[發明專利]波分復用光交叉連接系統

有效

• 申請號: 202011214231.4
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112291033B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 陸梁軍;高偉;李鑫;周林杰;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04J14/02
• 分類號: H04J14/02;G02B6/293
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于雙微環耦合馬赫?曾德爾結構的波分復用光交叉連接系統，包括光交叉連接芯片與自動控制裝置。光交叉連接芯片包括光輸入耦合器、N波長波分復用器、M×M光開關陣列以及光輸出耦合器；自動控制裝置包括寬譜激光器模塊、可調濾波模塊、多通道電信號輸出模塊、多通道光功率采集模塊、光開關模塊以及上位機模塊。光交叉連接芯片利用串聯雙微環耦合馬赫?曾德爾結構同時實現波分復用和解復用功能，具有結構緊湊、控制復雜度減半的優點。自動控制裝置采用寬譜光功率監測和反饋，并搭載波長自動對準算法和光開關陣列路由路徑選擇算法，實現快速波長路由與路徑路由，具有控制裝置簡單、調節效率高等優點。

技術領域

本發明涉及集成光電子學領域，具體涉及一種波分復用光交叉連接系統。

背景技術

近年來，不斷升級的通信技術將大數據、云計算服務深入融合到人們的日常生活中，這造成了光纖通信系統的容量指數式增長。為了適應上述情景的迫切需求，光波分復用系統應運而生。在波分復用系統中，可重構光分插復用器是一種高效、可靠的光交換通道分配和管理工具，而高性能波分復用光交叉連接芯片則是可重構光分插復用器的核心元件。對于波分復用光交叉連接系統而言，已有的實現方式主要包括自由空間和片上集成，而片上集成方式因其尺寸緊湊、規模化潛力大和功耗較低等優勢成為人們在該領域的研究熱點。

絕緣體上硅(SOI)波導因其折射率差大，波導彎曲半徑可以小到微米量級，因此可以實現緊湊的光器件，并且硅波導的損耗相對較低。因此，相比于傳統的微機電(MEMS)、液晶(LCoS)、二氧化硅平面波導鏈路(SiO₂-PLC)等平臺，SOI平臺在無源集成光器件材料選擇方面更受歡迎。

波分復用光交叉連接系統的關鍵單元是具有波長選擇特性的光器件。基于SOI平臺，研究人員已經設計了由波導陣列光柵(AWG)(Journal of Lightwave Technology,Vol.30,No.4,2012)、集成納米孔波導(Nanobeam)(Journal of Lightwave Technology,Vol.38,No.2,2020)、級聯微環諧振器(MRR)(OECC,2019)、對向耦合器輔助的微環諧振器(contra-directional coupler assisted MRR)(Journal of Lightwave Technology,Vol.38,No.12,2020)等結構構成的波分復用光交叉連接芯片。雖然它們都實現了波分復用和路徑路由的功能，但是不可否認的是，它們都具備一些缺陷，譬如基于AWG的芯片波導鏈路復雜，面積大，插入損耗大；基于MRR和Nanobeam的芯片消光比低，不足以支持使用單個單元同時實現波分和復用的功能；特別是Nanobeam結構的工藝容差較小，難以利用180nm標準硅光工藝制備。

雙微環耦合馬赫-曾德爾干涉結構可以有效克服上述一系列問題，其結構比AWG簡單，已經具有在標準硅光工藝平臺進行大規模集成制備的案例(Journal of LightwaveTechnology,Vol.36,No.2,2018)；單元器件尺寸比級聯MRR略大但和Nanobeam相接近；可通過調諧集成在兩臂上的微環諧振器來實現對目標波長的選擇性濾波，從而實現波分復用/解復用的功能；最重要的是波分復用單元具有較高的消光比，可以使用一個波分復用單元同時實現波分和復用功能，從而使得片上系統更緊湊。基于此，我們提出了基于雙微環輔助馬赫-曾德爾干涉結構的波分復用光交叉連接芯片，通過上位機-外部設備聯合控制裝置共同構成具有波長、光交換路徑自動重構的光交叉連接系統。

發明內容

針對上述波分復用光交叉連接芯片及系統迫切的應用需求以及現有的幾種方案各自的缺陷，本發明提出一種波分復用光交叉連接系統。該系統不僅結構簡單，易于規模化，而且可重構性高，能連續自動設定工作波長且路徑選擇自由。最重要的是，該芯片的波分復用器件消光比很高，單個單元兼具波分和復用功能，使得校準單元數減半，有利于降低校準系統的復雜度，具有很明顯的應用價值。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案如下：