技术领域

本发明属于光数据网络交换技术领域，涉及一种硅基集成化光模式数据交换 器。

背景技术

随着信息时代的发展，人们对大容量、高速率通信的要求也越来越高。为了 适应日益增长的需求，现已研究出很多高速光传输方面的重大技术成就，如时分 复用技术、码分复用技术、波分复用技术、空分复用技术、模式复用技术等。其 中波分复用，尤其是密集波分复用技术已广泛应用于现代光纤通信技术中。然而， 随着需求的日益增长，波分复用技术也将面临其瓶颈，并且随着复用波长数量的 增加，波分复用所需的激光源数量势必需要增加很多，这无疑大大增加了运行成 本。为了解决这一问题，研究人员提出了一种新的信号复用方式，即模式复用。 所谓模式复用技术，就是将光的不同模态复用到一根多模光纤或少模光纤上传 输，并在接收端将不同的模态解复用成相应的信号的技术。

在很早以前人们就发现了光的不同模态的存在，并且不同模态之间会发生色 散和串扰。为了避免色散和串扰，得到稳定且质量好的激光，人们将主要精力放 在单模激光器和单模光纤的研究上。然而单模并不能满足传输容量的需求，光的 多模态又回到人们的研究视野中。光的模态作为光的一种维度，跟光的波长一样 可以作为光通信中的一种重要复用形式。特定的模式转换器能将现有市面上广泛 使用的单模激光和单模光纤中的基模光信号转换成某种特定模式的光信号，将多 种模式复用到一根多模光纤中传播，这样就能成倍提高通信容量，而所需的激光 器数量相对于波分复用将大大减少。此外，将模式复用技术和现有时分复用、波 分复用等技术结合起来，可以在降低成本的同时成倍提高信道容量。

目前已经研究出了各种模式复用器件，但模式复用技术相关的其他重要技术 的研究还相对较少。模式交换器在波分复用系统中的作用和波长交换器在波分复 用系统中的作用一样，能够大量节省建网和网络升级成本，提高网络的重构灵活 性和生存性，更加灵活、有效地提高宽带利用率，是光模式复用技术中至关重要 的一种器件。所谓模式交换器就是将两个或多个光信号所携带的光模态相互交 换，从而实现数据和信号的网络传输、交换、导流等功能。

中国华中科技大学的王健等研究人员发表于 2015 年的科技论文 “On-chipoptical mode exchange using tapered directional coupler”在大量仿真的基 础上基于渐变锥的定向耦合器提出了一种模式交换器。但该方法的器件尺寸较 大，且效率较低。

中国华中科技大学的余宇等研究人员发表于 2016 年的科技论文“On-chip dataexchange for mode division multiplexed signals”提出了一种基于微环谐振器的 光模式数据交换器，但器件所需微环个数较多，且尺寸相对较大，不利于器件稳 定和大面积集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基集成化光模式数据交换器，以解决光通信模式 复用技术中的数据网络交换、数据导流等问题，并利用现代的工艺技术以保持器 件的小体积、低功耗及低成本，期望实现在将来的光通信及光网络中发挥重要的 作用。