M×N光学交叉连接制造技术

本申请提供了一种光学交叉连接，包括Ｍ数目的第一波导和Ｎ数目的第二波导。该第二波导与该第一波导交叉，在每一个交叉点处确定一个节点。至少一个开关元件（优选为一个卵形谐振腔）位于每一个节点的邻近，以可选择的在波导之间传输信号部分。为了减小信号间的串扰，该波导可以在和邻近于节点处进行放大，以减小信号的衍射。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术
本申请涉及纳米光子器件，尤其是光学交叉连接器件。在现有技术中交叉连接是已知的。此外，交叉连接在光纤运用中例如波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)的使用也是已知的。然而，总是需要对光学交叉连接加以改进以减小相邻信号间的串扰和减小信号切换中的损失。串扰意为一个信号不受欢迎地耦合进非期望的光路(unintended path)。因此，本
中就需要有一种光学装置来克服上述现有技术中的缺点。本
技术实现思路
前述的目标可通过一个光学交叉连接来实现，它包括M数目的第一波导和N数目的第二波导，该第二波导横切该第一波导。第一波导和第二波导的每一个交叉点确定一个节点，优选的是，多个光学开关元件位于节点的邻近。该开关元件，优选地为光学器件，它们可选择性地控制信号在确定节点的波导间进行传输而不必将光信号转化为电信号。该开关元件优选为谐振腔，更为优选的，是卵形谐振腔。该开关元件还可以是定向耦合器，其中对频率的选择并不是关键的，或者，也可是带有反射镜的MEMS(微机电系统)。通过利用本专利技术，该第一和第二波导各自均可传输含有一个或多个波长的光信号。通过操作该开关元件，所有或部分的光信号可从波导到波导进行切换。例如，在优选实施例中，可对谐振腔进行调节以耦合特定波长的信号部分。采用对本领域熟练技术人员来说已知的技术，通过将电压受控地施加到谐振腔上来实现调节。类似地可控制定向耦合器。然而，在使用定向耦合器时，存在着一种未激发状态，在该状态下光信号的所有——或基本上所有——的部分被耦合，或一种激发状态，在该状态下光信号的所有——或基本上所有——的部分旁路通过该定向耦合器而不进行耦合。电压的施加可引起该定向耦合器的激发。在本专利技术另一方面，节点在面积上增加，从而减小信号之间的串扰以及减小信号的损失。具体地讲，波导在节点处或周围被放大。在具有该放大的区域时，信号的衍射被减小了，因此就减小了损失，而且信号能够以更小的串扰通过节点。本专利技术便利地提供了以小的损失来进行在数个波导之间的信号切换，并且可用于波分复用和密集波分复用系统(WDM和DWDM)中。此外，该器件构成为半导体组件，该组件可在形成一个装置和/或系统时与其它的半导体器件一起进行装配。因此，本专利技术包括了构造的特征、元件的结合以及各部分的安排，这些都将在此以示例公开，而本专利技术的范围则在权利要求书中表明。图7是一个圆形谐振腔的俯视平面图；图8是将定向耦合器用作开关元件的光学交叉连接的俯视平面图；图9A和9B示出了一个具有放大面积节点的两个不同实施例；附图说明图10是带有具有平行部分的第一和第二波导的光学交叉连接的俯视平面图； 光学交叉连接10可分别由任何M数目的第一波导20和N数目的第二波导30形成。作为非限定性的例子，参看图1，该图表示了其中一种光学交叉连接。在一个优选实施例中，光学交叉连接10的所有元件构成为一个半导体组件。如图2所示，所有元件都从一个衬底60伸出并且可用现有技术中已知的蚀刻技术来整体形成。从而，可将光学交叉连接10作为一个半导体组件来成形加工，该半导体组件可用作形成一个系统时与其它半导体器件相结合的一个“标准部件”。应当理解所示第一波导20和第二波导30仅具有有限的长度，以举例说明本专利技术的工作。可将该光学交叉连接10形成为不同的尺寸，具用不同长度的波导20、30。实际上，波导20、30经常是和延伸至其它系统和/或器件的波导整体成形或熔合上去的。另外，光源L产生一个或多个波长的光信号，传播穿过波导20、30。光源L可位于波导20、30较远的位置处，光信号在进入波导20、30之前先穿过其它的波导和/或光学器件和/或光电转换器件。应当注意的是，波导20、30是无源器件，光信号能够以任一方向在其中传播穿过。同时，光源L也可位于能导引任一方向和一个或多个波导20、30的光的位置处。该第一波导20、第二波导30和开关元件50可形成作为光子线波导或光子井波导(photonic well waveguides)，例如在美国专利5790583和5878583中所描述的。为了说明这种设计的一般的结构，图2描绘了第一波导20和开关元件50的示意性的横断面，第二波导30以类似的方式形成。如示意示出的，包层80环绕在一芯线70上。该芯线70是可传输有源光(active light)的介质，光信号可传播穿过其中。在一个优选实施例中，卵形谐振腔50的直线部分52大体与第一波导20平行对齐。该直线耦合部分被限定用来耦合在卵形谐振腔50和第一波导20之间的光信号的一部分。再参看图1，在使用中，一个光信号至少传播穿过第一波导20，但第二个光信号也可传播穿过第二波导30。每个光信号都包含有一定范围的波长，从而该光信号可被分解为对应的波长部分。为了从光信号中分解出特定的波长，将来自可控电源V的一电压施加于卵形谐振腔50。在该优选实施例中，该电压将卵形谐振腔50调至所需的波长。如箭头所示，在这个光信号传播穿过第一波导20时，带有特定波长的该光信号的一部分将与卵形谐振腔50相耦合，而它又依次将光信号的该部分耦合至第二波导30。采用现有技术中的已知技术，形成并定位该椭圆谐振腔50以获得所需的耦合。光信号的耦合部分将会继续沿箭头所示的方向传播穿过第二波导30。可明显看出，椭圆谐振腔50的快速调节允许对特定波长的信号进行非常精确且可选择的传输。在第二光信号传播穿过第二波导30时，光信号的耦合部分将会完全变为整个信号的一部分。可明显看出，此处标明的光传播方向仅仅是为了方便起见对本专利技术工作的示意性表示，该信号可以以不同于此处表示的其它方向进行传播。应当注意，开关元件50并非必须进行调节，从而就变为一个无源器件，它不传输传播穿过第一波导20的光信号的任何部分。相应地，整个光信号即会直接穿过第一波导20。优选的是，至少两个开关元件50A和50B位于邻近每一个节点40的位置处，如图3所示。开关元件50A、50B位于不同的区域X、Y，该区域X、Y是由确定相连节点40的第一波导20和第二波导30之间的部分界定的。此外，开关元件50A、50B位于节点40相对的两侧，此处作为“犄角”(catty corner)排列。对每一个开关元件50A、50B分别施加电压。因而，开关元件50A、50B可以“增加”/“消减”同时穿过第一波导20和第二波导30的光信号部分。例如，如上述的那样，开关元件50A可将第一波导20中传播的光信号的一部分转入第二波导20。以类似的方式，开关元件50B即可将第二波导30中传播的光信号的一部分转入第一波导20。从而通过该两个开关元件50A、50B的结合使用，光信号的各部分就可在第一和第二波导20、30之间被增加和消减。还有，在一个或两个信号直接穿过节点40并各自传播穿过对应的第一波导20或第二波导30时，开关元件50A、50B中的一个或两个即无需进行调节。为了更进一步说明本专利技术的工作，参看图4，其中M和N的数目都等于2。具体地讲，两个第一波导20A、20B和两个第二波导30A、30B相交叉，从而确定了四个节点40A-D。另外，开关元件50A-H中的对应的两个位于各节点40A-D的邻近位置处。通过如上述同样的方式，光信号的各部分在第一波导20A、20B和第二波导30A、30B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学交叉连接，包括：第一波导；第二波导，与所述第一波导交叉，且在所述波导的交叉点处确定了一个节点；和第一开关元件，位于所述节点的邻近，用于选择性地将传播穿过所述第一波导的光信号的至少一部分转入所述第二波导。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MK陈，ST何，
申请(专利权)人：L三光学公司，西北大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]