CN116743266A - 一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法，第一光信号输入端口连接第一耦合器，第一耦合器分别与第二耦合器和第三耦合器连接；第二耦合器输出的光信号分别经第四和第五耦合器将光功率分别输出到第一与第二光功率输出端口和第三与第四光功率输出端口；第三耦合器输出的光信号分别经第六和第七耦合器将光功率分别输出到第五与第六光功率输出端口和第七与第八光功率输出端口；第二光信号输入端口与第二耦合器连接，第三光信号输入端口与第三耦合器连接；第四至第七光信号输入端口分别对应第四至第七耦合器并连接。通过对光信号输入端口的选择或组合，可为与光功率输出端口连接的调制器提供不同的光功率，且不需要重新设计芯片。
Description
技术领域
本发明属于光通信领域 ，尤其涉及一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法。
背景技术
伴随着数据流量的爆炸性增长，传统电子信息互连架构已无法满足日益增长的带宽以及能耗需求。因此，硅光子芯片应运而生。硅光芯片既具有微电子技术在低成本、大规模 CMOS 集成方面的优势，又兼具光信号在传输过程中衰减小、传输带宽高、传输速率快、抗干扰性能强、功耗低等优点。硅光技术作为后摩尔定律时代实现片上光互连最具有潜力的方案之一，在激光雷达、生化传感、量子信息处理和高性能计算等领域的应用极具潜能。
在硅光子集成电路（PIC）芯片中，通常需要来自激光源或激光二极管（LD）等光源的外部输入信号。以输入光源为LD为例，一个或多个光源经由一些输入耦合结构耦合到PIC中，并且输入光信号在使用硅/氮化硅波导的芯片上被路由到其他光信号处理器件，例如硅调制器、滤波器、光电探测器、衰减器或移相器。但是，目前应用于收发器的典型PIC中，从LD光信号到2N个调制器的路由是通过使用1个LD来驱动2N个调制器，或使用2个LD来驱动2N个调制器，或者使用2N个LD来驱动2 N个调制器，目前调制器间距都是固定值625um，难以实现多样光源条件下的调制需求。
在现实中，如对于需要较高输入光功率的长距离应用和较低光输入功率的短距离应用而言，一旦芯片设计完成，则不能既用于长距离应用也用于短距离应用，因光子芯片的布线设计已经决定了输入的光功率，而此时如果要改变布线设计已经不可能，所以现有的布线设计大大限制了光子芯片的应用，同时不利于功率节约，也会造成晶片的浪费。故急需一种可变布线设计的光子芯片结构。
发明内容
针对上述现有技术的问题，本发明提出了一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法，可以根据应用的需要将可变的光功率路由到调制器。
一方面，本发明提出一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，包括第一至第七光信号输入端口，每个光信号输入端口由激光源输入光信号；其中，第一光信号输入端口连接第一耦合器，第一耦合器分别与第二耦合器和第三耦合器连接；第二耦合器输出的光信号，经第四耦合器后将光功率分别输出到第一和第二光功率输出端口、经第五耦合器后将光功率分别输出到第三和第四光功率输出端口；第三耦合器输出的光信号，经第六耦合器后将光功率分别输出到第五和第六光功率输出端口、经第七耦合器后将光功率分别输出到第七和第八光功率输出端口；第二光信号输入端口与第二耦合器连接，第三光信号输入端口与第三耦合器连接；第四至第七光信号输入端口分别对应第四至第七耦合器，并连接；第一至第八光功率输出端口分别与调制器连接；其特征在于：通过对光信号输入端口的选择或组合，调制器可接收到不同的光功率。
优选地，第一耦合器为1×2耦合器。
更优选地，第一耦合器为1×2 多模干涉耦合器、1×2 定向耦合器或Y分支功率分配器。
优选地，第二至第七耦合器为2×2耦合器。
更优选地，第二至第七耦合器为2×2多模干涉耦合器、2×2定向耦合器或功率分配器。
优选地，第一至第七耦合器可以为非对称的。
优选地，在第四至第七耦合器上级联增加相应数量的耦合器，实现为更多个调制器提供光功率。
优选地，第二至第七耦合器可为2路输入多路输出的耦合器，或多路输入多路输出的耦合器。
优选地，第一至第七耦合器光功率输出端口间距为3um。
另一方面，本发明提出一种可配置的光子芯片光输入信号路由方法，其利用上述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统进行光功率分配；可仅使用某一光信号输入端口输入激光，或可选择组合不同的光信号输入端口输入激光，从而实现为调制器提供不同的光功率。
本发明的有益技术效果：利用本发明系统及方法，在不需要重新设计和重新加工芯片的情况下可以获得多个路由方案，并且在光路之间不需要用有源光开关器件来切换光信号，同时在保证光信号不会互相干扰的前提下，可以极大的减小集成体积。
附图说明
图1为本发明的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统一实施方式的结构图。
图2 为本发明耦合器光功率输出端口间距为3um时，光信号传输正常图像。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更详细地描述示例性实施方式。然而，本发明可以以各种不同形式体现，并且不应被解释为仅限于本文所示的实施方式，本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。相反，这些实施方式作为示例来提供，以便本发明所公开的内容是透彻而全面的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的各方面性能和特征。因此，可能不会描述本领域普通技术人员充分理解本发明的各方面特性和特征所不必要的过程、元件和技术。除非另有说明，否则在整个附图和文字描述中，类似的附图标记表示类似的元件，因此，可能不会重复其描述。此外，每个示例性实施方式内的特征或特性通常应被视为可用于其他示例性实施方式中的其他类似特征或特性。
本文使用的术语是为了描述特定实施方式使用的，而非旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一个”和“一种”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指明。
现有技术中，以光源为LD为例，对于需要较高输入光功率的长距离应用，可能需要使用多个LD或一个具有足够功率的LD来驱动调制器；而对于短距离应用，可能需要较小的输入光功率，因此可以使用较少的LD或具有较低光功率的LD来节省功率和成本。往往一种路由设计不能同时满足长距离和短距离的应用，但本发明通过设计可配置的光输入路由结构，只需要一种设计就可以覆盖所有的路由配置，并且在光路之间不需要用有源光开关器件来切换光信号。
图1示出了本发明的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统的实施例，该系统可以根据应用的需要将可变的光功率路由到调制器。
图1具体示出的是400G/800G/1.6T GB/s硅光子收发器中LD功率分配的可配置布线系统。如图1所示，该系统有a、b、c三类光信号输入端口，包括1个光信号输入端口a，2个光信号输入端口b和4个光信号输入端口c，每个光信号输入端口各连接一个LD（未示出），LD通过各光信号端口输入光功率。光信号输入端口a连接一1×2耦合器9，1×2耦合器9与两个2×2耦合器10和11连接进行功率分配，2×2耦合器10和11分别通过两个2×2耦合器12和13以及14和15进行功率分配。2×2耦合器12连接到光功率输出端口1和2，2×2耦合器13连接到光功率输出端口3和4，2×2耦合器14连接到光功率输出端口5和6，2×2耦合器15连接到光功率输出端口7和8。光功率输出端口1-8分别与8个调制器(未示出)连接。2个光信号输入端口b分别与2×2耦合器10和11连接，2个光信号输入端口c分别与2×2耦合器12-15连接。
在该实施方式中，1×2耦合器可以使用1×2 多模干涉（MMI）耦合器、1×2 定向耦合器（DC）或Y分支功率分配器。2×2耦合器可以使用多模干涉（MMI）耦合器或2×2定向耦合器（DC）或功率分配器。
在图1示出的本发明的实施方式中，可以实现的不同输入路由为：
当仅使用输入端口a输入光信号时，单个激光二极管驱动8个调制器，并且每个调制器接收的光功率为输入光功率的1/8，即Pin/8；
当仅使用输入端口b输入光信号时，因为有两个输入端口b，每个输入端口b配置一个激光二极管，则相当于有两个激光二极管来驱动8个调制器，或者一个激光二极管驱动4个调制器，那么每个调制器接收的光功率为输入光功率的1/4，即Pin/4。
当仅使用输入端口c输入光信号时，因为有四个输入端口c，每个输入端口c配置一个激光二极管，则相当于有四个激光二极管来驱动8个调制器，或者一个激光二极管驱动2个调制器，那么每个调制器接收的光功率为输入光的1/2，即Pin/2。
在图1示所示的实施方式中，可以将三类输入端口组合使用，每个调制器接收到的光功率也会发生变化，如：
当使用输入端口a和b进行光信号输入时，每个调制器接收的光功率为3Pin/8。
当使用输入端口a和c进行光信号输入时，每个调制器接收的光功率为5Pin/8。
当使用输入端口c和b进行光信号输入时，每个调制器接收的光功率为3Pin/4。
当使用输入端口a、 b和c同时进行光信号输入时，每个调制器接收的光功率为7Pin/8。
在上面的描述中，通过对光信号输入端口的选择，可以实现每个调制器接收到相同的光功率。当然，在图1所示的实施方式中，也可通过对光信号输入端口的组合选择，实现每个调制器接收到的光功率是不尽相同的。如当使用光信号输入端口a和其中一个光信号输入端口b（如与2×2耦合器10连接的输入端口b）进行光信号输入时，与光功率输出端口1-4连接的调制器接收的光功率为3Pin/8，与光功率输出端口5-8连接的调制器接收的光功率为Pin/8。
其他的光信号输入端口的组合选择不再一一列举，但其均在本发明的保护范围之内。
在其他的实施方式中，可以在2×2耦合器12-15上级联增加相应数量的2×2耦合器，将8个光功率输出端口变为16个或更多；或可将2×2耦合器用2路输入多路输出、或多路输入多路输出的耦合器代替，则可以实现为更多个调制器提供光功率。
在其他的实施方式中，耦合器可以使用非对称的。
在优选的实施方式中，用于光子芯片的材料可以是硅基、氮化硅基、二氧化硅基或铌酸锂基等。
在其他的优选实施方式中，光源可以是除LD以外的其他激光源。
在其他优选的实施方式中，光信号输入端口的激光源可以不同；或者光信号输入端口的激光源相同，但其功率可以相同或不同。
在其他优选的实施方式中，耦合器光功率输出端口间距为3um。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，包括第一至第七光信号输入端口，每个光信号输入端口由激光源输入光信号；其中，第一光信号输入端口连接第一耦合器，所述第一耦合器分别与第二耦合器和第三耦合器连接；所述第二耦合器输出的光信号，经第四耦合器后将光功率分别输出到第一和第二光功率输出端口、经第五耦合器后将光功率分别输出到第三和第四光功率输出端口；所述第三耦合器输出的光信号，经第六耦合器后将光功率分别输出到第五和第六光功率输出端口、经第七耦合器后将光功率分别输出到第七和第八光功率输出端口；第二光信号输入端口与第二耦合器连接，第三光信号输入端口与第三耦合器连接；第四至第七光信号输入端口分别对应第四至第七耦合器，并连接；所述第一至第八光功率输出端口分别与调制器连接；其特征在于：通过对光信号输入端口的选择或组合，所述调制器可接收到不同的光功率。
2.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述第一耦合器为1×2耦合器。
3.根据权利要求1或2所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述第一耦合器为1×2 多模干涉耦合器、1×2 定向耦合器或Y分支功率分配器。
4.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述第二至第七耦合器为2×2耦合器。
5.根据权利要求1或4所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述第二至第七耦合器为2×2多模干涉耦合器、2×2定向耦合器或Y分支功率分配器。
6.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述第一至第七耦合器可以为非对称的。
7.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述激光源为激光二极管。
8.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：第二至第七耦合器可为2路输入多路输出的耦合器，或多路输入多路输出的耦合器。
9.根据权利要求1所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统，其特征在于：所述各个耦合器光功率输出端口间距为3um。
10.一种可配置的光子芯片光输入信号路由方法，其特征在于，其利用权利要求1-9任一项所述的一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统进行光功率分配；可仅使用某一光信号输入端口输入激光，或可选择组合不同的光信号输入端口输入激光，从而实现为调制器提供不同的光功率。
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