[發明專利]基于有源微環諧振器的4×4無阻塞光路由器

有效

• 申請號: 201910048506.2
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109587585B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 寧琛;顧華璽;刁興龍;王琨
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04Q11/00
• 分類號: H04Q11/00;G02B6/35
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于有源微環諧振器的4×4無阻塞光路由器，主要解決現有技術信號傳輸中堵塞的問題，其包括4個輸入端口、4個輸出端口、4根光波導和8個2×2基本光交換單元。每一根光波導與其它三根光波導交叉一次或兩次，四根光波導共形成8個交叉點，每個交叉點放置一個基本光交換單元。每根光波導都有一個輸入端口和一個輸出端口。光信號從輸入端口經過一個基本光交換單元轉換或完全通過波導傳輸到輸出端口。四個輸入端口可同時輸入一路到四路光信號，四個輸出端口可同時輸出與輸入信號路數相同的光信號。由于本發明具有結構簡單、成本低、集成度好、損耗小的特點，其可用于進行四個不同方向光信號之間的交換與傳輸。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，特別涉及一種無阻塞光路由器，可用于進行四個不同方向光信號之間的交換與傳輸。

背景技術

隨著信息通信需求的不斷增大，基于電互連技術的片上系統已不能完全滿足實際應用的需要。硅光子技術的進步使采用光互連進行通信的片上系統能夠明顯解決基于電互連技術的片上系統在帶寬、時延以及功耗方面的不足。因此，基于光互連進行通信的片上系統在當今受到了廣泛的應用。

作為片上光互連系統中必不可少的關鍵元件，光路由器也成為一個優化設計、創新結構的重點。目前基于微環諧振器的光路由器主要有兩種：一種是無源的光路由器，另一種是有源的光路由器。其中：

無源的光路由器，其微環的諧振頻率都是固定不變的，每個微環諧振器的外部不存在對應的控制器，不能通過外部的控制器調諧微環的諧振頻率，只能使得與其頻率相同的光信號發生轉向，所以此種光路由器只能接收頻率固定的光信號，應用受到了很大的局限。

有源的光路由器，其每一個微環諧振器均在外部對應一個控制器，外部控制器通過加熱、加電等方法調諧微環的諧振波長，相應地控制微環諧振器將光信號從一根波導耦合到另一根波導上，從而實現光信號在傳輸中的轉向。這種光路由器由于可以根據需要改變其微環的諧振頻率，所以其可接受的光信號頻率范圍相比于無源的光路由器有了質的改善，具有更強的普適性。

利用有源光路由器這種優勢，已有各種不同結構的有源光路由器，哥倫比亞大學Keren Bergman小組在文獻“The case for low-power photonic networks on chip[C]//Proceedings of the 44th annual Design Automation Conference”(ACM,2007:132-135)和“On the design of a photonic network-on-chip[C]//Proceedings of theFirst International Symposium on Networks-on-Chip”(IEEE Computer Society,2007:53-64)中設計了一種基于有源微環諧振器的4×4光路由器，其設計的光路由器通過4個2×2光交換單元實現兩兩相互連接，從而組成一個井字型結構。該路由器有8個微環諧振器和4根光波導，包含4個輸入端口和4個輸出端口，分別滿足東西南北4個方向信息的傳輸。但是這種結構的光路由器有一個很大的缺點，那就是阻塞，即在某兩個方向進行信息傳輸時另外兩個方向空閑的輸入和輸出端口之間無法傳輸信息。由于阻塞的存在，使這種光路由器在網絡中的應用受到很大的限制，它只能用于負載小、阻塞不嚴重的網絡中。

發明內容

本發明的目的在于針對上述4×4光路由器的不足，提出一種新結構的基于有源微環諧振器的4×4無阻塞光路由器，以避免阻塞，提高信號傳輸的效率，實現在對時延要求更高的網絡中信號的高效互連互通。

為了實現上述目的，本發明包括：4個輸入端口、4個輸出端口、4根光波導和8個2×2基本光交換單元，其特征在于：