[发明专利]一种光开关

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及光通信中实现光交换的一种光开关。

背景技术

目前已经商业应用的光开关有机械式光开关、MEMS(微机械式，Micro-Electro-Mechanical Systems)光开关和波导型热光光开关等，这些光开关的响应速度一般为毫秒量级，但对光分组交换OBS/OPS技术所需要的光交换光开关，需要有纳秒量级的开关响应速度。

目前响应速度在纳秒两级的光开关一般利用硅材料载流子的等离子色散效应实现。原理如下：在传输光信号的波导周围注入硅材料，在硅材料上施加一定的电压会导致硅材料载流子浓度发生变化，从而产生硅材料载流子的等离子色散效应，这种等离子色散效应将引起硅材料折射率发生变化，进而改变光信号在波导中传输的等效光程，以达到改变最后从波导中的光信号的相位。上述硅材料载流子的等离子色散效应具有纳秒以上的响应速度，非常适合用于高速光开关。

按照波导结构和工作原理来划分，现有技术中利用上述硅材料载流子的等离子色散效应的光开关主要包括：Y分叉型和全内反射型的数字型光开关(DOS，Digital Optical Switch)结构，基于MZI(Much-Zahnder，马赫-曾德)干涉型光开关结构、以及利用微环谐振腔的光开关结构等。

其中，Y分叉或全内反射型的数字型光开关需要较大的控制功耗，一般不适合大规模光开关阵列的制作。

如图1所示，图示出了常规MZI干涉型光开关结构，在1X2分束器输出的两个波导臂中的其中一个波导臂上设置了相位调制器，相位调制器由硅材料制成，利用硅材料载流子的等离子色散效应控制输出波导的光信号的相位。当相位调制器使得光信号产生的相位变化为π时，两个波导臂输出的光信号将会在2X2分束器的其中一个输出端A产生干涉输出，而另一个输出端B将不会有光信号输出；当相位调制器使得光信号产生的相位变化不是π时，两个波导臂输出的光信号将会在2X2分束器的其中一个输出端B产生干涉输出，而另一个输出端A将不会有光信号输出，即可实现光开关的功能。

上述MZI干涉型光开关需要两个波导臂中光强分束的具有对称性，但由于硅材料的载流子色散效应引起硅材料的折射率变化的同时，伴随的吸收光信号的能量也非常大，造成最后输出的光信号产生较大附加损耗，严重改变MZI干涉型光开关中两个波导臂中光强的对称性，并且不能使得光开关消光比控制在较小范围内(目前光信号的损耗只能控制在10dB左右)。并且上述MZI干涉型光开关需要严格的π相位控制。

如图2所示，图示出了常规的利用微环谐振腔的光开关结构示意图，从波导1的入射端输入的光信号，如果该光信号的波长符合谐振条件，在波导1与微环谐振腔的耦合处耦合到微环谐振腔中传输，并从波导2与微环谐振腔的耦合处耦合到波导2传输，最后该光信号从波导2的反射端输出；如果该光信号的波长不符合谐振条件，将直接从波导1的直通端输出，这种控制光信号从不同端输出的功能就是光开关需要的功能。

由于从反射端输出光信号的情况要求光信号的波长符合谐振条件，上述利用微环谐振腔的光开关结构，对光信号的波长非常敏感，要获得高消光比时，微环谐振腔的损耗对该光开关中传输的光信号的附加损耗影响较大。

发明内容

本发明的实施例提供一种光开关，该光开关具有较高的消光比，并且对于光波波长并不会特别敏感。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种光开关，包括：

输入分束器，用于输入光信号；

输出分束器，用于输出光信号；

两个波导臂，连接在所述输入分束器和输出分束器之间，用于从输入分束器向输出分束器传输光信号；

两组微环谐振腔，分别与所述两个波导臂耦合，用于分别调整对应波导臂输出的光信号的相位。

本发明实施例提供的光开关由于在每个波导臂上都耦合设置了一组微环谐振腔，能够调整在波导臂中传输的光信号的相位，使得两个波导臂输出的光信号具有相位差，实现光开关功能。本实施例中输入分束器输入的光信号在两个波导臂中传输，所述两个波导臂中的光信号分别耦合到对应的微环谐振腔中，通过改变，微环谐振腔的折射率，这样就可以改变光信号在微环谐振腔中传输的等效光程，并最终改变输出光信号的相位。如果上述两组微环谐振腔对其对应的波导臂中光信号产生的相位改变刚好为π的偶数倍和奇数倍的两状态时，对应波导臂输出的光信号的强度相等或分别相等。这样就可以控制从输出分束器输出的光信号，实现高消光比光开关的功能。