一種硅基集成化光模式數據交換器

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光數據網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅基集成化光模式數據交換器。

背景技術(shù)

隨著(zhù)信息時(shí)代的發(fā)展，人們對大容量、高速率通信的要求也越來(lái)越高。為了適應日益增長(cháng)的需求，現已研究出很多高速光傳輸方面的重大技術(shù)成就，如時(shí)分復用技術(shù)、碼分復用技術(shù)、波分復用技術(shù)、空分復用技術(shù)、模式復用技術(shù)等。其中波分復用，尤其是密集波分復用技術(shù)已廣泛應用于現代光纖通信技術(shù)中。然而，隨著(zhù)需求的日益增長(cháng)，波分復用技術(shù)也將面臨其瓶頸，并且隨著(zhù)復用波長(cháng)數量的增加，波分復用所需的激光源數量勢必需要增加很多，這無(wú)疑大大增加了運行成本。為了解決這一問(wèn)題，研究人員提出了一種新的信號復用方式，即模式復用。所謂模式復用技術(shù)，就是將光的不同模態(tài)復用到一根多模光纖或少模光纖上傳輸，并在接收端將不同的模態(tài)解復用成相應的信號的技術(shù)。

在很早以前人們就發(fā)現了光的不同模態(tài)的存在，并且不同模態(tài)之間會(huì )發(fā)生色散和串擾。為了避免色散和串擾，得到穩定且質(zhì)量好的激光，人們將主要精力放在單模激光器和單模光纖的研究上。然而單模并不能滿(mǎn)足傳輸容量的需求，光的多模態(tài)又回到人們的研究視野中。光的模態(tài)作為光的一種維度，跟光的波長(cháng)一樣可以作為光通信中的一種重要復用形式。特定的模式轉換器能將現有市面上廣泛使用的單模激光和單模光纖中的基模光信號轉換成某種特定模式的光信號，將多種模式復用到一根多模光纖中傳播，這樣就能成倍提高通信容量，而所需的激光器數量相對于波分復用將大大減少。此外，將模式復用技術(shù)和現有時(shí)分復用、波分復用等技術(shù)結合起來(lái)，可以在降低成本的同時(shí)成倍提高信道容量。

目前已經(jīng)研究出了各種模式復用器件，但模式復用技術(shù)相關(guān)的其他重要技術(shù)的研究還相對較少。模式交換器在波分復用系統中的作用和波長(cháng)交換器在波分復用系統中的作用一樣，能夠大量節省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò )升級成本，提高網(wǎng)絡(luò )的重構靈活性和生存性，更加靈活、有效地提高寬帶利用率，是光模式復用技術(shù)中至關(guān)重要的一種器件。所謂模式交換器就是將兩個(gè)或多個(gè)光信號所攜帶的光模態(tài)相互交換，從而實(shí)現數據和信號的網(wǎng)絡(luò )傳輸、交換、導流等功能。

中國華中科技大學(xué)的王健等研究人員發(fā)表于2015年的科技論文“On-chipoptical mode exchange using tapered directional coupler”在大量仿真的基礎上基于漸變錐的定向耦合器提出了一種模式交換器。但該方法的器件尺寸較大，且效率較低。

中國華中科技大學(xué)的余宇等研究人員發(fā)表于2016年的科技論文“On-chip dataexchange for mode division multiplexed signals”提出了一種基于微環(huán)諧振器的光模式數據交換器，但器件所需微環(huán)個(gè)數較多，且尺寸相對較大，不利于器件穩定和大面積集成。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種硅基集成化光模式數據交換器，以解決光通信模式復用技術(shù)中的數據網(wǎng)絡(luò )交換、數據導流等問(wèn)題，并利用現代的工藝技術(shù)以保持器件的小體積、低功耗及低成本，期望實(shí)現在將來(lái)的光通信及光網(wǎng)絡(luò )中發(fā)揮重要的作用。

技術(shù)負責人： 田永輝 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院