CN109597167B - 集成在光电子芯片中的光子互连开关和网络 - Google Patents

集成在光电子芯片中的光子互连开关和网络 Download PDF

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Abstract

本公开涉及集成在光电子芯片中的光子互连开关和网络。光子互连基本开关被集成在光电子芯片中。开关包括相交以形成第一交叉点的第一和第二线性光学波导。两个第一光子重定向环形谐振器分别被耦合到第一和第二光学波导。两个第二光子重定向环形谐振器分别被耦合到第一和第二光学波导。第三线性光学波导被耦合到第一环形谐振器中的一个第一环形谐振器以及第二环形谐振器中的一个第二环形谐振器。第四线性光学波导被耦合到第一谐振器中的另一谐振器以及第二环形谐振器中的另一环形谐振器。集成在光电子芯片中的基础开关、复杂开关和光子互连网络包括光子互连基本开关中的至少两个光子互连基本开关。

Description

集成在光电子芯片中的光子互连开关和网络
优先权声明
本申请要求于2017年10月2日提交的法国专利申请号1759184的优先权权益，其内容在法律允许的最大程度上通过引用整体并入于此。
技术领域
根据实施例，本发明涉及集成在光电子芯片中的光子互连开关以及集成在光电子芯片中并且包括这种开关的光子互连网络的领域。
背景技术
产生集成在光电子芯片中并且能够限制和引导光的线性光学波导是已知的。
还已知产生集成在光电子芯片中的光子互连开关，使得可以将光子经由重定向环形谐振器从一个光学波导传送到另一光学波导，重定向环形谐振器可由电信号控制。
通常，谐振器包括集成环和集成电子部件，集成电子部件邻近该环，并且可由电信号控制，集成环具有邻近光学波导的部分，以形成在环和光学波导之间的光学耦合的区域。
当不存在电信号时，集成环处在“非谐振”状态，以使由光学波导带到耦合区域的光波穿过该耦合区域，并且在该光学波导中继续其路径。
另一方面，当存在电信号时，集成电子部件改变集成环的状态，集成环的状态然后被置于“谐振”状态，以使经由光学波导中的一个光学波导到达耦合区域的光波被传送到集成环，然后经由另一耦合区域被传送到另一光学波导，光波在另一光学波导中沿相反的方向继续其路径。
通常，上文所述的结构是在硅和绝缘体上硅(SOI)衬底上产生的。
此外，H.Shabani“Loss aware switch design and non blocking detectionalgorithm for intra-chip scale photonic interconnection networks”，IEEETransactions on Computers(Volume:65,Issue:6,June,2016)提供了集成在光电子芯片中的复杂光子互连网络，如上文所述，其包括多个光学波导和多个开关，并且其包括在光学波导之间的交叉点，以便通过选择性地控制谐振器来选择性地在源和接收器之间传送数据和数据包。
当光学波穿过交叉点或谐振器时，上文所述的光子互连网络受到损耗和串扰的限制，损耗和串扰会使传输的信号劣化。因此，应将损耗和串扰保持在最低。
发明内容
在一个实施例中，提供了集成在光电子芯片中的光子互连基本开关，其包括：第一线性光学波导和第二线性光学波导，第一线性光学波导和第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且第一线性光学波导和第二线性光学波导分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使第一线性波导和第二线性波导具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且具有在所述交叉点和所述第二端部之间的第二分支；两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到第一光学波导和第二光学波导，第一分支在这些第一谐振器之间穿过；两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在局部光学耦合区域中分别被耦合到第一光学波导和第二光学波导，局部光学耦合区域在这些第二谐振器之间穿过；第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到第一环形谐振器和第二环形谐振器，该第一环形谐振器和第二环形谐振器位于相对于第二光学波导的第一分支和第一光学波导的第二分支的相同侧；以及第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到第一环形谐振器和第二环形谐振器，该第一环形谐振器和第二环形谐振器位于相对于第一光学波导的第一分支和第二光学波导的第二分支的相同侧；第三光学波导和第四光学波导具有在第一环形谐振器这侧的第一端部以及在第二环形谐振器这侧的第二端部。
第三光学波导可以不与其它光学波导中的任何光学波导相交，并且第四光学波导可以不与其它光学波导中的任何光学波导相交。
第一光学波导与第三光学波导可以相交，并且第二光学波导与第四光学波导可以相交，分别在它们的第二端部和第二环形谐振器之间相交，从而形成第二交叉点和第三交叉点。
基本开关可以包括对称轴，所述交叉点位于对称轴上、在所述第一波导和所述第二波导之间，并且所述第一环形谐振器和所述第二环形谐振器分别位于对称轴的每一侧上。
第三光学波导和第四光学波导的第一端部以及第一光学波导和第二光学波导的第二端部可以形成光波输入(分别地，光学波输出)，并且第一光学波导和第二光学波导的第一端部以及第三光学波导和第四光学波导的第二端部可以形成光波输出(分别地，光学波输入)。
还提供了集成在光电子芯片中的光子互连基础开关，其包括两个基本开关，其中一个基本开关的波导选择性地连接到另一基本开关的波导。
所述基本开关的谐振器可以能够在相同频率下谐振。
还提供了集成在光电子芯片中的光子互连复杂开关，其包括偶数个基本开关，其中相邻的基本开关的波导选择性地串联连接，并且其中基本开关成对地经受不同频率。
还提供了集成在光电子芯片中的光子互连复杂开关，其包括多个基础开关，其中相邻的基本开关的波导选择性地串联连接，并且其中基础开关经受不同频率。
还提供了集成在光电子芯片中的光子互连网络，其包括光电子设备，光电子设备分别具有光学波输入端口和输出端口，光学波输入端口和输出端口经由基础开关或经由复杂开关选择性地连接。
附图说明
现在将通过附图所图示的实施例的方式描述集成光子互连开关，其中：
图1表示集成光子互连基本开关的平面图；
图2表示另一集成光子互连基本开关的平面图；
图3表示在图1中的基本开关中的光学波的流动模式；
图4表示集成光子互连基础开关的平面图；
图5表示光子互连网络的视图；
图6A至图6D表示在图4中的基础开关中的光学波的流动模式；
图7表示另一集成光子互连基础开关的平面图；
图8表示另一集成光子互连基础开关的平面图；
图9表示另一集成光子互连基础开关的平面图；
图10表示另一集成光子互连基础开关的平面图；
图11表示集成光子互连复杂开关的平面图；以及
图12表示另一集成光子互连复杂开关的平面图。
具体实施方式
图1图示集成在光电子芯片中的光子互连基本开关1，其中将描述的光学波导在相同的总平面内。
基本开关1包括第一线性光学波导2和第二线性光学波导3，第一线性光学波导2和第二线性光学波导3相交形成交叉点4，并且第一线性光学波导2和第二线性光学波导3分别具有第一外部光学耦合端部2a和3a以及第二外部光学耦合端部2b和3b，以使第一线性波导2和第二线性波导3具有在交叉点4与第一端部2a和3a之间的第一分支5和6，并且具有在交叉点4与第二端部2b和3b之间的第二分支7和8。
基本开关1包括两个第一光子重定向环形谐振器9和10，在第一分支5和6的局部光学耦合区域11和12中，两个第一光子重定向环形谐振器9和10分别被耦合到第一光学波导2和第二光学波导3的第一分支5和6，这些分支5和6在这些第一谐振器9和10之间穿过。
基本开关1包括两个第二光子重定向环形谐振器13和14，在第二分支7和8的局部光学耦合区域15和16中，两个第二光子重定向环形谐振器13和14分别被耦合到第一光学波导2和第二光学波导3的第二分支7和8，这些分支7和8在这些第二谐振器13和14之间穿过。
基本开关1包括第三线性光学波导17，在局部光学耦合区域18和21中，第三线性光学波导17被耦合到第一环形谐振器10和第二环形谐振器13，第一环形谐振器10和第二环形谐振器13位于相对于第二光学波导3的第一分支6和第一光学波导2的第二分支7的相同侧。
基本开关1包括第四线性光学波导20，在局部光学耦合区域19和22中，第四线性光学波导20被耦合到第一环形谐振器9和第二环形谐振器14，第一环形谐振器9和第二环形谐振器14位于相对于第一光学波导2的第一分支5和第二光学波导3的第二分支8的相同侧。
第三光学波导17和第四光学波导20具有在第一环形谐振器9和10这侧的第一端部17a和20a、以及在第二环形谐振器13和14这侧的第二端部17b和20b。
环形谐振器9、10、13和14分别包括形成光学波导的单个环23、24、25和26。这些环23、24、25和26邻近前述对应的波导，这些环23、24、25和26与前述对应的波导一起构成前述对应的局部光学耦合区域。
环23、24、25和26分别与集成部件(未表示)相关联，当它们经受电信号时，集成部件能够改变环形谐振器9、10、13和14的状态。
根据图1中所图示的具体布置，基本开关1有利地具有穿过交叉点4的纵向几何对称27(在图1中从左到右)。
环9和环10以及环13和环14分别相对于纵向轴27对称地布置。
环9和环14的中心以及环10和环13的中心被布置在线28和线29上，线28和线29平行于纵向轴27并且关于纵向轴27对称。
光学波导2和3关于纵向轴27对称。
光学波导17和20关于纵向轴27对称。
光学波导2和3包括直线部分30和31，直线部分30和31相交形成交叉点4，并且直线部分30和31相对于对称轴27以45°取向，从而形成十字形。
光学波导2包括纵向部分32，纵向部分32连接光学波导2的部分30的一个端部和光学波导2的外部耦合端部2a，并且环9与纵向部分32在一个地方被耦合，并且光学波导2包括纵向部分33，纵向部分33连接光学波导2的部分30的另一端部和光学波导2的外部耦合端部2b，并且环13与纵向部分33在一个地方被耦合。
光学波导3包括纵向部分34，纵向部分34连接光学波导3的部分31的一个端部和光学波导3的外部耦合端部3a，并且环10与纵向部分34在一个地方被耦合，并且光学波导3包括纵向部分35，纵向部分35连接光学波导3的部分31的另一端部和光学波导3的外部耦合端部3b，并且环14与纵向部分35在一个地方被耦合。
光学波导17和20纵向延伸，并且关于纵向轴27对称。
光学波导2、3、17和20的第一端部2a、3a、17a和20a在纵向轴27的一个方向上取向(在图1中向左)，并且光学波导2、3、17和20的第二端部2b、3b、17b和20b在纵向轴27的另一方向上取向(在图1中向右)。第一端部17a和20a比第一端部2a和3a距离纵向轴27远。第二端部17b和20b比第二端部2b和3b距离纵向轴27远。
根据图2中所图示的另一配置，基本开关101与基本开关1的不同在于：第一光学波导2和第三光学波导17的位于光学耦合区域15和21与第二端部2b和17b之间的部分相交形成交叉点36，以及第二光学波导3和第四光学波导20的位于光学耦合区域16和22与第二端部3b和20b之间的部分相交形成交叉点37。
在上述具体布置中，该另一配置的光学波导2和17被修改，并且具有相对于纵向轴成45°的中间直线部分38和39，中间直线部分38和39相交形成交叉点36，并且光学波导3和20被修改，并且具有相对于纵向轴成45°的中间部分40和41，中间部分40和41相交形成交叉点37。交叉点36和37关于纵向轴27对称，并且分别在纵向线29和28上。
如前述，第一端部17a和20a比第一端部2a和3a距离纵向轴27远，然而不同于前述，第二端部2b和3b比第二端部17b和20b距离纵向轴27远。
基本开关1和基本开关101以如下方式操作。
通常，当不存在用于激活四个环形谐振器9、10、13和14的电信号时，四个环23、24、25和26处在“OFF”(“关”)状态(非谐振状态)。通过四个光学波导2、3、17和20的端部中的一个端部进入的光波再次通过其另一端部出来。
而且通常，当存在激活与环形谐振器9、10、13和14中的一个环形谐振器相关联的所述集成电子部件的电信号时，对应的环处在“ON”(“开”)状态(谐振状态)。通过邻近该环的光学波导中一个光学波导的一个端部进入的光波经由该环被重定向到邻近该环的另一光学波导。
然而，要接受的是，在每个光学波导中，波仅可以沿一个方向流动，并且因此光学波导的一个端部仅构成用于接收光波的输入或者用于发送光波的输出。
因此，可以接受以下配置，以便形成具有四个输入和四个输出(4×4)的基本开关。
光学波导2、3、17和20的端部2b、3b、17a和20a构成光波输入。
光学波导2、3、17和20的端部2a、3a、17b和20b构成光波输出。
在附图中，通过对应的引入和引出箭头来用符号表示以上输入和输出。
当环形谐振器9、10、13和14中没有环形谐振器被激活时，光波可以从波导2、3、17和20的输入端部直接被路由到输出端部。
在涉及开关1的图3中所图示的操作的情况中，如果环形谐振器10被激活，那么通过光学波导17的端部17a进入的光波由该环形谐振器10转移到光学波导3，并且被路由到该光学波导3的输出端部3a。
光波可以从光学波导2的输入端部2b直接被路由到该光学波导2的输出端部2a。
另一方面，如果光波将要通过光学波导3的输入3b进入，该光波不能被路由到该光学波导3的输出3a，这是因为该输出已经被来自于光学波导17的转移波占用。
根据一个备选，光波可以从光学波导20的输入端部20a直接被路由到该光学波导20的输出端部20b。另一方面，如果光波将要通过光学波导3的输入3b进入，那么该光波不能被环形谐振器14转移到已经如此被占用的光学波导20。
根据另一备选，通过光学波导3的输入3b进入的光波可以被环形谐振器14转移到光学波导20，以被引导到光学波导20的输出20b。另一方面，如果光波将要通过光学波导20的输入20a进入，那么该光波不能被路由到已经如此被占用的光学波导20的端部20b。因此，基本开关1被称为“阻塞的”。
通过分别激活环形谐振器9、13和14，可以通过与上述情况的等同来开发其它操作情况。
以上情况以等同的方式适用于基本开关101。
在环形谐振器9、10、13和14能够以频率λ谐振的情况中，基本开关1和101能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
上面已经限定了基本开关1和101，现在将描述具有四个输入和四个输出(4×4)的基础开关，其包括“串联”连接的成对的基本开关或基本开关的对。
已规定，表述“串联”意味着：根据具体的耦合模式，一个基本开关的波导选择性地连接到另一基本开关的波导。已规定，词“选择性地”意味着：一个基本开关的波导中的任一波导可以被连接到另一基本开关的波导中的任一波导。
如图4中所图示，基础开关201包括以耦合模式“串联”连接的第一基本开关1和第二基本开关1，以使第一基本开关(在图4中的左侧)的第二端部2b、3b、17b和20b被连接到第二基本开关(在图4中的右侧)的第一端部2a、3a、17a和20a。
因此，两个基本开关1的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20分别“串联”连接。
图5图示集成在光电子芯片中的光子互连网络，其包括光电子设备D1、D2、D3和D4，光电子设备D1、D2、D3和D4分别具有经由基础开关201选择性地连接的光学波输入端口P1e、P2e、P3e和P4e以及输出端口P1s、P2s、P3s和P4s。
例如，如图4中所图示，一方面(在图4中的左侧)，第一基本开关1的波导的第一外部端部2a、3a、17a和20a分别连接到端口P3e、P4e、P1s和P2s，并且另一方面(在图4中的右侧)，第二基本开关1的波导的第二外部端部2b、3b、17b和20b分别连接到端口P3s、P4s、P2e和P1e。
在给定的时刻，设备D1到设备D4中的每个设备可以接收仅仅来自于除其自身之外的一个单个设备的光波，这被视为操作条件。
进入基本开关1中的一个基本开关的光波可以被转移仅仅用于离开该基本开关1，这也被视为操作条件。
然后，下面作为示例参照图6A到图6D所描述的流动模式或光学路径可以通过选择性地激活基础开关201的基本开关1的谐振器9、10、13和14来实现。
如图6A中所图示，基本开关1的谐振器9、10、13和14未被激活。
然后，经由基本开关1的分别“串联”的第三波导17和第四波导20，从输出端口P1s和P2s出现的光波被直接路由到输入端口P2e和P1e，并且经由基本开关1的分别“串联”的第一波导2和第二波导3，从输出端口P3s和P4s出现的光波被直接路由到输入端口P4e和P3e。
如图6B中所图示，第一基本开关1和第二基本开关1的谐振器9和10被激活。
然后，从端口P1s出现的光波经由第一开关1的谐振器10被转移到端口P4e，从端口P2s出现的光波经由第一基本开关1的谐振器9被转移到端口P3e，从端口P3s出现的光波经由第二基本开关1的谐振器9被转移到端口P1e，并且从端口P4s出现的光波经由第二基本开关1的谐振器10被转移到端口P2e。
如图6C中所图示，第一基本开关1的谐振器14和第二基本开关1的谐振器9被激活。
然后，从端口P1s出现的光波被直接路由到端口P2e，从端口P4s出现的光波被直接路由到端口P3e，从端口P2s出现的光波经由第一基本开关1的谐振器14被转移到端口P4e，并且从端口P3s出现的光波经由第二基本开关1的谐振器9被转移到端口P1e。
如图6D中所图示，第一基本开关1的谐振器10和第二基本开关1的谐振器13被激活。
然后，从端口P2s出现的光波被直接路由到端口P1e，从端口P4s出现的光波被直接路由到端口P3e，从端口P1s出现的光波经由第一基本开关1的谐振器10被转移到端口P4e，并且从端口P3s出现的光波经由第二基本开关1的谐振器13被转移到端口P2e。
可以设想其它流动模式或光学路径。
从上述得出，在遵守前述条件的情况下，由于通过简单地遵守如下事实：设备可以一次仅接收(分别发送)源自(分别指向)一个单个其它设备的信号，任何设备101至104就可以自由地将信息传输到任何其它设备，因此设备D1至设备D4可以经由基础开关201选择性地交换光学波而不会阻塞。因此基础开关201被称作“非阻塞的”。
在基本开关1的环形谐振器能够以频率λ谐振的情况中，基础开关201能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
如图7中所图示，基础开关301包括以耦合模式头尾“串联”连接的两个基本开关101，以使基本开关101中的一个基本开关101的第二端部2b、3b、17b和20b被连接到另一基本开关101的第二端部2b、3b、17b和20b。
因此，两个基本开关101的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20分别“串联”连接，从而构成具有四个输入和四个输出(4×4)的基础开关。
事实上，基础开关301与基础开关201的不同仅在于交叉点36和37的存在。
前面作为示例参照图6A到图6D所描述的流动模式或光学路径直接适用于基础开关301。
在基本开关101的环形谐振器能够以频率λ谐振的情况中，基础开关301能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
如图8中所图示，基础开关401包括以耦合模式“串联”连接的两个基本开关101，以使基本开关中的一个基本开关的光学波导2、3、17和20的第二端部2b、3b、17b和20b被连接到另一基本开关的光学波导2、3、17和20的第一端部2a、3a、17a和20a。
因此，基本开关101中的一个基本开关的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20分别连接到另一基本开关101的第三光学波导17、第四光学波导20、第二光学波导3和第一光学波导2。
例如，一方面(在图8中的左侧)，第一基本开关101的波导的第一外部端部2a、3a、17a和20a分别连接到端口P3e、P4e、P1s和P2s，并且另一方面(在图8中的右侧)，第二基本开关101的波导的第二外部端部2b、3b、17b和20b分别连接到端口P1e、P2e、P4s和P3s。
在遵守与那些前述操作条件等同的操作条件的情况下，通过选择性地激活基础开关401的两个基本开关101中的谐振器9、10、13和14，可以实现流动模式或光学路径，以使设备D1至设备D4可以经由基础开关401选择性地交换光波而不会阻塞。基础开关401也是“非阻塞的”。
在基本开关101的环形谐振器能够以频率λ谐振的情况中，基础开关401能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
如图9中所图示，基础开关501包括以耦合模式“串联”连接的两个基本开关(即，基本开关1(在图9中的左侧)和基本开关101(在图9中的右侧))，以使基本开关1的光学波导2、3、17和20的第二端部2b、3b、17b和20b分别连接到基本开关101的光学波导3、2、17和20的第一端部3a、2a、17a和20a。
因此，基本开关101的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20与基本开关1的第二光学波导、第一光学波导、第三光学波导和第四光学波导“串联”。
例如，一方面(在图9中的左侧)，第一基本开关1的波导的第一外部端部2a、3a、17a和20a分别连接到端口P3e、P4e、P1s和P2s，并且另一方面(在图9中的右侧)，第二基本开关101的波导的第二外部端部2b、3b、17b和20b分别连接到端口P3s、P4s、P2e和P1e。
在遵守与那些前述操作条件等同的操作条件的情况下，通过选择性地激活基础开关501的两个基本开关1和101的谐振器9、10、13和14，可以实现流动模式或光学路径，以使设备D1至设备D4可以经由基础开关501选择性地交换光波而不会阻塞。基础开关501也是“非阻塞的”。
在基本开关1和101的环形谐振器能够以频率λ谐振的情况中，基础开关501能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
如图10中所图示，基础开关601包括以耦合模式“串联”连接的两个基本开关(即，基本开关1(在图10中的右侧)和基本开关101(在图10中的左侧))，以使基本开关101的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20的第二端部2b、3b、17b和20b分别连接到基本开关1的第一端部17a、20a、3a和2a。
因此，基本开关101的第一光学波导2、第二光学波导3、第三光学波导17和第四光学波导20与基本开关1的第三光学波导17、第四光学波导20、第二光学波导3和第一光学波导2“串联”连接。
例如，一方面(在图10中的左侧)，基本开关101的波导的第一外部端部2a、3a、17a和20a分别连接到端口P3e、P4e、P1s和P2s，并且另一方面(在图10中的右侧)，第二基本开关1的波导的第二外部端部2b、3b、17b和20b分别连接到端口P1e、P2e、P4s和P3s。
在遵守与那些前述操作条件等同的操作条件的情况下，通过选择性地激活基础开关601的两个基本开关1和101的谐振器9、10、13和14，可以实现流动模式或光学路径，以使设备D1至设备D4可以经由基础开关601选择性地交换光波而不会阻塞。基础开关601也是“非阻塞的”。
在环形谐振器能够以频率λ谐振的情况中，基础开关601能够引导或重定向在该频率下建立的光波。
上文已经限定了基础开关，现在将描述复杂开关，复杂开关包括由成对的基本开关或基本开关的对所形成的基础开关。
如图11中所图示，复杂开关1001包括偶数个基本开关101(诸如参照图1所描述的)，复杂开关1001具有四个输入和四个输出(4×4)，四个输入和四个输出可以分别连接到设备D1至设备D4，偶数个基本开关101如前面参照图8所描述的一个接一个地“串联”连接。
例如，基本开关101被组装在“串联”的两个组1002A和1002B中，两个组1002A和1002B各自包括基本开关101，基本开关101在每个组中由参考标号101(λ1)…101(λi)…具体标识，基本开关101(λ1)相邻。每个组可以包括奇数个或偶数个基本开关101。
因此，每个组可以包括“串联”的一个基本开关101(λ1)和一个基本开关101(λi)、一个基本开关101(λ1)和两个基本开关101(λi)与101(λk)、一个基本开关101(λ1)和三个基本开关101(λi)、101(λk)与101(λ,l)等。
有利地，基本开关101(λ1)、101(λi)分别使得它们相应的谐振器9、10、13和14能够转移分别具有不同频率λ1、λi的光波。
因此，每对基本开关101(λ1)、101(λi)以具体与先前参照图8所描述的基础开关401的成对的基本开关101等同的方式运行，每对基本开关101(λ1)、101(λi)中的一个基本开关来自组1002A，并且另一基本开关来自组1002B。
考虑到每对基本开关101(λ1)、101(λi)是“非阻塞的”，复杂开关1001是“非阻塞的”。
因此，包括频率λ1、λi的引入光波通过分别由成对的基本开关101(λ1)和101(λi)构成的基础开关来分别引导或重定向。
在频率λ1下的光波由基本开关101(λ1)的对来引导或重定向，并且在不被重定向的情况下穿过其它基本开关。
在频率λi下的光波由基本开关101(λi)的对来引导或重定向，并且在不被重定向的情况下穿过其它基本开关。
从上述得出，在包括两个频率的光波应该被重定向的情况下，复杂开关1001包括四个基本开关101，从而形成两对基础开关401，两对基础开关分别分配给两个频率。
在包括三个频率的光波应该被重定向的情况下，复杂开关1001包括六个基本开关101，从而形成三对基础开关401，三对基础开关分别分配给三个频率。
更一般地，在包括m个频率的光波应该被重定向的情况下，复杂开关1001包括两倍的m个基本开关101，从而形成m对基础开关401，m对基础开关分别分配给m个频率。
根据变型实施例，形成复杂开关1001的基本开关101可以以不同的方式相互链接，基本开关101分别成对地分配给频率为λ1和λi的光波。
如图12中所图示，具有四个输入和四个输出(4×4)的复杂开关2001包括(例如，根据以下配置)“串联”连接的偶数个基本开关，四个输入和四个输出可以分别连接到设备D1至设备D4。
例如，基本开关被组装在“串联”的两个组2002A和2002B中。每个组可以包括奇数个或偶数个基本开关。
更具体地，每个组2002A包括至少两个基本开关101，至少两个基本开关101依据先前参照图8所描述的基础开关401被“串联”连接。
组2002A的基本开关101和组2002B的基本开关被头尾布置，以使相邻的基本开关101依据参照图7所描述的基础开关301被连接，相邻的基本开关101中的一个基本开关来自组2002A，并且另一基本开关来自组2002B。然而，根据一个变型实施例，基本开关101可以依据参照图4所描述的基础开关201被连接。
有利地，组2002A的基本开关101和组2002B的基本开关分别使得它们相应的谐振器9、10、13和14能够转移分别具有不同频率的光波。
从而构成成对的基本开关或基本开关的对，从而形成分别经受不同频率λ1、λi的基础开关。
以与参照图11所描述的示例等同的方式，构成基础开关的每对基本开关或基本开关的每个对能够引导和重定向在向其分配的频率下建立的光学波，而这些光学波直接穿过其它基本开关。
根据一个变型实施例，组2002A的基本开关101和组2002B的基本开关101可以反向连接。
通过将基本开关成行放置，已经描述并且在附图中表示了基础开关和复杂开关。然而，出于芯片布局的需要，基本开关可以是不对齐的，以便例如形成线圈。
从前述显而易见，所描述的基础开关和所描述的复杂开关是非阻塞的，而它们包含非常简单的基本的但是阻塞的开关。由此，减少了光学波导的交叉点的数目以及谐振器的数目，从而减少了损耗和串扰。

Claims (12)

1.一种集成在光电子芯片中的光子互连基本开关，包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，所述基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部。
2.根据权利要求1所述的基本开关，其中所述第三光学波导不与所述第一光学波导、所述第二光学波导和所述第四光学波导中的任何一个光学波导相交，并且其中所述第四光学波导不与所述第一光学波导、所述第二光学波导和所述第三光学波导中的任何光学波导相交。
3.根据权利要求1所述的基本开关，其中所述第一光学波导与所述第三光学波导相交，并且其中所述第二光学波导与所述第四光学波导相交，分别在它们的第二端部和所述第二环形谐振器之间相交，以形成第二交叉点和第三交叉点。
4.根据权利要求1所述的基本开关，进一步包括对称轴，在所述第一光学波导和所述第二光学波导之间的位置处，所述第一交叉点位于所述对称轴上，并且其中所述第一环形谐振器和所述第二环形谐振器分别位于所述对称轴的每一侧上。
5.根据权利要求1所述的基本开关，其中所述第三光学波导和所述第四光学波导的所述第一端部以及所述第一光学波导和所述第二光学波导的所述第二端部形成光波输入，并且其中所述第一光学波导和所述第二光学波导的所述第一端部以及所述第三光学波导和所述第四光学波导的所述第二端部形成光波输出。
6.根据权利要求1所述的基本开关，其中所述第三光学波导和所述第四光学波导的所述第一端部以及所述第一光学波导和所述第二光学波导的所述第二端部形成光波输出，并且其中所述第一光学波导和所述第二光学波导的所述第一端部以及所述第三光学波导和所述第四光学波导的所述第二端部形成光波输入。
7.一种集成在光电子芯片中的光子互连基础开关，包括：
第一基本开关和第二基本开关，其中所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部；以及
其中所述第一基本开关的线性光学波导被连接到所述第二基本开关的线性光学波导。
8.根据权利要求7所述的光子互连基础开关，其中所述第一基本开关和所述第二基本开关的光子重定向环形谐振器被配置为在相同频率下谐振。
9.一种集成在光电子芯片中的光子互连复杂开关，包括：
偶数个基本开关；
其中每个基本开关包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，每个基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二线光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部；以及
其中所述基本开关中的相邻的基本开关的线性光学波导选择性地串联连接；并且
其中所述基本开关的光子重定向环形谐振器成对地经受不同频率。
10.一种集成在光电子芯片中的光子互连复杂开关，包括：
多个基础开关；
其中每个基础开关包括：
第一基本开关和第二基本开关，其中所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部；以及
其中所述第一基本开关的线性光学波导被连接到所述第二基本开关的线性光学波导；以及
其中相邻的所述基本开关的线性光学波导选择性地串联连接；以及
其中所述基础开关的光子重定向环形谐振器经受不同频率。
11.一种集成在光电子芯片中的光子互连网络，包括：
多个光电子设备，具有波导输入端口和波导输出端口；以及
基础开关，用于互连所述波导输入端口和所述波导输出端口；
其中所述基础开关包括：
第一基本开关和第二基本开关，其中所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，所述第一基本开关和所述第二基本开关中的每个基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部；以及
其中所述第一基本开关的线性光学波导被连接到所述第二基本开关的线性光学波导。
12.一种集成在光电子芯片中的光子互连网络，包括：
多个光电子设备，具有波导输入端口和波导输出端口；以及
复杂开关，用于互连所述波导输入端口和所述波导输出端口；
其中所述复杂开关包括：
偶数个基本开关；
其中每个基本开关包括：
第一线性光学波导和第二线性光学波导，所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导相交形成第一交叉点，并且所述第一线性光学波导和所述第二线性光学波导各自分别具有第一外部光学耦合端部和第二外部光学耦合端部，以使所述第一线性光学波导和所述第二线性波导各自具有在所述交叉点和所述第一端部之间的第一分支，并且各自具有在所述第一交叉点和所述第二端部之间的第二分支；其特征在于，每个基本开关还包括：
两个第一光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第一分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第一分支在所述两个第一光子重定向环形谐振器之间穿过，
两个第二光子重定向环形谐振器，分别包括单个环，在所述第二分支的局部光学耦合区域中分别被耦合到所述第一线性光学波导和所述第二光学波导，其中所述第二分支在所述两个第二光子重定向环形谐振器之间穿过，
第三线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的一个第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的一个第二光子重定向环形谐振器，所述一个第一光子重定向环形谐振器和所述一个第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第二光学波导的所述第一分支和所述第一光学波导的所述第二分支的相同侧，以及
第四线性光学波导，在局部光学耦合区域中被耦合到所述两个第一光子重定向环形谐振器中的另一第一光子重定向环形谐振器，并且被耦合到所述两个第二光子重定向环形谐振器中的另一第二光子重定向环形谐振器，所述另一第一光子重定向环形谐振器和所述另一第二光子重定向环形谐振器位于相对于所述第一光学波导的所述第一分支和所述第二光学波导的所述第二分支的相同侧；
其中所述第三线性光学波导和所述第四光学波导各自具有在所述两个第一光子重定向环形谐振器这侧的第一端部以及在所述两个第二光子重定向环形谐振器这侧的第二端部；以及
其中所述基本开关中的相邻的基本开关的线性光学波导选择性地串联连接；并且
其中所述基本开关的光子重定向环形谐振器成对地经受不同频率。
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