[0018] 本申请提供了一种光节点以及相关系统，用于提高资源的利用率。
[0019] 下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020] 微谐振腔(MR)为一种光交换器件，其功能在于能够可控地把一条波导上的特定频率的光信号交换到另一条波导上。MR是片上光网络中使用的基本模块。它可以被用作调制单元，交换单元和接收单元。本方案利用了MR作为交换单元和接收单元这两项功能。MR有对立的两个端口，若该MR为谐振状态，当光信号从MR的一端的端口进入时，则光信号可以被交换到另一端的端口，所以将MR置于两条波导之间，且MR的两个端口与波导耦合连通，则可以将光信号从激光源交换到不同的波导上。MR有对光信号反向的选择特性，比如，MR耦合第一波导以及第二波导，当第一波导上的光信号通过MR交换到第二波导时，此时第二波导上的光信号的传输方向与第光信号在第一波导上传输的方向相反。另一方面，MR还可以集成光电探测器，则该MR就具备了接收单元的功能，可以将特定频率的光信号转化成相应的电信号。
[0021] 参照图1所示，本申请提供一种光节点100，应用于波分复用的光网络，所述光节点100连接第一通信波导112以及第二通信波导113，用于实现与所述第一通信波导112以及所述第二通信波导113的光信号的传输，所述光节点100包括：
[0022] 用于产生光信号的激光源106、用于接收光信号的探测器107、第一连接波导116、第二连接波导117、第一闭合波导115以及微谐振腔MR组；所述MR组包括第一MR101、第二MR102以及第三MR104；所述激光源106与所述第一连接波导116连接，所述第一连接波导116通过所述第一MR101耦合所述第一闭合波导115，所述探测器107与所述第二连接波导117连接，所述第二连接波导117通过所述第一MR101耦合所述第一闭合波导115；所述第一闭合波导115还通过所述第二MR102耦合所述第一通信波导112，所述第一闭合波导115还通过所述第三MR104耦合所述第二通信波导113；所述MR组用于将所述激光源106所产生的光信号传输至第一通信波导112或第二通信波导113，所述MR组还用于将所述第一通信波导112或第二通信波导113上的光信号传输至所述探测器107。
[0023] 由于激光源连接第一连接波导，第一连接波导通过第一MR耦合第一闭合波导，第一闭合波导还通过第二MR耦合第一通信波导，第一闭合波导还通过第三MR耦合第二通信波导，那么激光源所产生的光信号则能够通过第一MR以及第二MR传输到第一通信波导，也能够通过第一MR以及第三MR传输到第二通信波导；探测器连接第二连接波导，第二连接波导通过第一MR耦合第一闭合波导，同理，第一通信波导上的光信号则能够通过第二MR以及第一MR传输至探测器，第二通信波导上的光信号能够通过第三MR以及第一MR传输至探测器。
[0024] 需要说明的是，所述第一连接波导与所述第二连接波导可以为两条不同的波导，也可以为同一条波导上的两段，也可以为同一条波导。
[0025] 在波分复用的光网络中，光节点还可以连接电路结构，探测器还能够将光信号转换为电信号，并通过所述电路结构将电信号发送给接收设备；通信波导用于实现设备与设备之间的光信号传输，在本申请提供的光节点中，激光源产生的光信号通过MR组传输到第一通信波导或第二通信波导，而第一通信波导或第二通信波导上的光信号也能够通过MR组传输到光节点中的探测器中，使得探测器将光信号转换为电信号，这样，实现了光节点对光信号的双向传输，提高了资源的利用率。
[0026] 结合图1所示的光节点，参照图2所示，可选的，所述MR组还包括第四MR103以及第五MR105，所述第四MR103以及所述第五MR105位于所述第一闭合波导115内，所述第四MR103以及所述第五MR105用于改变光信号在所述第一闭合波导内的传输方向。
[0027] 所述第四MR以及第五MR的两端均是连接所述第一闭合波导，根据所述第一闭合波导的拓扑结构，光信号在进入所述第一闭合波导内时，若经过所述第四MR或第五MR后，则所述光信号在所述第一闭合波导内的方向则会改变。本申请所提供的光节点中，通过所述第四MR、第五MR以及所述第一闭合波导能够改变光信号方向的特性，结合用于连接激光源的以及探测器的第一MR，结合用于连接两条通信波导的第二MR以及第三MR，能够实现所述光节点中激光源所产生的光信号传输到所述两条通信波导的任意一端，还实现了所述两条通信波导的任意一端所传输的光信号能够传输到所述光节点中的探测器。
[0028] 其中，所述第一通信波导112包括第一端口108以及第二端口109；所述第二通信波导113包括第三端口110以及第四端口111；具体的，光节点中激光源将所产生的光信号发送至第一端口108、第二端口109、第三端口110以及第四端口111所需要经过的处于谐振状态的MR详见表1中的输出模式；光节点中探测器接收第一端口108、第二端口109、第三端口110以及第四端口111发送的光信号所需要经过的处于谐振状态的MR详见表1中的输入模式。
[0029] 表1
[0030]
[0031]
[0032] 如表1所示，通过控制所述第一MR101以及所述第二MR102处于谐振状态，使得所述激光源106所产生的光信号传输至所述第一端口108；
[0033] 通过控制所述第一MR101、第四MR103以及第二MR102处于谐振状态，使得所述激光源106所产生的光信号传输至所述第二端口109；
[0034] 通过控制所述第二MR102、第四MR103以及第一MR101处于谐振状态，使得从所述第一端口108进入的光信号传输至所述探测器107；
[0035] 通过控制所述第二MR102以及第一MR101处于谐振状态，使得从所述第二端口109进入的光信号传输至所述探测器107。
[0036] 通过控制所述第一MR101、第五MR105以及第三MR104处于谐振状态，使得所述激光源106所产生的光信号传输至所述第三端口110；
[0037] 通过控制所述第一MR101以及第三MR104处于谐振状态，使得所述激光源106所产生的光信号传输至所述第四端口111；
[0038] 通过控制所述第三MR104以及第一MR101处于谐振状态，使得从所述第三端口110进入的光信号传输至所述探测器107；
[0039] 通过控制所述第三MR104、第五MR105以及第一MR101处于谐振状态，使得从所述第四端口111进入的光信号传输至所述探测器107。
[0040] 其中，控制MR处于谐振状态或不处于谐振状态可以通过光节点中的电输入端输入电信号进行控制。具体的，所述电输入端可以为所述光节点的集成部分，所述电输入端连接所述MR组中的每个MR，所述电输入端与MR存在一一对应的关系，所述电输入端通过给MR输入高电平的电信号控制该MR处于谐振状态，通过输入低电平的电信号控制该MR不处于谐振状态。
[0041] 光信号与电信号的传输方式不同，电信号为电流，电流在线路中寻找最小电阻的路径传输，且无论线路是弯曲、直线或者直角的结构，电流都能够顺利传输，且在线路传输过程中，不会造成很大的损耗。而光信号是通过直线传输的，传输光信号的介质一般设计为直线型或角度较大的曲线形，光信号经过曲线结构时，通过反射原理使得光信号的方向可以转换，但是会造成一定的损耗。
[0042] 目前，在对光网络系统中传输光信号的介质设计时，在光路板中雕刻传输光信号的波导，波导线路为二维结构，波导线路中交叉点互相连通的，光信号经过交叉点时，虽然大部分光信号会进行直线传输，但是还是会有少量的光信号朝两侧传输，造成了一定的损耗。光信号在进行曲线传输后，也会造成一定的损耗，MR为圆形或椭圆形结构，光信号从一条波导经过MR被交换到另一条波导时，必定也会造成损耗，为了保证光信号能够正确完整传输至目的地，发送端需发起较大的功率传输光信号，必然会造成系统较大的功耗损失。那么，在一个光节点中，光信号被激光源传输到波导或者光信号从波导传输至探测器的过程中，光信号所经过的MR的数量，以及光信号所经过的交叉点的数量是造成光信号损耗的重要原因，即造成系统功耗损失的重要原因。而本申请所提供的光节点中，如图2以及表1所示，该光节点在发送光信号至通信波导，以及从通信波导接收光信号时，所经过MR较少，且经过的交叉点也较少，使得光信号的损耗较少，从而减少了系统发送端的功耗损失。
[0043] 由于MR对于光信号传输的方向转换的特性，则能够通过对MR是否处于谐振状态进行控制，使得激光源发送的光信号能够传输到任意一条通信波导的两个端口，也使得探测器能够接收到由任意一条通信波导的两个端口发送的光信号，实现了光节点对通信波导的双向光信号传输，提高了资源的利用率。
[0044] 参照图2所示的光节点，可选的，所述第一MR101为两个或两个以上，所述第二MR102为两个或两个以上，所述第三MR103为两个或两个以上，所述第四MR104为两个或两个以上，所述第五MR105为两个或两个以上。
[0045] 在本申请所提供的光节点中，所述MR组中的第一MR、第二MR、第三MR、第四MR以及第五MR可以分别为一个MR，但是由于MR只能传输一种特定波长的光信号，所以，若所述MR组中的第一MR、第二MR、第三MR、第四MR以及第五MR分别只为一个MR时，在同一时刻，该光节点只能传输一个特定波长的光信号，使得传输效率较低。为了提高MR的传输效率，本申请所提供的光节点中，每个位置上的MR都可以为两个或两个以上，同一位置上的MR分别传输不同波长的光信号，每个位置上的MR可以设置为相同数量，这样，一方面，激光源则能够同时发出不同波长的光信号传输至通信波导，而探测器也能够同时接收到不同波长的光信号，提高了光信号的传输效率；另一方面，由于同一位置的MR互不干扰，那么激光源在向一个端口发送光信号的同时，探测器也能够接收其他端口发送的光信号。比如，参照图2或表1所示，激光源106在通过第一MR101中的一个MR以及第二MR102中的一个MR发送光信号至第一端口108时，探测器107同时能够接收到第二端口109通过第二MR102中的另一个MR以及第一MR101中的另一个MR传输的光信号。这样，实现了对光信号的双工传输，以及对光信号的多路共享。
[0046] 结合图2的光节点，参照图3所示，本申请还提供了光节点200的另一种实现方式，所述光节点200还包括第二闭合波导206，所述MR组还包括第六MR201、第七MR202以及第八MR204；所述第一连接波导116通过所述第六MR201耦合所述第二闭合波导206，所述第二连接波导206通过所述第六MR201耦合所述第二闭合波导；所述第二闭合波导206还通过所述第七MR202耦合所述第三通信波导207，所述第二闭合波导206还通过所述第八MR204耦合所述第四通信波导208；使得通过所述MR组将所述激光源106所产生的光信号传输至第三通信波导207或第四通信波导208，以及将所述第三通信波导207或第四通信波导208上的光信号传输至所述探测器107。
[0047] 其中，所述MR组还包括第九MR203以及第十MR205；所述第九MR203以及所述第十MR205位于所述第二闭合波导206内，所述第九MR203以及所述第十MR205用于改变光信号在所述第二闭合波导内的传输方向。
[0048] 其中，所述第六MR201为两个或两个以上，所述第七MR202为两个或两个以上，所述第八MR203为两个或两个以上，所述第九MR204为两个或两个以上，所述第十MR205为两个或两个以上。
[0049] 本申请所提供的光节点的另一种实现方式中，该光节点连接包括第一闭合波导以及第二闭合波导，连接有第一通信波导、第二通信波导、第三通信波导以及第四通信波导，详见图3所示，该光节点中，闭合波导、连接波导、激光源、探测器以及MR组的组成和功能与图2所示的光节点类似，此处不做赘述。一个光节点不仅限于连接两条通信波导，如图3所示，该光节点包含有两个闭合波导，每个闭合波导分别通过MR连接两条通信波导，这样，则实现了使用一个激光源向四条通信波导发送光信号，以及使用一个探测器接收四条通信波导发送的光信号，提高了资源的利用率。
[0050] 需要说明的是，图3为示意图，并非对本申请提供的光节点中闭合波导的数量以及能够连接的通信波导的数量的限定，本申请提供的光节点中，闭合波导的拓扑结构可以进行垂直方向上的堆叠组合，从而使得多组通信波导可以共享一个激光源和一个探测器。本申请提供的光节点中，能够包含任意数目的闭合波导以及相应数目的MR组，而能够连接通信波导为闭合波导的两倍，具体的可以根据实际应用需求而定。
[0051] 在环形网络应用中，多个光节点可以依次连接，本申请所提供的光节点可以应用在任意容量的环形光网络中。举例来说，如图4所示，在环形网络应用中，光节点41、光节点42，光节点43和光节点44等之间通过波导45-48等相连接。这样，通过环形网络中，环形通信波导与多个光节点的连接，实现了对多条环形通信波导进行光信号的交换，且本环形网络所使用的光节点能够根据实际需求设定一个光节点中连接多少条通信波导，使得本环形网络通信实现最优化设计，提高了网络资源的利用率。
[0052] 参照图5所示，本申请还提供一种波分复用的光网络系统，所述系统包括：多条通信波导501、多个光节点502、以及控制器503，所述多个光节点502连接所述多条通信波导501，所述控制器503连接所述光节点502，其中，所述多个光节点502如图1至图3实施例中所示的任意一种光节点，所述控制器503用于控制所述多个光节点502中的每个MR处于谐振状态或不处于谐振状态。
[0053] 具体的，所述控制器连接到所述多个光节点中每个MR，所述控制器通过给MR发送电信号控制该MR处于谐振状态或不处于谐振状态。
[0054] 另一种可能的实现方式中，所述多个光节点集成所述控制器的功能，即，所述光节点设置有电输入端，所述电输入端电连接所述多个光节点中的每个MR，所述电输入端通过给MR输入电信号控制该MR处于谐振状态或不处于谐振状态。
[0055] 微谐振腔(MR)可以采用绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)、SiN、Ⅲ-Ⅴ族材料实现。基于SOI材料的电光3-8译码器的优点是：工艺方面与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺是兼容的，从而可以利用现成的CMOS工艺技术，使得器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与电学元件集成。
[0056] 首先，在材料方面，SOI是指在SiO2绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，其工艺与现在微电子领域广泛应用的CMOS工艺是兼容的。利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si(折射率为3.45)，包层是SiO2(折射率为1.44)，这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光场的限制能力很强使得其弯曲半径可以很小(目前已有基于SOI材料弯曲波导的弯曲半径达到1.5微米的报道)，从而使器件的面积很小，在一块芯片上可以制作出多个器件。传统波导器件(如LiNbO3)的弯曲半径普遍在毫米甚至厘米量级，极大的占用了芯片面积，一块芯片上通常只能放下一个器件。
[0057] 其次，在器件方面，基于硅基纳米线波导的微谐振腔，它是一种功能多样，性能优越，近年来被广泛研究的集成光学元件。由于环形波导的半径可以小至1.5微米，其器件结构非常紧凑，可以实现器件高密度集成，减少分立器件耦合时的损耗，同时降低器件的封装成本。
[0058] 以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
