一种可调谐光开关、光网络节点及光网络
阅读说明：本技术 一种可调谐光开关、光网络节点及光网络 (Tunable optical switch, optical network node and optical network ) 是由 赵振宇 刘京徽 张奕泽 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可调谐光开关、光网络节点及光网络,其中可调谐光开关包括：第一波导和沿第一波导内光传输方向依次设置并与第一波导耦合的第一谐振环和第二谐振环；第一波导的输入端接收入射光；第一谐振环用于滤除入射光中与之发生谐振的第一波长的光,滤除后的入射光记为中间光,中间光沿第一波导传输至第二谐振环；第二谐振环为可调谐谐振环；调谐第二谐振环,改变第二谐振环的光程,控制中间光在所述第一波导输出端的输出状态。本发明的可调谐光开关,级数少、阵列拓扑结构简单、体积小、制作成本低,实用性更强。(The invention discloses a tunable optical switch, an optical network node and an optical network, wherein the tunable optical switch comprises: the first waveguide, a first resonant ring and a second resonant ring are sequentially arranged along the light transmission direction in the first waveguide and are coupled with the first waveguide; the input end of the first waveguide receives incident light; the first resonant ring is used for filtering light with a first wavelength, which resonates with the first resonant ring, in incident light, the filtered incident light is marked as intermediate light, and the intermediate light is transmitted to the second resonant ring along the first waveguide; the second resonant ring is a tunable resonant ring; and tuning the second resonant ring, changing the optical path of the second resonant ring, and controlling the output state of the intermediate light at the output end of the first waveguide. The tunable optical switch has the advantages of few stages, simple array topological structure, small volume, low manufacturing cost and stronger practicability.)
技术领域
本发明涉及一种可调谐光开关、光网络节点及光网络，属于光通信技术领域。
背景技术
随着光通信网络的快速发展，传统以电为核心的通信器件已经不能满足高速大容量的光通信需求，因此，大量可应用于光通信网络的光学器件应运而生。光开关是一种可对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作的光学器件，其在光通信网络中具有重要作用。
现有技术中的光开关主要包括传统机械光开关和微电子机械光开关。传统机械式光开关是通过移动光纤将光直接耦合到输出端的，其存在光开关动作时间较长(ms量级)、体积偏大、不易制成大型的光开关矩阵的问题，更甚者还存在回跳抖动和重复性差的问题。
而微电子机械光开关，它是半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合产生的一个新型微机-电-光一体化的新型开关。典型的微电子机械光开关为MEMS(MicroElectro-Mechanical System)光开关，但是其对制作工艺及技术要求较高，成本也较高。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种可调谐光开关、光网络节点及光网络，以解决现有的光开关存在的体积大、难以形成光开关矩阵以及制作困难的问题。
本发明的第一方面提供了一种可调谐光开关，包括第一波导和沿所述第一波导内光传输方向依次设置并与所述第一波导耦合的第一谐振环和第二谐振环；
所述第一波导的输入端接收入射光；
所述第一谐振环，用于滤除所述入射光中与之发生谐振的第一波长的光，滤除后的所述入射光记为中间光，所述中间光沿所述第一波导传输至所述第二谐振环；
所述第二谐振环为可调谐谐振环；
调谐所述第二谐振环，改变所述第二谐振环的光程，控制所述中间光在所述第一波导输出端的输出状态。
优选地，所述控制所述中间光在所述第一波导输出端的输出状态，具体为：
当所述第二谐振环的光程等于所述第一谐振环的光程时，所述可调谐光开关为开状态，所述第一波导的输出端输出所述中间光；
当所述第二谐振环的光程不等于所述第一谐振环的光程时，所述可调谐光开关为关状态，所述第一波导的输出端无输出光。
优选地，所述第二谐振环包括环形波导和设置于所述环形波导环臂上的可调介质单元；
所述可调介质单元，用于改变所述第二谐振环的光程。
优选地，所述可调介质单元包括多个子单元，多个所述子单元均匀设置于所述环形波导的环臂上。
优选地，所述可调介质单元中使用的可调介质包括电光介质、热光介质和磁光介质中的一种或多种。
优选地，所述第一波导为直波导。
优选地，所述第一谐振环内光可传播长度为所述第一波长的整数倍。
本发明的第二方面提供了一种光网络节点，该光网络节点使用上述可调谐光开关。
本发明的第三方面提供了一种光网络，该光网络使用上述可调谐光开关。
本发明的可调谐光开关，相较于现有技术，具有如下有益效果：
本发明的可调谐光开关，仅使用第一波导、第一谐振环和带有可调介质单元的第二谐振环就可以实现光传输线路或集成光路中光的物理切换或逻辑操作，其级数少、阵列拓扑结构简单、体积小、制作成本低，实用性更强。
本发明的可调谐光开关，由于使用了谐振环，因此其同时具备滤波和上下载信号的功能，使得使用该可调谐光开关的交换节点设备简单，尤其适用于城域光网络的城域汇聚环中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可调谐光开关的结构示意图。
图中1为第一波导；11为输入端；12为输出端；2为第一谐振环；31为环形波导；32为可调介质单元。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
图1为本发明实施例中可调谐光开关的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例的可调谐光开关包括第一波导1和沿第一波导1内光传输方向依次设置并与第一波导1耦合的第一谐振环2和第二谐振环；
其中，第一波导1的输入端11接收入射光；
第一波导1可为直波导也可为弯波导，只需保证第一波导1与第一谐振环2仅有一个耦合区域；第一波导1与第二谐振环也仅有一个耦合区域即可。
本实施例中的第一谐振环2用于滤除入射光中与之发生谐振的第一波长的光，滤除后的入射光记为中间光，中间光沿第一波导1传输至第二谐振环；
上述第一谐振环在本实施例中所起的作用与陷波滤波器的作用相同。第一谐振环处于谐振状态时，可以滤除与其发生谐振的第一波长的光，具有波长选择性。因此，可通过设置不同材质、大小的第一谐振环，滤除特定波长的光，使得穿通波长的光不会受第一谐振环的耦合影响，直通波长的光插损较低。
为实现第一谐振环2的波长选择性，第一谐振环2中光可传播长度应为第一波长的整数倍。此时，第一谐振环2中形成一个强场，可以使得耦合进入第一谐振环2的第一波长的光与其发生谐振。
示例性地，入射光中包括波长为λ1、λ2和λ3的光，入射光沿第一波导1传输至第一谐振环2处。第一谐振环2的材质为二氧化硅。
当第一谐振环2处于谐振状态时，λ1和λ2耦合进入第一谐振环2(该过程称作“上载”)与第一谐振环2发生谐振，并在其内绕行，绕行的λ1和λ2行至第一波导1处重新耦合进入第一波导1(该过程称作“下载”)，并干涉第一波导1内入射光中波长为λ1和λ2的光，形成相消干涉，仅余波长为λ3的光沿第一波导1传输至第二谐振环处。
本实施例中的第二谐振环为可调谐谐振环。
调谐第二谐振环，改变第二谐振环的光程，控制中间光在第一波导1输出端12的输出状态。
具体地，调谐第二谐振环，改变第二谐振环的光程，当第二谐振环的光程等于第一谐振环2的光程时，可调谐光开关为开状态，第一波导1的输出端12输出中间光；
当第二谐振环的光程不等于第一谐振环2的光程时，可调谐光开关为关状态，第一波导1的输出端12无输出光。
在一个具体的实施例中，第二谐振环包括环形波导31和设置于环形波导31环臂上的可调介质单元32；
可调介质单元32，用于改变第二谐振环的光程。
由于光程的数值等于环形波导31的折射率乘以光在环形波导31中传播的路程，因此，在第二谐振环内光可传播长度固定的情况下，调谐可调介质单元32即可改变环形波导31的折射率，也就改变了第二谐振环的光程。
示例性地，波长为λ3的光沿第一波导1传输至第二谐振环处时，调谐可调介质单元32，使得第二谐振环的光程等于第一谐振环2的光程，此时，第二谐振环处于非谐振状态，波长为λ3的光，即为中间光，不能与环形波导31发生谐振，不会耦合进入环形波导31，而是直接沿第一波导1传输至其输出端12输出，此时可调谐光开关为开状态。
当要使可调谐光开关为关状态时，调谐可调介质单元32，使得第二谐振环的光程不等于第一谐振环2的光程。此时，第二谐振环处于谐振状态，波长为λ3的光，即为中间光，与环形波导31发生谐振，耦合进入环形波导31(该过程称作“上载”)，并在环形波导31内绕行，绕行的λ3在行至第一波导1处时，重新耦合进入至第一波导1(该过程称作“下载”)，并干涉第一波导1内的波长为λ3的光，形成相消干涉，使得第一波导1的输出端12无光输出。
本实施例的可调介质单元32可以为一个整体结构也可以为多个单独的结构，当为多个单独的结构时，具体为：可调介质单元32包括多个子单元，多个子单元均匀或者非均匀设置于环形波导31的环臂上。
具体地，上述可调介质单元32中使用的可调介质包括电光介质、热光介质或者磁光介质中的一种或多种。
示例性地，环形波导31的环臂上均匀设置有四个子单元，四个子单元中，其中两个子单元的可调介质为电光介质，剩余两个子单元的可调介质分别为热光介质和磁光介质。具有上述子单元的第二谐振环，其可以使用电、热或磁调节环形波导31的折射率，进一步实现调节第二谐振环光程的目的，其适用范围广。
本发明的可调谐光开关，仅使用第一波导1、第一谐振环2和带有可调介质单元32的第二谐振环就可以实现光传输线路或集成光路中光的物理切换或逻辑操作，其是一种全固态、片上集成的光开关，具有级数少、阵列拓扑结构简单、体积小、制作成本低，实用性更强的优点。
本发明的可调谐光开关，通过控制第一波导1与第一谐振环2、第二谐振环耦合处的相位传输特性，再利用光束干涉的原理，可以实现更高速的调制频率，开关动作快，更为高效。
本发明的可调谐光开关，由于使用了谐振环，因此其同时具备滤波和上下载信号的功能，使交换节点设备简单，尤其适用于城域光网络的城域汇聚环中。
本发明的第二方面提供了一种光网络节点，该光网络节点使用上述可调谐光开关。
本发明的第三方面提供了一种光网络，该光网络使用上述可调谐光开关。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
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