[發明專利]一種光開關矩陣及其路由控制方法

有效

• 申請號: 201510664480.6
• 申請日: 2015-10-15
• 公開（公告）號: CN105353471B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 羅風光;楊柳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種N×N光開關矩陣，由N×N個馬赫增德爾干涉儀通過單模波導連接構成，N≥2，其特征在于：

所述馬赫增德爾干涉儀包括第一波導(W1)、第二波導(W2)、前段金屬薄膜(T1)、后段金屬薄膜(T2)，所述第一波導(W1)和第二波導(W2)平行設置，自前而后依次形成前端3dB耦合器(C1)、后端3dB耦合器(C2)，所述第一波導(W1)位于前端3dB耦合器(C1)和后端3dB耦合器(C2)之間的部分依次包裹前段金屬薄膜(T1)、后段金屬薄膜(T2)，構成馬赫增德爾干涉儀；第一波導(W1)、第二波導(W2)的首端分別作為馬赫增德爾干涉儀的a輸入端、b輸入端，第一波導(W1)、第二波導(W2)的尾端分別作為馬赫增德爾干涉儀的c輸出端、d輸出端；

前段金屬薄膜(T1)、后段金屬薄膜(T2)在第一波導(W1)上包裹長度相等，厚度相同，獨立施加電壓；

N×N個馬赫增德爾干涉儀構成N行N列的N×N光開關矩陣，連接方式為：

(1)當N為奇數時，

j≤(N-1)/2時，

j＞(N-1)/2時，

(2)當N為偶數時，

j＜N/2時，

j＝N/2時，

j＞N/2時，

上述各表達式中，“＝”號表示互相連接，a_ij、b_ij、c_ij、d_ij分別表示光開關矩陣中第i行第j列的馬赫增德爾干涉儀的a輸入端、b輸入端、c輸出端、d輸出端，行序號i＝1、2、…、N，列序號j＝1、2、…、N。

2.權利要求1所述N×N光開關矩陣的路由控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一、給出單個馬赫增德爾干涉儀MZI的矩陣表達式：輸出接口矩陣i為光開關矩陣的行序號，i＝1、2…N，j是光開關矩陣的列序號，j＝1、2…N；

A_ij、B_ij取值為1或0，分別表示對A_ij、B_ij取反；

a_ij、b_ij、c_ij、d_ij分別表示光開關矩陣中第i行、第j列的馬赫增德爾干涉儀的a輸入端、b輸入端、c輸出端、d輸出端；

步驟二、計算傳輸矩陣S，S＝E_NF_(N-1)(N-1)E_N-1...E_j+1F_jjE_j...E₁,

其中E_j為第j級節點矩陣，互連矩陣F_jj為第j級節點矩陣和第j+1級節點矩陣間的連接矩陣；m為各級節點矩陣、互連矩陣以及傳輸矩陣S中矩陣單元的行序號，m＝1，2…，2N，n為矩陣單元的列序號，n＝1，2…，2N；

E₁為2N行N列矩陣，E₁的第m＝2i-1行、n＝i列的元素為A_i1，第m＝2i行、n＝i列的元素為B_i1，代表光開關矩陣中第i行、第1列的MZI；矩陣中空格元素為0；

E_j為2N行2N列矩陣，E_j的第m＝2i-1行、n＝2i-1列的元素為A_ij，第m＝2i-1行、n＝2i列的元素為m＝2i行、n＝2i-1列的元素為B_ij，m＝2i行、n＝2i列元素為代表光開關矩陣中第i行、第j列的MZI，j≠1、N；矩陣中空格元素為0；

E_N為N行2N列矩陣，E_N的第m＝i行、n＝2i-1列的元素為A_ij，第m＝i行、n＝2i列的元素為代表光開關矩陣第i行、第N列的MZI；矩陣中空格元素為0；

對于互連矩陣F_jj：

(1)當N為奇數時，

j≤(N-1)/2時，

當m≤N，第m行、第n＝2m-1列的元素為1；當m＞N時，第m行、第n＝2m-2N列的元素為1；矩陣中空格元素為0；

j＞(N-1)/2時，

當m為奇數時，第m行，第n＝(m+1)/2列的元素為1；當m為偶數時，第m行，第n＝N+m/2列元素為1；矩陣中空格元素為0；

(2)當N為偶數時，

j＜N/2時，

當m≤N，第m行、第n＝2m-1列的元素為1；當m＞N時，第m行、第n＝2m-2N列的元素為1；矩陣中空格元素為0；

j＝N/2時，

j＞N/2時，

當m為奇數時，第m行，第n＝(m+1)/2列的元素為1；當m為偶數時，第m行，第n＝N+m/2列元素為1；矩陣中空格元素為0；

將各級節點矩陣和互連矩陣代入傳輸矩陣S中：

S為N×N階矩陣，s_mn是傳輸矩陣S中第m行、n列的矩陣單元，也是關于A_ij、B_ij表達式；

步驟三、將傳輸矩陣S代入下式：

(c_1Nc_2N…c_iN…c_NN)^T＝S×(a₁₁a₂₁...a_i1...a_N1)^T，

a_i1為光開關矩陣第i行、第1列MZI的a輸入端；c_iN為光開關矩陣第i行、第N列MZI的c輸出端，i＝1,2…N，

求得c_iN＝s_m1×a₁₁+s_m2×a₂₁+…s_mn×a_i1…+s_mN×a_N1，

m的值與c輸出端的角標i的值相同，n的值與a輸入端的角標i的值相同；

根據要求的傳輸路徑，即哪個a_i1輸入端的信號從哪個c_iN輸出端輸出，對應系數s_mn為1，否則為0，確定傳輸矩陣S每個矩陣單元s_mn的值；即可求出每個A_ij、B_ij的值，從而確定

M_ij即光開關矩陣單個馬赫增德爾干涉儀的控制狀態。