技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光模式復(fù)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可重構(gòu)的光模式轉(zhuǎn)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復(fù)用技術(shù)，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)、偏振復(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，通信容量和通信速率的需求日益增長，復(fù)用波長數(shù)量隨之增加，波分復(fù)用所需的激光源數(shù)量勢必增加，這無疑大大增加了運行成本，波分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)面臨其瓶頸。為了解決這一問題，研究人員提出了一種新的光信號復(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)。

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。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。通過將多種模式復(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，如模式轉(zhuǎn)換器、模式交換器等。模式轉(zhuǎn)換器可以將特定的模式，一般為基模，轉(zhuǎn)換成某種特定模式，而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。模式復(fù)用的光網(wǎng)絡(luò)涉及多種模式，為了能夠更加靈活、有效率地實現(xiàn)片上通信，節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和生存性，模式轉(zhuǎn)換器和模式交換器都是光模式復(fù)用技術(shù)中至關(guān)重要的器件。

美國康奈爾大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)Michal Lipson等研究人員發(fā)表于2014年的科技論文“WDM-compatible mode-division multiplexing on a silicon chip”（NatureCommunications,VOL. 5, Article number: 3069）基于非對稱耦合區(qū)的微環(huán)諧振器提出了一種基模對特定高階模的模式轉(zhuǎn)換器，為模式復(fù)用技術(shù)的進(jìn)步起到了巨大的推動作用。但該模式轉(zhuǎn)換器只能實現(xiàn)基模和特定高階模之間的模式轉(zhuǎn)換，功能比較單一，不夠靈活。

中國華中科技大學(xué)余宇等研究人員于2016年發(fā)表的科技論文“Integratedswitchable mode exchange for reconfigurable mode-multiplexingoptical networks”(Optics Letters, VOL. 41, Issue 14, pp. 3257-3260)基于對稱的Y分支提出了一種基模和一階模的模式選擇交換器。但該交換器只能實現(xiàn)基模和一階模之間的模式交換，且Y分支的結(jié)構(gòu)相對固定，無法擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可重構(gòu)的光模式轉(zhuǎn)換器，以解決光通信模式復(fù)用技術(shù)中不同波導(dǎo)模式間的自由轉(zhuǎn)換問題，并在此基礎(chǔ)上提供一種可擴(kuò)展的光模式選擇交換器，以解決光通信模式復(fù)用技術(shù)中靈活的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換、數(shù)據(jù)導(dǎo)流等問題，期望在實現(xiàn)靈活的模式復(fù)用光通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要的作用。

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