CN114647034B - 光开关、光网络和光芯片 - Google Patents

光开关、光网络和光芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN114647034B
CN114647034B CN202011513522.3A CN202011513522A CN114647034B CN 114647034 B CN114647034 B CN 114647034B CN 202011513522 A CN202011513522 A CN 202011513522A CN 114647034 B CN114647034 B CN 114647034B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
ports
basic
optical switch
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011513522.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114647034A (zh
Inventor
崔乃迪
欧阳伯灵
梁宇鑫
冯俊波
郭进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
United Microelectronics Center Co Ltd
Original Assignee
United Microelectronics Center Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Microelectronics Center Co Ltd filed Critical United Microelectronics Center Co Ltd
Priority to CN202011513522.3A priority Critical patent/CN114647034B/zh
Priority to PCT/CN2021/082183 priority patent/WO2022126889A1/zh
Publication of CN114647034A publication Critical patent/CN114647034A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114647034B publication Critical patent/CN114647034B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一种光开关、光网络和光芯片。光开关包括第一基本光开关、第二基本光开关和四个端口。第一基本光开关和第二基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口。四个端口包括第一基本光开关的两个第一端口中的一个、第一基本光开关的两个第二端口中的一个、以及第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中的两个选定端口。两个选定端口是第二基本光开关的两个第一端口或第二基本光开关的两个第二端口。第一基本光开关和第二基本光开关被配置使得将输入四个端口中的任一个的光信号递送至四个端口中的其他端口中的一个或多个。

Description

光开关、光网络和光芯片
技术领域
本公开涉及光子集成领域，特别是涉及一种光开关、光网络和光芯片。
背景技术
光子集成产业目前处于大规模集成的起步阶段，同集成电路产业发展历程一样，光子集成领域迫切需要一种可以推动光子集成产业快速发展的可编程光芯片产品。可编程光芯片在光通信、光子人工智能、微波光子、光量子计算、光传感等领域都有着大量潜在应用。与目前主流的开发定制化光器件相比，可编程光芯片可大幅减少设计周期并快速投入使用，这将提高设计研发效率、提高装备开发以及生产效率。
在相关技术中，基于电子集成芯片的发展思路，已经开展了可编程光器件及光网络的研究并提出了一些基本架构。其中一些基本架构能够在单个网络晶格内部通过光开关实现环形路径传输光信号；另一些能够利用复杂构型实现环路和直通等操作。然而，在光子集成领域开发新型光开关以及新型的光网络构型还有很大的提高空间。
发明内容
提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。
根据本公开的一方面，提供了一种光开关，包括第一基本光开关、第二基本光开关和四个端口。第一基本光开关和第二基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口。四个端口包括第一基本光开关的两个第一端口中的一个、第一基本光开关的两个第二端口中的一个、以及第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中的两个选定端口。两个选定端口是第二基本光开关的两个第一端口或第二基本光开关的两个第二端口。第一基本光开关和第二基本光开关被配置使得将输入四个端口中的任一个的光信号递送至四个端口中的其他端口中的一个或多个。
根据本公开的另一方面，提供了一种光网络，包括多个光开关和多条波导。每个光开关包括一个本公开的光开关的实施例。多个光开关之间通过多条波导连接。
根据本公开的另一方面，提供了一种光芯片，包括如上所述的光网络和多个端口，所述多个端口连接到所述光网络以使得光信号能够通过所述多个端口进入或离开所述光网络。
根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。
附图说明
在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
图1A-1C是相关技术中的光开关和光网络的示意图；
图2是根据本公开示例性实施例的光开关的结构的示意性视图；
图3A-3C是根据本公开示例性实施例的光开关的结构及光信号在其中传输路线的示意性视图；
图4是根据本公开示例性实施例的光网络的结构的示意性视图；
图5是根据本公开示例性实施例的光网络的结构及光信号在其中传输路线的示意性视图；
图6是根据本公开示例性实施例的光芯片的示意图。
具体实施方式
将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。
诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…之上和在…之下的取向两者。诸如“在…之前”或“在…前”和“在…之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。
将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在…上”或“直接在…上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。
本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。
除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。
如本文使用的，术语“衬底”可以表示经切割的晶圆的衬底，或者可以指示未经切割的晶圆的衬底。类似地，术语芯片和裸片(die)可以互换使用，除非这种互换会引起冲突。应当理解，术语“层”包括薄膜，除非另有说明，否则不应当解释为指示垂直或水平厚度。
在相关技术中，已经提出了一些可编程光器件及光网络的基本架构。其中，方格网络型架构以及蜂窝型架构由于强大的可编程特性，是现阶段应用比较广泛的结构类型。
图1A-1C是相关技术中的光开关和光网络的示意图。参照图1A，示出了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光开关100A的基本结构。MZI型光开关100A包括用于输入或输出光信号110的四个端口120、130、140和150、两个定向耦合器160以及一对电极170。对于输入到端口120或130的光信号110，经过定向耦合器160以及加在电极170上的控制电压，可以递送到端口140和端口150中的一个或两个。然而，MZI型光开关100A无法将输入到端口120的光信号110递送到端口130，反之亦然。
光开关100A’是MZI型光开关100A的简化图，其相似的附图标记表示与100A相似的元件。同样地，光开关100A’具有单向导通特性，即，输入到端口120的光信号仅能递送到端口140和端口150中一个或两个，而无法递送到端口130。
图1B是相关技术中方格型光网络100B的结构示意图，其相似的附图标记表示与图1A中相似的元件。如图1B所示，方格型光网络100B包括光开关100A’、波导180和波导190。光网络100B能够实现单个方格内部的环形传输光信号。然而，由于光开关100A’的单向导通特性，光网络100B无法实现方格与方格之间的横向传输。当光信号110传输到光网络100B中与波导180连接的一个光开关100A’的一个端口，光开关100A’仅能将光信号110递送到另一端的两个端口，而无法递送到与波导190连接的端口。因此，光信号110在方格型光网络100B中无法实现横向传输。
图1C是相关技术中蜂窝形光网络100C的结构示意图，其相似的附图标记表示与图1A和图1B中相似的元件。如图1C所示，蜂窝形光网络100C可以实现光信号在环路以及直通上的传输。然而该构型结构复杂，所需的光开关100A’数量较多。因此蜂窝形光网络的功耗和器件损耗难以控制，并且逻辑控制难度也增大。
图2是根据本公开示例性实施例的光开关200的结构的示意性视图。如图2所示，光开关200可以包括第一基本光开关220、第二基本光开关230以及四个端口202、204、206和208。第一基本光开关220可以包括两个第一端口222和224以及两个第二端口226和228。第二基本光开关230可以包括两个第一端口232和234以及两个第二端口236和238。
光开关200的四个端口202、204、206和208可以包括第一基本光开关220的两个第一端口222和224中的一个、第一基本光开关220的两个第二端口226和228中的一个、以及第二基本光开关230的两个第一端口232和234与两个第二端口236和238中的两个选定端口。该两个选定端口可以是第二基本光开关230的两个第一端口232和234或第二基本光开关230的两个第二端口236和238。
示例性地，光开关200的四个端口202、204、206和208可以分别是端口222、端口236、端口226和端口238。应当理解的是，光开关200的四个端口202、204、206和208还可以是第一基本光开关220的端口和第二基本光开关230的端口的其他组合，在此不再赘述。
第一基本光开关220和第二基本光开关230可以被配置为使得将输入到光开关200的四个端口202、204、206和208中的任一个的光信号210递送至四个端口202、204、206和208中的其他端口中的一个或多个。
在本公开一些示例性实施例中，光信号210从端口202输入到第一基本光开关220。第一基本光开关220可以操作以将光信号210递送至端口226，从而实现由光开关200的端口206输出。可选地，第一基本光开关220还可以操作以将光信号210递送至第二基本光开关230。第二基本光开关230可以操作以将光信号210递送至端口236和238中一个或两个，从而实现由光开关200的端口204和208中一个或两个输出。
在本公开一些示例性实施例中，第一基本光开关220可以是例如图1A所示的具有单向导通特性的光开关。第一基本光开关220还可以被配置为执行以下操作：将从第一基本光开关220的两个第一端口222和224中的任一个输入的光信号210递送至第一基本光开关220的两个第二端口226和228中的一个或两个，或者将从第一基本光开关220的两个第二端口226和228中的任一个输入的光信号210递送至第一基本光开关220的两个第一端口222和224中的一个或两个。第二基本光开关230还可以被配置为执行以下操作：将从第二基本光开关230的两个第一端口232和234中的任一个输入的光信号210递送至第二基本光开关230的两个第二端口236和238中的一个或两个，或者将从第二基本光开关230的两个第二端口236和238中的任一个输入的光信号210递送至第二基本光开关230的两个第一端口232和234中的一个或两个。
在本公开的一些示例性实施例中，光开关200可以进一步包括第一波导240和第二波导250。示例性地，第一基本光开关220的两个第一端口222和224中的另一个端口224与第二基本光开关230的两个第一端口232和234及两个第二端口236和238中除两个选定端口236和238之外的一个端口(即端口232和234中的一个)，可以通过第一光波导240连接。示例性地，第一基本光开关220的两个第二端口226和228中的另一个端口228与第二基本光开关230的两个第一端口232和234及两个第二端口236和238中除两个选定端口236和238之外的另一个端口(即端口232和234中的另一个)，可以通过第二光波导250连接。
在图2的示例中，端口224与端口232通过第一光波导240连接，并且端口228与端口234通过第二光波导250连接。
综上所述，光开关200可以是包括具有单向导通特性的第一光开关220和第二光开关230。光信号210可以从光开关200的端口202输入到第一光开关220。第一光开关220可以将光信号210递送至端口226和端口228中的一个或两个，从而实现光开关200的端口206的输出。此外，由于端口228与端口234相连，被递送至端口228的光信号210可以经由端口234输入到第二光开关230。第二光开关230能够将输入到端口234的光信号210递送至端口236和端口238中的一个或两个，从而由此实现光开关200的其他两个端口204和208的输出。因此，根据本公开示例性实施例的光开关可以实现四个端口中的任意两个端口的导通，从而解决在具有单向导通性的光开关中光信号无法在任意两个端口中导通的问题。
图3A-3C是根据本公开示例性实施例的光开关300的结构及光信号310在其中的传输路径的示意性视图。根据本公开的一些示例性实施例，第一基本光开关和第二基本光开关中的每一个可以是马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光开关或机械式光开关。如图3A所示，光开关300包括MZI型第一基本光开关320和MZI型第二基本光开关330。第一基本光开关320可以包括四个端口322、324、326和328。第二基本光开关330可以包括四个端口332、334、336和338。其中端口322、336、326和338分别可以对应光开关300的端口302、304、306和308。
图3A示出了根据本公开的实施例的光开关300中，光信号310首先输入到第一基本光开关320时的传输路径。如图3A所示，光信号310由第一基本光开关320的一个端口302输入，第一基本光开关320可以将光信号310递送至端口306作为输出。第一基本光开关320还可以将光信号310递送至端口328，并递送至第二基本光开关330的端口334。第二基本光开关330进而可以将光信号310递送至端口304和308作为输出。
示例性地，光信号310的一部分可以递送至端口306输出。同时，光信号310的另一部分可以递送至端口328，并且经由第二基本光开关330，可以从端口304和308中的一个或两个端口输出。
图3B示出了根据如图3A同一示例性实施例的光开关300中，光信号310首先输入到第二基本光开关330时的传输路径。图3B中相似的附图标记表示与图3A中相似的元件，在此不再赘述。如图3B所示，光信号310由第二基本光开关330的一个端口308输入。第二基本光开关330可以将光信号310递送至端口332或334中的一个或两个。示例性地，光信号310被递送至端口334，从而经由端口328输入到第一基本光开关320。第一基本光开关320可以将光信号310递送至端口302作为输出。第一基本光开关320还可以将光信号310递送至端口324，从而经由端口332输入到第二基本光开关330。经由第二基本光开关330递送，光信号310可以从端口304输出。
示例性地，光信号310的一部分可以递送至端口302输出，同时，光信号310的另一部分可以递送至端口324，并且经由第二基本光开关330，从端口304输出。即，光信号310可以从端口302和端口304中的一个或两个输出。
图3C示出了根据如图3A同一示例性实施例的光开关300中，光信号310首先输入到第二基本光开关330时的另一传输路径。图3C中相似的附图标记表示与图3A和图3B中相似的元件，在此不再赘述。与图3B不同的是，如图3C所示，第二基本光开关330将光信号310递送至端口332，从而经由端口324输入到第一基本光开关320。第一基本光开关320可以将光信号310递送至端口306作为输出。
示例性地，光信号310的一部分可以递送至端口306输出。同时，光信号310的另一部分可以递送至端口328，并且经由第二基本光开关330，从端口304输出。即，光信号310可以从端口306和端口304中的一个或两个输出。
综上所述，图3A中从第一基本光开关320的端口输入的光信号310可以实现从光开关300的其他所有端口输出。此外，结合图3B和图3C所示的光信号传输方式，可以实现从第二基本光开关330的端口输入的光信号从光开关300的其他所有端口输出。因此，即使基本光开关为如相关技术中具有单向导通特性的MZI型光开关，本公开的光开关实施例也能够实现其四个端口中的任意两个端口的导通。
图4是根据本公开示例性实施例的光网络400的结构的示意性视图。如图4所示，光网络400包括多个光开关420和多条波导。光开关420可以是本公开中描述的光开关的各种示例性实施例。光信号410输入到光网络400，经由光开关420可以实现传输到光网络400的任意端口。
图5是根据本公开示例性实施例的光网络500的结构的示意性视图。如图5所示，光网络500可以包括过个第三基本光开关530和多个光开关520。多个第三基本光开关530中的每一个均可以包括两个第一端口和两个第二端口，并且多个第三基本光开关530可以通过多条波导与多个光开关520中的一部分连接。
在本公开的一些示例性实施例中，多个第三基本光开关530的每一个可以被配置为执行以下操作：将从第三基本光开关530的两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至第三基本光开关530的两个第二端口中的一个或两个，或者将从第三基本光开关530的两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至第三基本光开关530的两个第一端口中的一个或两个。
在本公开的一些示例性实施例中，多个第三基本光开关530可以被布置在光网络500的最外围并且包围多个光开关520。
在本公开的一些示例性实施例中，光网络500可以为方格型网络。方格型网络包括多个方格单元540，并且多个方格单元中的每一个的四条边上包括多个光开关520中的一个或多个第三基本光开关530中的一个。
在本公开的一些示例性实施例中，多个方格单元540中的每个方格单元可以包括多个光开关520中的至少两个。
在本公开的一些示例性实施例中，光信号510可以输入到光网络500中的第三基本光开关530’的一个端口532’。第三基本光开关530’可以将光信号510递送至端口534’。由于光网络500中第三基本光开关530’中的端口534’可以与光开关520’中的端口522’相连，光信号510可以经由端口522’被传输到光开关520’。在如前所述，根据本公开的示例性实施例的光开关520’可以实现其四个端口中的任意两个端口的导通。因此，光开关520’可以将从端口522’输入的光信号510递送至另一端口524’。此外，光开关520’的端口524’可以与第三基本光开关530”的端口532”连接，从而使得光信号510可以经由端口532”传输到第三基本光开关530”。
故而，在方格型光网络500中，通过引入光开关520’，可以实现光信号510从端口532’到端口532”的横向传输。这解决了传统方格型网络仅能实现环形路径，无法横向传输的问题。
此外，在光网络500中，具有单向导通特性的第三基本光开关530可以被布置在光网络500的最外围。由于最外围的基本光开关不需要向光网络500的外延方向传输光信号，因此将第三基本光开关530布置在光网络500的外围也可以实现光信号510在光网络500中的全向导通。
示例性地，如图5所示的光网络500构型一共包括9个方格单元540、12个第三基本光开关530和12个光开关520。由于光开关520包括第一基本光开关和第二基本光开关，因此每个光开关520可以等效于包括两个基本光开关。从而图5所示的光网络500可以等效于包括9个方格单元和(12+12×2)＝36个基本光开关。与之相比，相关技术中如图1C所示的蜂窝型光网络100C同样具有9个蜂窝单元，但是它一共需要38个基本光开关。因此本公开的光网络实施例500使用了较少的基本光开关实现光网络的全向导通。
综上所述，本公开的光网络的实施例在实现光网络全向导通的同时，相比于传统蜂窝型网络，所需的基本光开关的数量更少，从而在降低功耗、器件损耗以及逻辑控制难度方面更具有优势。
图6是根据本公开示例性实施例的光芯片600的示意图。如图6所示，光芯片600(例如，光现场可编程门阵列(FPGA))可以包括光网络620。光网络620可以是如图5所示或如本公开所描述的光网络的实施例中的一个，在此不再赘述。
光芯片600还可以包括多个端口630。多个端口630连接到光网络620，使得光信号610能够通过多个端口630进入或离开光网络620。
根据本公开的示例性实施例，光芯片600还可以包括至少一个电光转换器640a。该至少一个电光转换器640a可以用于将从外部设备650接收的电信号660通过电光转换转换成光信号610，并发送经电光转换得到的光信号610到多个端口630中的至少一个端口。此外，光芯片600还可以包括至少一个光电转换器640b。该至少一个光电转换器640b可以用于将从多个端口630中的至少一个端口接收的光信号610通过光电转换转换成电信号660，并发送经光电转换得到的电信号660到外部设备650。
将理解的是，图6中示出的电光转换器640a和光电转换器640b的数目是示例性的，在其他实施例中，光芯片600可以包括更多或更少的电光转换器640a和光电转换器640b。
示例性地，多个端口630可以是光网络620中的任意光开关的输入输出端口。
示例性地，外部设备650可以是射频高速电子器件。
综上所述，光芯片600包括如本公开实施例所描述的光网络620的结构，由于光网络620内部有丰富的光开关单元并且可以实现光信号在其中的全向导通，因此保证了光芯片600具有丰富的输入输出端口，在设计上有大量冗余，稳定性更高。同时，光网络620还具有相对较少的光开关单元，从而降低了光芯片600的功耗和器件损耗。
虽然在附图和和前面的描述中已经详细地说明和描述了本公开，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性的和示意性的，而非限制性的；本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附的权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，能够理解和实现对于所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除未列出的其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个，并且术语“多个”是指两个或两个以上。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表明这些措施的组合不能用来获益。
方面1.一种光开光，包括：
第一基本光开关和第二基本光开关，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口；以及
四个端口，所述四个端口包括所述第一基本光开关的两个第一端口中的一个、所述第一基本光开关的两个第二端口中的一个、以及所述第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中的两个选定端口，所述两个选定端口选自以下各项所组成的组：
所述第二基本光开关的所述两个第一端口，和
所述第二基本光开关的所述两个第二端口，
其中，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关被配置使得将输入所述四个端口中的任一个的光信号递送至所述四个端口中的其他端口中的一个或多个。
方面2.如方面1所述的光开关，
其中，所述第一基本光开关被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第一基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第一基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，和
将从所述第一基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第一基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个，
其中，所述第二基本光开关被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第二基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第二基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，和
将从所述第二基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第二基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个。
方面3.如方面2所述的光开关，进一步包括：
第一光波导；和
第二光波导，
其中，所述第一基本光开关的两个第一端口中的另一个与所述第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中除所述两个选定端口之外的一个端口通过所述第一光波导连接，
其中，所述第一基本光开关的两个第二端口中的另一个与所述第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中除所述两个选定端口之外的另一个端口通过所述第二光波导连接。
方面4.如方面3所述的光开关，其中，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关中的每一个包括从以下各项所组成的组中选择的一项：
马赫-曾德尔干涉仪光开关；和
机械式光开关。
方面5.一种光网络，包括：
多个光开关，每个光开关包括如方面1至4中的任一个所述的光开关；以及
多条波导，
其中，所述多个光开关之间通过所述多条波导连接。
方面6.如方面5所述的光网络，进一步包括：
多个第三基本光开关，其中，所述多个第三基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口，并且
所述多个第三基本光开关通过所述多条波导与所述多个光开关中的一部分光开关连接。
方面7.如方面6所述的光网络，其中，所述多个第三基本光开关中的每一个被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第三基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第三基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，和
将从所述第三基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第三基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个。
方面8.如方面7所述的光网络，其中，所述多个第三基本光开关被布置在所述光网络的最外围并且包围所述多个光开关。
方面9.如方面8所述的光网络，
其中，所述光网络为方格型网络，所述方格型网络包括多个方格单元，并且
其中，所述多个方格单元中的每一个的四条边上包括所述多个光开关中的一个或所述多个第三基本光开关中的一个。
方面10.如方面9所述的光网络，其中，所述多个方格单元中的每个方格单元包括所述多个光开关中的至少两个。
方面11.一种光芯片，包括：
如方面5至10中任一项所述的光网络；和
多个端口，所述多个端口连接到所述光网络以使得光信号能够通过所述多个端口进入或离开所述光网络。
方面12.如方面11所述的光芯片，进一步包括：
至少一个电光转换器，被配置为将从外部设备接收的电信号通过电光转换转换成光信号，并发送经电光转换得到的光信号到所述多个端口中的至少一个端口；和
至少一个光电转换器，被配置为将从所述多个端口中的至少一个端口接收的光信号通过光电转换转换成电信号，并发送经光电转换得到的电信号到所述外部设备。

Claims (8)

1.一种光网络，包括：
多个光开关，每个所述光开关包括：
第一基本光开关和第二基本光开关，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口，以及
四个端口，所述四个端口包括所述第一基本光开关的两个第一端口中的一个、所述第一基本光开关的两个第二端口中的一个、以及所述第二基本光开关的所述两个第一端口或者所述第二基本光开关的所述两个第二端口，
其中，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关被配置使得将输入所述四个端口中的任一个的光信号递送至所述四个端口中的其他端口中的一个或多个；
多个第三基本光开关，所述多个第三基本光开关中的每一个均包括两个第一端口和两个第二端口；以及
多条波导，所述多个第三基本光开关通过所述多条波导与所述多个光开关中的一部分光开关连接以形成多个方格单元，
其中，所述多个第三基本光开关中的每一个被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第三基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第三基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，以及
将从所述第三基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第三基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个；
其中，所述多个第三基本光开关被布置在所述光网络的最外围并且包围所述多个光开关；以及
其中，光信号在所述多个方格单元之间横向传输。
2.如权利要求1所述的光网络，
其中，所述第一基本光开关被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第一基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第一基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，和
将从所述第一基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第一基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个，
其中，所述第二基本光开关被配置为执行从以下各项组成的组中选择的操作：
将从所述第二基本光开关的所述两个第一端口中的任一个输入的光信号递送至所述第二基本光开关的所述两个第二端口中的一个或两个，和
将从所述第二基本光开关的所述两个第二端口中的任一个输入的光信号递送至所述第二基本光开关的所述两个第一端口中的一个或两个。
3.如权利要求2所述的光网络，其中，所述光开关进一步包括：
第一光波导；和
第二光波导，
其中，所述第一基本光开关的两个第一端口中的另一个与所述第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中除所述两个选定端口之外的一个端口通过所述第一光波导连接，
其中，所述第一基本光开关的两个第二端口中的另一个与所述第二基本光开关的两个第一端口和两个第二端口中除所述两个选定端口之外的另一个端口通过所述第二光波导连接。
4.如权利要求3所述的光网络，其中，所述第一基本光开关和所述第二基本光开关中的每一个包括从以下各项所组成的组中选择的一项：
马赫-曾德尔干涉仪光开关；和
机械式光开关。
5.如权利要求1所述的光网络，
其中，所述多个方格单元中的每一个的四条边上包括所述多个光开关中的一个或所述多个第三基本光开关中的一个。
6.如权利要求5所述的光网络，其中，所述多个方格单元中的每个方格单元包括所述多个光开关中的至少两个。
7.一种光芯片，包括：
如权利要求1至6中任一项所述的光网络；和
多个端口，所述多个端口连接到所述光网络以使得光信号能够通过所述多个端口进入或离开所述光网络。
8.如权利要求7所述的光芯片，进一步包括：
至少一个电光转换器，被配置为将从外部设备接收的电信号通过电光转换转换成光信号，并发送经电光转换得到的光信号到所述多个端口中的至少一个端口；和
至少一个光电转换器，被配置为将从所述多个端口中的至少一个端口接收的光信号通过光电转换转换成电信号，并发送经光电转换得到的电信号到所述外部设备。
CN202011513522.3A 2020-12-18 2020-12-18 光开关、光网络和光芯片 Active CN114647034B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011513522.3A CN114647034B (zh) 2020-12-18 2020-12-18 光开关、光网络和光芯片
PCT/CN2021/082183 WO2022126889A1 (zh) 2020-12-18 2021-03-22 光开关、光网络和光芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011513522.3A CN114647034B (zh) 2020-12-18 2020-12-18 光开关、光网络和光芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114647034A CN114647034A (zh) 2022-06-21
CN114647034B true CN114647034B (zh) 2023-03-24

Family

ID=81991400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011513522.3A Active CN114647034B (zh) 2020-12-18 2020-12-18 光开关、光网络和光芯片

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114647034B (zh)
WO (1) WO2022126889A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015148697A (ja) * 2014-02-06 2015-08-20 国立研究開発法人産業技術総合研究所 多ポート光スイッチ
CN105474657A (zh) * 2013-06-20 2016-04-06 国立研究开发法人科学技术振兴机构 光交叉连接装置
WO2020104716A1 (es) * 2018-11-19 2020-05-28 Universitat Politècnica De València Método de configuración y optimización de dispositivos fotonicos programables basados en estructuras malladas de guiaondas opticas integradas

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011203572A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology ４ポート光スイッチ
JP6031785B2 (ja) * 2012-03-19 2016-11-24 富士通株式会社 光スイッチ装置およびその制御方法
CN103345023B (zh) * 2013-07-17 2015-02-18 中国科学院半导体研究所 基于Mach-Zehnder光开关的四端口光学路由器
CN103760640B (zh) * 2014-01-15 2016-04-27 中国科学院半导体研究所 基于马赫曾德光开关的四端口胖树光学路由器
CN203965756U (zh) * 2014-06-17 2014-11-26 南京中科神光科技有限公司 2×2全光路由器及其组成的n×n全光路由器
CN106990481B (zh) * 2017-05-11 2020-01-21 中国科学院半导体研究所 2×2多模光开关及片上网络
CN107193085B (zh) * 2017-06-16 2022-07-05 中国电子科技集团公司第二十三研究所 一种可抑制串扰的n×n光开关矩阵及其信号传输方法
CN111290191B (zh) * 2020-02-19 2023-07-18 联合微电子中心有限责任公司 定向耦合器及基于氮化硅平台的光开关

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105474657A (zh) * 2013-06-20 2016-04-06 国立研究开发法人科学技术振兴机构 光交叉连接装置
JP2015148697A (ja) * 2014-02-06 2015-08-20 国立研究開発法人産業技術総合研究所 多ポート光スイッチ
WO2020104716A1 (es) * 2018-11-19 2020-05-28 Universitat Politècnica De València Método de configuración y optimización de dispositivos fotonicos programables basados en estructuras malladas de guiaondas opticas integradas

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022126889A1 (zh) 2022-06-23
CN114647034A (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105829933B (zh) 波导偏振分离和偏振转换器
CN102117820B (zh) 硅基光电异质集成方法及硅基光电异质集成芯片
CN110109268B (zh) 基于水平三波导耦合器的硅基模式选择开关
CN107608026B (zh) 基于蛇型结构的太赫兹偏振多模旋转器
CN114647034B (zh) 光开关、光网络和光芯片
CN106990481A (zh) 一种2×2多模光开关
Meng et al. Functionalizing nanophotonic structures with 2D van der Waals materials
CN113985522B (zh) 基于硅-氮化硅三维集成的微环光开关
US20090129723A1 (en) Programmable optical array
CN105445953B (zh) 基于以高阶te模为过渡模式的偏振转换器
CN103941336B (zh) 一种基于平面光波导技术的三端口路由器及其制备方法
CN104536239B (zh) 光学时钟发生器
CN204129403U (zh) 基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门
CN104503186B (zh) 高对比度光子晶体与逻辑门
CN104536234B (zh) 高对比度光子晶体“或”、“非”、“异或”逻辑门
CN101915962B (zh) 多通道微谐振腔阵列结构
WO2016095846A1 (zh) 光子晶体记忆式全光或与逻辑门
CN114995010B (zh) 一种基于相变材料的硅基三维波导模式光开关
CN114791648B (zh) 高通低滤型滤模器及其制备方法
CN114859623B (zh) 三维光开关、三维光网络和三维光芯片
CN107769783A (zh) 一种多模数模转换器
CN111326533B (zh) 一种波导集成型光电探测器及其制作方法
CN104360561A (zh) 基于垂直耦合微环激光器光学双稳态的全光异或逻辑门
CN114859623A (zh) 三维光开关、三维光网络和三维光芯片
CN104317141A (zh) 一种基于垂直耦合微环激光器结构的全光与门和或门

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant