技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換器。

背景技術(shù)

隨著信息時代的發(fā)展，人們對大容量、高速率通信的要求也越來越高。為了適應(yīng)日益增長的需求，現(xiàn)已研究出很多高速光傳輸方面的重大技術(shù)成就，如時分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)、空分復(fù)用技術(shù)、模式復(fù)用技術(shù)等。其中波分復(fù)用，尤其是密集波分復(fù)用技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光纖通信技術(shù)中。然而，隨著需求的日益增長，波分復(fù)用技術(shù)也將面臨其瓶頸，并且隨著復(fù)用波長數(shù)量的增加，波分復(fù)用所需的激光源數(shù)量勢必需要增加很多，這無疑大大增加了運行成本。為了解決這一問題，研究人員提出了一種新的信號復(fù)用方式，即模式復(fù)用。所謂模式復(fù)用技術(shù)，就是將光的不同模態(tài)復(fù)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(fù)用成相應(yīng)的信號的技術(shù)。

在很早以前人們就發(fā)現(xiàn)了光的不同模態(tài)的存在，并且不同模態(tài)之間會發(fā)生色散和串?dāng)_。為了避免色散和串?dāng)_，得到穩(wěn)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，跟光的波長一樣可以作為光通信中的一種重要復(fù)用形式。特定的模式轉(zhuǎn)換器能將現(xiàn)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(zhuǎn)換成某種特定模式的光信號，將多種模式復(fù)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(shù)量相對于波分復(fù)用將大大減少。此外，將模式復(fù)用技術(shù)和現(xiàn)有時分復(fù)用、波分復(fù)用等技術(shù)結(jié)合起來，可以在降低成本的同時成倍提高信道容量。

目前已經(jīng)研究出了各種模式復(fù)用器件，但模式復(fù)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(fù)用系統(tǒng)中的作用和波長交換器在波分復(fù)用系統(tǒng)中的作用一樣，能夠大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本，提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)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(fù)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或多個光信號所攜帶的光模態(tài)相互交換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信號的網(wǎng)絡(luò)傳輸、交換、導(dǎo)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(chǔ)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(shù)據(jù)交換器，但器件所需微環(huán)個數(shù)較多，且尺寸相對較大，不利于器件穩(wěn)定和大面積集成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種硅基集成化光模式數(shù)據(jù)交換器，以解決光通信模式復(fù)用技術(shù)中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換、數(shù)據(jù)導(dǎo)流等問題，并利用現(xiàn)代的工藝技術(shù)以保持器件的小體積、低功耗及低成本，期望實現(xiàn)在將來的光通信及光網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要的作用。

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