Интегральная коммутационная матрица

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Интегральная коммутационная матрица, содержащая 2 ( - целое положительное число) входных и выходных оптических шин, каждая из которых связана соответственно с одним из выходов или входов одного из множества элементов связи, каждый из которых содержит ответвители и дифракционные решетки, отличающаяся тем, что вход первой управляемой дифракционной решетки через оптически связанные первый входной и второй выходной ответвители соединен с выходом второй управляемой дифракционной решетки, вход которой через оптически связанные второй входной и первый выходной ответвители соединен с выходом первой управляемой дифракционной решетки, выходы первого и второго выходных ответвителей являются первым и вторым выходами элементов 8441 1 2006.08.30 связи соответственно, входы первого и второго входных ответвителей являются первым и вторым входами элементов связи соответственно, при этом количество каскадов элементов связи равно 2-1, в первом и последнем каскадах расположеноэлементов связи, в промежуточных каскадах расположено -1 элементов связи, причем каждая входная оптическая шина, кроме первой и последней 2-ой, оптически соединена с выходными оптическими шинами через 2-1 оптически последовательно связанных каскадов элементов связи, а первая и последняя 2-ая входные оптические шины соединены соответственно с первым входом первого и вторым входом последнего элемента связи первого каскада, соответствующие выходы которых непосредственно соединены с первым входом первого и вторым входом последнего элемента связи в последнем 2-1 каскаде, выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемые дифракционные решетки выполнены брэгговскими на поверхности волноводов из полупроводникового материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Изобретение относится к области оптоэлектронной обработки информации и может использоваться в технике оптической связи для разработки интернет-интерфейсов средств вычислительной техники. Наиболее близкой по технической сущности является интегральная сигнальная матрица, содержащаяответвителей,входных и М выходных оптических шин, каждая из которых оптически соединена с множествомэлементов связи, каждый из которых оптически связан с одной извходных оптических шин, причем каждый изэлементов связи содержит в своем составе электрически последовательно связанные фотоприемник, усилитель, излучатель и оптически последовательно связанные излучатель, дифракционную решетку и ответвитель, который оптически связан с одной из выходных оптических шин, при этом фотоприемник каждого элемента связи оптически соединен с одной из входных оптических шин через соответствующий ответвитель 1. Описанное устройство не обладает достаточно высоким быстродействием, т.к. набор последовательно связанных оптоэлектронных компонентов, входящих в состав элемента связи, увеличивает во времени процесс коммутации одной из входных оптических шин на выход, а также ограничивает полосу пропускания всего устройства в целом. Ветвление входных сигналов также уменьшает быстродействие. Техническая задача - увеличение быстродействия. Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройство, содержащее 2 ( целое положительное число) входных и выходных оптических шин, каждая из которых связана соответственно с одним из выходов или входов одного из множества элементов связи, каждый из которых содержит ответвители и дифракционные решетки, при этом в каждом элементе связи вход первой управляемой дифракционной решетки через оптически связанные первый входной и второй выходной ответвители соединен с выходом второй управляемой дифракционной решетки, вход которой через оптически связанные второй входной и первый выходной ответвители соединен с выходом первой управляемой дифракционной решетки, выходы первого и второго выходных ответвителей являются первым и вторым выходами элементов связи соответственно, входы первого и второго входных ответвителей являются первым и вторым входами элементов связи соответственно,при этом количество каскадов элементов связи равно 2-1, в первом и последнем каскадах расположеноэлементов связи, в промежуточных каскадах расположено -1 элементов связи, причем каждая входная оптическая шина, кроме первой и последней 2-ой, оптически соединена с выходными оптическими шинами через 2-1 оптически последовательно связанных каскадов элементов связи, а первая и последняя 2-ая входные оптические шины соединены соответственно с первым входом первого и вторым входом последнего эле 2 8441 1 2006.08.30 мента связи первого каскада, соответствующие выходы которых непосредственно соединены с первым входом первого и вторым входом последнего элемента связи в последнем 2-1 каскаде, выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами устройства. Для эффективного решения поставленной задачи управляемые дифракционные решетки выполнены брэгговскими на поверхности волноводов из полупроводникового материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Сущность заявляемого устройства приведена на фиг. 1, где 1 - это набор входных оптических шин Х 1 Х 2, 2 - набор выходных оптических шин 12, 3 - элементы связи(ЭС), 4, 9 - первая и вторая управляемые дифракционные решетки (УДР), 5, 6 - первый и второй выходные ответвители, 7, 8 - первый и второй входные ответвители. На фиг. 2 приведена функциональная схема заявляемого устройства, соответствующая 2. В интегральной коммутационной матрице (фиг. 1) каждая входная оптическая шина(Х 1 Х 2) 1 оптически соединена с каждой выходной оптической шиной (12) 2 через 2-1 последовательно соединенных элементов связи, при этом каждый отдельный выход любого элемента связи 3 соединен или с одним входом другого элемента связи, или с одной оптической выходной шиной (12) 2. Количество каскадов ЭС 3 равно 2-1, в первом и последнем каскадах расположеноЭС 3, в промежуточных каскадах расположено -1 ЭС 3, причем каждая входная оптическая шина, кроме первой и последней (2),оптически соединены с выходными оптическими шинами через 2-1 оптически последовательно связанных каскадов ЭС 3, а 1-ая и 2-ая входные оптические шины соединены соответственно с первым входом первого и вторым входом последнего ЭС 3 первого каскада, соответствующие выходы которых непосредственно соединены с первым входом первого и вторым входом последнего ЭС 3 в последнем (2 п-1) каскаде интегральной коммутационной матрицы. В элементах связи 3 первая управляемая дифракционная решетка 4 оптически соединена с первым входным ответвителем 7 и выходным ответвителем 5. Вторая управляемая дифракционная решетка 9 оптически соединена с входным ответвителем 8 и выходным ответвителем 6, который оптически связан с выходом элемента связи. Входные ответвители 7, 8 элементов связи 3 оптически соединены с их входами. В конкретном исполнении входные 1 и выходные 2 оптические шины - это волноводы изшириной 2 мкм, высотой 0,85 мкм, выполненные на подложке . Элементы связи 3 - это структура из таких же волноводов с входными 7, 8 и выходными ответвителями 5, 6 стандартной геометрии, связанные между собой в соответствии с фиг. 1. Управляемые дифракционные решетки 4, 9 - это описанные выше волноводы изс выполненными на их поверхности брэгговскими отражателями длиной 0,2 мм и периодом 0,22 мкм. С обеих сторон отражателей выполнены управляющие электроды, подачей напряжения на них спектр отражения всех брэгговских отражателей смещается на 0,2 нм. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии управляющих напряжений 1, 2 любой оптический сигнал, поданный на любойвход устройства, без отражений проходит с входана выходсоответствующих элементов связи и попадает навыход устройства. Если необходимо вход Х 1 соединить в данный момент с выходом(2, фиг. 2), то на элементы связи 30, 31 и 32 подаются управляющие напряжения 1. В таком случае в первых управляемых дифракционных решетках 4 элементов связи 30, 31, 32 смещается спектр отражения, оптические сигналы с входов соответственно Х 1, Х 21, Х 13 этих элементов отражаются от первых управляемых дифракционных решеток 4 и через входные ответвители 7 и выходные ответвители 6 поступают на выходы последовательно в данный момент соединенных элементов связи 30, 31, 32 и далее - на выход 4 устройства. Тем самым оптический сигнал с входа Х 1 устройства попадает оптическим путем на выход 4. При подаче одного управляющего сигнала 2 на элемент связи,например, 30 (фиг. 2) оптический сигнал с входа Х 2 отражается от второй управляемой 3 8441 1 2006.08.30 дифракционной решетки 9 и через входной ответвитель 8 и выходной ответвитель 5 поступает на выход 31. Таким образом осуществляется коммутация сигнала с входа Х 2 на выход 31. При подаче обоих управляющих напряжений 1 и 2 в элементе связи 30 входные сигналы соответственно попадают 132, Х 231. В прототипе каждый бит передаваемой через устройство информации проходит фотон-электрон-фотонное преобразование, которое в матричных схемах может производиться с частотами 1 ГГц из-за объединения емкостей фотоприемников и излучателей. В предлагаемом устройстве оптические волноводы элементов связи не ограничивают полосу передаваемых частот до 100 ГГц и более. Процесс переключения управляемых дифракционных решеток происходит за время прохода излучения вдоль них, то есть за 4 пс. Источники информации 1. Патент США 6493483 В 2, 2002 г. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4