对于N×N的WR,N个波长光信号分别从WR的N个输入端口输入,再根据波长的不同,分别从WR的N个输出端口输出。根据功能的不同,WR可分为静态和动态两类。对于静态WR,每个输出端口对应的输出波长是固定的,多用于WDM线性传输***;对于动态WR,每个输出端口对应的输出波长是可变的,即可以进行动态配置,实现网络资源配置的重新构建,适用于复杂的多波长光纤通信网络。具有动态配置功能的WR应用更广泛,竞争力更大,是光通信领域研究开发的热点之一。
与本发明相关的专利主要有:CN1255995C,CN1462125A,US6195187B1。专利CN1255995C提出一种全光波长路由交叉模块,采用解复用器、光空间开关矩阵、复用器实现动态光波长交换,但结构复杂,体积较大;专利CN1462125A将1×2型可调多波长选择路由器通过等比级联实现波长路由,但控制模块复杂,损耗较大;专利US6195187B1为实现多波长路由功能,整体采用矩阵架构,结点采用双微环结构,结构复杂,控制模块复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高度集成化的WR解决方案,设计一种基于微环的1×N动态光波长路由器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于微环的1×N动态光波长路由器,从下至上依次包括衬底、下电极、下包层、芯层、上包层和上电极。在芯层中设有输入波导、等分分布的N个输出波导和等分分布的N个微环,N个微环分别与各自的输出波导相邻,上包层上面设有与N个微环相对应的N个环形上电极,N个微环沿着输入波导的方向依次排列,N个输出波导与输入波导垂直且不相交。
输入波导、N个输出波导、N个微环在同一芯层平面内设置。
输入波导、N个输出波导在同一芯层平面内设置,位于芯层的上部,N个微环在同一芯层平面内设置,位于芯层的下部;或者输入波导、N个输出波导在同一芯层平面内设置,位于芯层的下部,N个微环在同一芯层平面内设置,位于芯层的上部。
微环的直径为10-1000微米,输入波导、输出波导和微环的横截面尺度为1-10微米,微环与输入波导或微环与输出波导间的距离均为1-10微米。
所述的微环是圆环形状微环或椭圆形状微环。
微环结构的工作原理是:包括微环,输入波导和输出波导。多波长光信号λ1,λ2,...,λi,...,λN从输入波导一端输入,部分光信号耦合进入微环,微环中的光信号又部分耦合进入输出波导并输出。特别的,若微环的谐振条件为neffL=mλi(其中,neff为微环的有效折射率,L为微环的长度,m是一个整数),则只有波长为λi(λi为谐振波长)的光波耦合被加强,其他的光波耦合被抑制。最终,λi可以从输出波导输出,其他波长直接通过,从输入波导另一端输出。
微环谐振器有两个特征参数——自由光谱范围(FSR)和精细度(F),各自定义如下:
其中,R是微环半径,Lc是耦合段长度。
其中,R=e-α(1-κ),α是每个环路的幅度衰减系数,κ是耦合段的归一化耦合系数。
每个微环配备电光控制结构,利用电光效应,通过控制施加在微环上的电压,改变微环的折射率,从而控制微环的谐振条件,实现不同波长光信号在输入波导与微环,及微环与输出波导间的耦合。
微环结构是构成动态光波长路由器的基本单元,将一定数量微环结构通过适当形式组合起来(如1×N结构),再配备电光控制结构,即可实现动态光波长路由功能。N个不同波长光信号从输入波导输入,N个输出波导分别选择某一对应波长光信号输出,每个输出波导对应的波长可以进行动态配置。
本发明具有的有益效果是:
1)本发明采用微环结构作为基本单元,结构简单,微环的直径通常为10-1000微米,尺寸小,易于实现器件的小型化和功能的集成化;
2)微环的自由光谱范围FSR通常为纳米量级,精细度F在一百左右,可以得到大的消光比和高的品质因数,具有优良的滤波特性;
3)微环的损耗低,通常损耗为0.1-10dB/cm;
4)利用电光效应易于控制微环的谐振条件,实现输出波长的动态配置。
附图说明
图1是本发明第一种结构去掉上包层和芯层后的结构示意图;
图2是本发明第一种结构的剖视图;
图3是本发明第二种结构的剖视图;
图4是本发明的一个具体实施例图。
具体实施方式
如图1、图2所示,本发明第一种结构包括输入波导1,输出波导2,微环3,上电极4,上包层5,芯层6,下包层7,下电极8,衬底9。在芯层6中设有输入波导1、等分分布的N个输出波导2和等分分布的N个微环3,N个微环3分别与各自的输出波导2相邻,上包层5上面设有与N个微环3相对应的N个环形上电极4,N个微环3沿着输入波导1的方向依次排列,N个输出波导2与输入波导1垂直且不相交。输入波导1、N个输出波导2、N个微环3在同一芯层平面内设置。N个不同波长光信号从输入波导1输入,N个输出波导2分别选择某一对应波长光信号输出,每个输出波导2对应的波长可以进行动态配置。
如图3所示,本发明第二种结构包括输入波导1,输出波导2,微环3,上电极4,上包层5,芯层6,下包层7,下电极8,衬底9。输入波导1、N个输出波导2在同一芯层平面内设置,位于芯层6的上部;N个微环3在同一芯层平面内设置,位于芯层6的下部。
本发明的具体实施方式很多,在此以基于微环的1×2动态光波长路由器为实施例,但决非仅限于此实施例。以下结合附图对该实施例进行说明。
如图4所示,是基于微环的1×2动态光波长路由器的结构原理图:包括输入波导1,第一输出波导2.1和第二输出波导2.2,第一微环3.1和第二微环3.2,第一上电极4.1和第二上电极4.2,上包层5,芯层6,下包层7,下电极8,衬底9。输入波导1、第一输出波导2.1和第二输出波导2.2在同一芯层平面内设置,位于芯层6的上部;第一微环3.1和第二微环3.2在同一芯层平面内设置,位于芯层6的下部。
基于微环的1×2动态光波长路由器以高聚物为材料,具体制作过程如下:以硅片为衬底9,在其上沉积Au作为下电极8;采用旋转涂敷成膜法制作下包层7(材料为UV15);采用旋转涂敷成膜法制作微环层,用反应离子刻蚀形成第一微环3.1和第二微环3.2(材料为CLD1/APC);采用旋转涂敷成膜法制作芯层6(材料为UFC170);采用光刻和反应离子刻蚀产生沟道,填充材料SU8形成输入波导1、第一输出波导2.1和第二输出波导2.2;采用旋转涂敷成膜法制作上包层5(材料为UFC170);使用电晕极化方式对高聚物CLD1/APC进行极化;在上包层5上面沉积Au并刻出环形上第一上电极4.1和第二上电极4.2。由此就获得了基于微环的1×2动态光波长路由器。
如图4(a)所示,其工作原理如下:波长为λ1,λ2的光信号由输入波导1输入,利用电光效应控制第一微环3.1和第二微环3.2的谐振条件,使相应波长光信号分别耦合到第一微环3.1和第二微环3.2,再分别耦合到第一输出波导2.1和第二输出波导2.2并输出。工作在模式一时,第一上电极4.1上的电压为V1,第二上电极4.2上的电压为V2,第一微环3.1的谐振波长为λ1,第二微环3.2的谐振波长为λ2,第一输出波导2.1输出波长为λ1的光信号,第二输出波导2.2输出波长为λ2的光信号;工作在模式二时,第一上电极4.1上的电压为V2,第二上电极4.2上的电压为V1,第一微环3.1的谐振波长为λ2,第二微环3.2的谐振波长为λ1,第一输出波导2.1输出波长为λ2的光信号,第二输出波导2.2输出波长为λ1的光信号。由此实现输出波长的动态配置。
Claims (5)
1.一种基于微环的1×N动态光波长路由器,从下至上依次包括衬底、下电极、下包层、芯层、上包层和上电极;其特征在于:在芯层中设有输入波导、等分分布的N个输出波导和等分分布的N个微环,N个微环分别与各自的输出波导相邻,上包层上面设有与N个微环相对应的N个环形上电极,N个微环沿着输入波导的方向依次排列,N个输出波导与输入波导垂直且不相交。
2.根据权利要求1所述的一种基于微环的1×N动态光波长路由器,其特征在于:输入波导、N个输出波导、N个微环在同一芯层平面内设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于微环的1×N动态光波长路由器,其特征在于:输入波导、N个输出波导在同一芯层平面内设置,位于芯层的上部,N个微环在同一芯层平面内设置,位于芯层的下部;或者输入波导、N个输出波导在同一芯层平面内设置,位于芯层的下部,N个微环在同一芯层平面内设置,位于芯层的上部。
4.根据权利要求1所述的一种基于微环的1×N动态光波长路由器,其特征在于:微环的直径为10-1000微米,输入波导、输出波导和微环的横截面尺度为1-10微米,微环与输入波导或微环与输出波导间的距离均为1-10微米。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于微环的1×N动态光波长路由器,其特征在于:所述的微环是圆环形状微环或椭圆形状微环。
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