CN117043650A - 低损耗、低串扰光模式多路复用器和光学交叉互连件 - Google Patents

低损耗、低串扰光模式多路复用器和光学交叉互连件 Download PDF

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Abstract

本文所描述的方面包括模式多路复用器，其包括在第一端口和第二端口之间延伸的第一光波导。进入第一端口的光信号的第一输入模式通过第一光波导传播到第二端口。所述模式多路复用器还包括第二光波导，所述第二光波导被配置为与所述第一光波导的耦合部分渐逝地耦合。进入第一端口的光信号的第二输入模式通过第二光波导传播到第三端口。第一光波导还在耦合部分和第二端口之间限定了过滤部分，该过滤部分被配置为过滤第二输入模式。

Description

低损耗、低串扰光模式多路复用器和光学交叉互连件
技术领域
本公开中呈现的实施例总体上涉及光网络，更具体地涉及基于多波导(multiplewaveguide-based)的光模式多路复用器(optical mode multiplexer)和光学交叉互连件(optical crossover)的实施方式。
背景技术
随着光网络对带宽要求的提高，模式多路复用器和光学交叉互连件在光设备中的应用越来越普遍。模式多路复用器通常利用光波导的空间模式同时传输多个光信号，从而实现片上带宽的扩展。光学交叉互连件通常用于以交叉网格的形式路由光互连，以实现大规模、高容量的光子电路。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征，可以参考附图中说明的一些实施例对上文简要概述的本公开进行更具体的描述。但应注意的是，附图说明的是典型的实施例，因此不能认为是限制性的；还可以考虑其它同样有效的实施例。
图1是根据一个或多个实施例的基于多波导的模式多路复用器的示意图。
图2是根据一个或多个实施例的可用于模式多路复用器的光波导结构的示意图。
图3是根据一个或多个实施例的具有一个或多个模式多路复用器和一个或多个模式多路分解器的光学交叉互连件的示意图。
图4是根据一个或多个实施例的多阶段光学交叉互连件(multiple-stageoptical crossover)的示意图。
图5是根据一个或多个实施例的支持双向光信号传输的多阶段光学交叉互连件的示意图。
图6是根据一个或多个实施例的具有延伸至同侧的光波导的多阶段光学交叉互连件的示意图。
图7是根据一个或多个实施例的使用一个或多个模式多路复用器的通信方法。
为便于理解，尽可能使用相同的参考数字来表示图中共有的相同元件。可以认为，一个实施例中公开的元件可有益地用于其他实施例中，而无需具体叙述。
具体实施方式
概览
本公开的一个实施例是模式多路复用器，包括第一光波导，该第一光波导在第一端口和第二端口之间延伸。进入第一端口的光信号的第一输入模式通过第一光波导传播到第二端口。模式多路复用器还包括第二光波导，第二光波导被配置为与第一光波导的耦合部分渐逝地耦合。进入第一端口的光信号的第二输入模式通过第二光波导传播到第三端口。第一光波导还在耦合部分和第二端口之间限定了过滤部分，过滤部分被配置为过滤第二输入模式。
本公开的一个实施例是一种光学交叉互连件，包括第一光波导，该第一光波导在第一端口和第二端口之间延伸。进入第一端口的第一光信号的第一输入模式通过第一光波导传播到第二端口。第一光波导包括多模式光波导部分。光学交叉互连件还包括一个或多个模式多路复用器，每个模式多路复用器限定了相应的第二光波导，该第二光波导被配置为将相应的输入光信号的输入模式渐逝地耦合到不同于第一输入模式的多模式光波导部分的相应模式上。光学交叉互连件还包括一个或多个模式多路分解器，每个模式多路分解器限定了相应的第三光波导，第三光波导被配置为将多模式光波导部分的相应模式渐逝地耦合到相应的输出光信号的输出模式上。第一光波导还限定了布置在多模式光波导部分和第二端口之间的过滤部分，过滤部分被配置为过滤除第一输入模式之外的输入模式。
本公开的一个实施例是一种方法，包括在第一光波导的第一端口处接收光信号，通过第一光波导将光信号的第一输入模式传播到第二端口，以及将来自第一光波导的耦合部分的光信号的第二输入模式渐逝地耦合到第二光波导中。第二输入模式通过第二光波导传播到第三端口，通过第一光波导传播光信号的第一输入模式到第二端口包括使用在耦合部分和第二端口之间的过滤部分从光信号中过滤第二输入模式。
示例实施例
根据本文描述的实施例，模式多路复用器包括在第一端口和第二端口之间延伸的第一光波导。进入第一端口的光信号的第一输入模式通过第一光波导传播到第二端口。模式多路复用器还包括第二光波导，第二光波导被配置为与第一光波导的耦合部分渐逝地耦合。进入第一端口的光信号的第二输入模式通过第二光波导传播到第三端口。第一光波导还在耦合部分和第二端口之间限定了过滤部分。过滤部分被配置为过滤至少第二输入模式。在一些实施例中，过滤部分包括锥形部分和/或S形弯曲部分。通过使用过滤部分，模式多路复用器可以在O波段上实现小于0.1或0.2分贝(dB)的损耗和小于-27dB的串扰。
在一些实施例中，上述模式多路复用器的多个实例可布置成光学交叉互连件。在一些实施例中，模式多路复用器的两个实例可以背靠背配置排列，使得一个或多个实例被配置为作为(一个或多个)模式多路复用器操作，并且一个或多个实例被配置为作为(一个或多个)模式多路分解器操作。在一些实施例中，光学交叉互连件包括多模式光波导部分，而(一个或多个)模式多路复用器的相应第二光波导将相应的输入光信号的输入模式渐逝地耦合不同于第一输入模式的多模式光波导部分的相应模式上。(一个或多个)模式多路分解器还可以包括相应的第三波导，该第三波导将多模式光波导部分的相应模式渐逝地耦合到相应光信号的输出模式上。
在一些实施例中，一个或多个模式多路复用器和一个或多个模式多路分解器使用不同阶的模式(例如，基阶、一阶、二阶和高阶)实现光学交叉互连件功能。在一些实施例中，光学交叉互连件可以被实现为多阶段光学交叉互连件。有利的是，光学交叉互连件允许光学设备内更灵活的波导路由。
图1是根据一个或多个实施例的基于波导的多模式多路复用器100的示意图。基于波导的模式多路复用器100包括与第二光波导110相近布置的第一光波导105。第一光波导105和第二光波导110可以由适合传播光的任意的(一个或多个)半导体材料形成，例如单晶硅、氮化硅、多晶硅等。在一些实施例中，第一光波导105和第二光波导110形成于基于硅绝缘体(SOI)器件的层中。例如，第一光波导105和第二光波导110可以形成于SOI晶圆的有源(硅)层、沉积在有源层上方的氮化硅层等中。
第一光波导105从第一端口115延伸至第二端口120，在第一端口115接收光信号130。如本文所述，光信号130包括一个或多个模式，例如一个或多个横向电(TE)模式和/或一个或多个横向磁(TM)模式。光信号130的一个或多个模式可以包括基本模式(TE0、TM0)、一阶模式(TE1、TM1)、二阶模式或更高阶模式。模式的阶数可以指光信号130中的光能相对于传播中心轴的空间对称性和/或指示性。光信号130的基本模式通常包括位于传播轴中心的单个光能浓度。
当光信号130在第一端口115被接收时，光信号130的第一输入模式通过第一光波导105传播到第二端口120。如图所示，光信号130的基本模式135(例如，TE0)传播到第二端口120，当然也可以考虑其他阶模式。
第一光波导105和第二光波导110的尺寸和布置使得第二光波导110能够与第一光波导105的耦合部分145渐逝地耦合(evanescently couple)。在一些实施例中，进入第一端口115的光信号130的第二输入模式被渐逝地耦合到第二光波导110中，从而光信号130的光通过第二光波导110传播到第三端口125。如图所示，光信号130的一阶模式140(例如，TE1)渐逝地耦合到第二光波导110，但也可以考虑其他阶模式。
在一些实施例中，将第二输入模式渐逝地耦合到第二光波导110，这一操作在第二光波导110内转换光信号130的模式，从而使从第三端口125流出的光信号155包括转换后的模式。如图所示，将一阶模式140渐逝地耦合到第二光波导110中，将一阶模式140转换为基本模式150，当然也可以考虑其他阶模式。
第一光波导105还在耦合部分145和第二端口120之间限定了过滤部分160。过滤部分160被配置为对光信号130的一个或多个输入模式进行滤波，例如基本模式135以外的模式。在一些实施例中，过滤部分160包括锥形部分165，该锥形部分从耦合部分145向第二端口120逐渐变细。例如，对于图1所示光信号130的传播方向，锥形部分165在光信号130的入口处具有较宽的宽度，而在光信号130的出口处具有较窄的宽度。锥形部分165的锥度可有效过滤(或减轻)除基本模式135之外的其他输入模式。还可以考虑其他锥形设计，例如沿光信号130的传播方向对第一光波导105的高度进行锥形设计。此外，锥形部分165可以被轮廓化以过滤一个或多个特定的输入模式。锥形部分165的尺寸可根据基于波导的模式多路复用器100的设计采用任何合适的尺寸。
在一些实施例中，过滤部分160还包括位于锥形部分165和第二端口120之间的S形弯曲部分170。根据基于波导的模式多路复用器100的设计，过滤部分160的尺寸可以是任何合适的尺寸。在一些情况下，锥形部分165和S形弯曲部分170中的每一个可以操作来选择性地传播一个输入模式(例如，基本模式135)，同时选择性地减弱(一个或多个)其他输入模式(例如，一阶模式140)。在一些实施例中，包括选择性传播模式的光信号175从第二端口120输出。
以另一种方式描述，过滤部分160的一些实施方式仅包括锥形部分165，过滤部分160的一些实施方式仅包括S形弯曲部分170，过滤部分160的一些实施方式同时包括锥形部分165和S形弯曲部分170。此外，在另一种实施方式中，S形弯曲部分170可以布置在过滤部分160内的锥形部分165之前。
图2是根据一个或多个实施例的可用于模式多路复用器的光波导结构200的示意图。图2所示的特征可与其他实施例结合使用。例如，光波导结构200可以代表图1耦合部分145的一个实施方式。
光波导结构200包括纳米锥体205(也可称为反锥体)，该锥体可将从外部源接收到的一对正交偏振光信号耦合到光波导结构200。在一些实施例中，外部光源和光波导结构200是共面的，正交偏振光学信号通过直接耦合或端射耦合接收。纳米锥体205将正交偏振光信号集中为基本模式(TE0)光信号和基本模式(TM0)光信号。
光波导结构200还包括旋转器210，旋转器210被配置为将基本模式TM0光信号转换或旋转为一阶模(TE1)光信号，并保持基本模式TE0光信号。当TE0和TM0光信号通过旋转器210传播时，旋转器210可分别执行TE0和TM0光信号的转换和保持。
旋转器210包括基部215和肋部220。基部215可以是与纳米锥体205共平面的一般平面结构。此外，基部215可反向变细或具有一个宽度，该宽度从基本等于纳米锥体205宽度(例如，300-400nm)的第一宽度增加到第二宽度(例如，1um)，尽管第一宽度和第二宽度的其他值也是考虑的。
在一些实施例中，肋部220是相对较薄的材料条带，其设置在基部215的平面上，或从该平面延伸或突出，该平面与以下平面相对：与衬底225接触的基部215的相对平面。
如图2所示，肋部220可以基本上沿传播方向延伸旋转器210的整个长度。在其他实施方式中，肋部220可以不延伸旋转器210的整个长度。在其他示例配置中，肋部220可以在纳米锥体205上延伸，使得纳米锥体205的至少一部分包括从纳米锥体205平面延伸的肋部。
肋部220可以具有一个宽度，该宽度小于或基本小于基部215的任何宽度。在一些实施方式中，肋部220的宽度可以随着肋部220的延伸而基本均匀。例如，肋部220的均匀宽度可以是大约150纳米，尽管也可以考虑其他宽度。在其他实施方式中，肋部220的宽度随着肋部220的延伸而变化。例如，肋部220的宽度可以变细，与基部215的变细相似或方向相同。在另一个示例中，肋部220的宽度可以沿与基部215变细相反的方向变细。
光波导结构200还包括分离器230，该分离器被配置为将TE0光信号和TE1光信号分离到单独的光波导或波导路径中。分离器230包括相对于传播方向不对称的非对称Y分路器235。在一些实施例中，非对称Y分路器235包括双波导结构，其中第一光波导接收TE0和TE1光信号，第二光波导耦合来自第一光波导的TE1光信号并将TE1模式转换成TE0模式，使得原始TE0和TE1光信号被引导到单独的光波导路径上。
如图2所示，非对称Y型分路器235可以包括第一锥形部分240和第二锥形部分245。第一锥形部分240可以与旋转器210的输出端相接或连接。第一锥度部分240可以从旋转器210的输出端处的第一宽度渐缩(taper down)至第二端250处的第二宽度。在宽度上，第二锥形部分245可以从具有小宽度或在一点处会聚的第一端255反向渐缩(inversely taper)或增加到具有可以不同于第二端250处的第一锥形部分240的宽度的宽度的第二端260。
在一些实施例中，第一锥形部分240和第二锥形部分245的宽度被选择为使第二锥形部分245将TE0光信号或TE1光信号耦合到远离第一锥形部分240的地方，而TE0光信号或TE1光信号中的另一个保持耦合到第一锥形部分240。这样，TE0光信号和TE1光信号在第二端250、260处分别处于不同的光波导路径中，以实现模态分集(modal diversity)。因此，在一些实施例中，第一光波导包括与第二光波导的互补第二锥形部分245相邻布置的第一锥形部分240。
在第二端250的第一锥形部分240的宽度大于第二端260的第二锥形部分245的宽度的情况下，如图2所示，TE0光信号可以保持耦合到第一锥形部分240，而TE1光信号可以耦合到第二锥形部分245。在另一种实施方式中，第二端250的第一锥形部分240的宽度可以小于第二端260的第二锥形部分245的宽度，使得TE1光信号保持耦合到第一锥形部分240，而TE0光信号耦合到第二锥形部分245。
尽管描述为将TE0光信号的基本全部能量耦合到第一锥形部分240和第二锥形部分245中的一个选定部分，并且将TE1光信号的基本全部能量耦合到第一锥形部分240和第二锥形部分245中的另一个选定部分，但是替代实施方式可以将TE0光信号和TE1光信号的不同比例的能量引导到第一锥形部分240和第二锥形部分245中。此外，在替代实施方式中，光波导结构200可以包括不对称Y形分路器235，同时省略旋转器210。
如图2所示，第二锥形部分245包括侧面265，该侧面面向第一锥形部分240的侧面270并与之基本平行。侧面265、270彼此间隔适当的距离或间距，以便将TE1光信号耦合到第二锥形部分245。此外，耦合部分275a、275b(可包括S形弯曲、其他弯曲结构和/或直线结构)可耦合到第二端250、260，以拓宽用于传输TE0光信号和TE1光信号(最终已转换为TE0模式)的独立光波导路径。
在一些实施例中，光波导结构200的一个或多个组件被实现为绝热结构。也就是说，一个或多个组件可以具有选择的长度，使得当光信号通过光波导结构200传播时，以最小的能量损失和高隔离来执行不同的功能(例如，光信号的分路和耦合)。长度可以明显大于光信号的波长，并且在一些情况下，对于不同模式的更接近的折射率值，长度可以相对更大。在一些实施例中，绝热结构的长度可以比光信号的波长大至少十倍。
图3是根据一个或多个实施例的具有一个或多个模式多路复用器和一个或多个模式多路分解器的光学交叉互连件300的示意图。光学交叉互连件300可与其他实施例结合使用。例如，光学交叉互连件300可以包括图1中描述的模式多路复用器100的多个实例。
光学交叉互连件300被实现为具有两个模式多路复用器100-1、100-2(每个代表模式多路复用器100的实例)的2×2交叉互连件，所述两个模式多路复用器100以背靠背配置布置。在这种配置中，模式多路复用器100-1接收两个光信号310、315并作为模式多路复用器工作，而模式多路复用器100-2输出两个光信号310、315并作为模式多路分解器工作。
在光学交叉互连件300中，第一光波导305从第一端口320延伸至第二端口335。因此，第一光波导305可以代表图1中第一光波导105的多个实例，例如，作为与模式多路复用器100-1、100-2相对应的第一光波导105-1、105-2。第一光波导305还包括靠近第一端口320的过滤部分160-1，以及靠近第二端口335的过滤部分160-2(各代表图1中过滤部分160的一个实例)。在其他实施方式中，第一光波导305可以省略过滤部分160-1或过滤部分160-2。每个过滤部分160-1、160-2都被配置为过滤一个或多个输入模式。在一些实施例中，过滤部分160-1和160-2过滤光信号310和315基本模式以外的输入模式。
模式多路复用器100-1还包括第二光波导110-1，模式多路复用器100-2还包括第二光波导110-2(各自代表图1中第二光波导110的一个实例)。光信号315在第二光波导110-1的第三端口325被接收，在耦合部145-1渐逝地耦合到第一光波导305，在耦合部145-2渐逝地耦合到第二光波导110-2，并从第二光波导110-2的第四端口340流出。
在一些实施例中，第一光波导305包括延伸穿过模式多路复用器100-1和100-2的相应耦合部分145-1、145-2的多模式光波导部分330。在光学交叉互连件300操作期间，模式多路复用器100-1将光信号310、315耦合(或映射)到多模式光波导部分330的相应模式上，以同时传播到模式多路复用器100-2。在一些实施例中，每个光信号310、315都作为基本模式光信号被接收，光信号310被耦合到多模式光波导部分330的基本模式上。光信号315的基本模式在耦合部分145-1转换为一阶模，并耦合到多模式光波导部分330的一阶模上。然而，在其他实施方式中，光信号310、315中的一个或两个可以作为除基本模式之外的输入模式被接收。此外，光信号315可以转换为一阶模式以外的模式。
在模式多路复用器100-2中，第一光波导305将光信号310的基本模式传播到第二端口335，而光信号315的一阶模式则渐逝地耦合到第二光波导110-2。在一些实施例中，光信号315在耦合段145-2处从一阶模式转换为基本模式，沿第二光波导110-2传播，并作为基本模式光信号315从第四端口340流出。
如上所述，多模式光波导部分330可以在不同模式上同时传播多个光信号310、315。在一些替代实施方式中，耦合部分145-2可以对光信号315执行不同的模式转换。在一些替代实施例中，光信号310作为第一模式接收，光信号315作为不同的第二模式接收，当耦合到多模式光波导部分330上时，第二模式可以被转换，也可以不被转换。例如，光信号310的第一模式可以是基本模式，而光信号315的第二模式是高阶模式。尽管光信号310、315被示为在光学交叉互连件300中从左向右传播，但是在一些替代实施例中，光信号310、315中的一个或两个可以在相反的方向上传播(例如，从第二端口335到第一端口320，或者从第四端口340到第三端口325)。
图4是根据一个或多个实施例的多阶段光学交叉互连件400的示意图。光学交叉互连件400可以与其他实施例结合使用。例如，光学交叉互连件400可以包括图1中描述的模式多路复用器100的多个实例。
如图所示，光学交叉互连件400被实现为3x3交叉互连件。光学交叉互连件400包括第一光波导405，该第一光波导405包括多模式光波导部分410。第一光波导405接收作为基模(TE0)光信号的第一光信号415，该信号通过过滤部分160-1传播。光学交叉互连件400还包括：被配置为接收作为基本模式(TE0)光信号的第二光信号420并与第一光波导405渐逝地耦合的第一模式多路复用器430-1、以及被配置为接收作为基本模式(TE0)光信号的第三光信号425并与第一光波导405渐逝地耦合的第二模式多路复用器430-2。
第一光信号415耦合到多模式光波导部分410的基本模式上。第一模式多路复用器430-1将第二光信号420的基本模式转换为二阶模式(TE2)，并将第二光信号420耦合到多模式光波导部分410的二阶模式上。第二模式多路复用器430-2将第三光信号425的基本模式转换为一阶模式(TE1)，并将第三光信号425耦合到多模式光波导部分410的一阶模式上。
光学交叉互连件400还包括第一模式多路分解器435-1和第二模式多路分解器435-2，这些多路分解器与多模式光波导部分410渐逝地耦合。由第一模式多路分解器435-1将第三光信号425从一阶模式转换为基本模式，并由第一模式多路分解器435-1输出。由第二模式多路分解器435-2将第二光信号420从二阶模式转换为基本模式，并由第二模式多路分解器435-2输出。第一光信号415的基本模式通过过滤部分160-2传播，以过滤来自一阶模式(TE1)和二阶模式(TE2)光信号的任何光能，并且第一光信号415的基本模式由第一光波导405输出。
尽管光学交叉互连件400的阶段(stages)被示为对称排序(对光信号415、420、425进行复用，然后对光信号425、420、415进行解多路复用)，但是也可以考虑其他排序。在一些实施例中，多模式光波导部分410的每个模式的模式多路复用器430-1、430-2和模式多路分解器435-1、435-2相互穿插。在一个示例中，阶段被布置为多路复用光信号415、425、420，然后以不同的顺序解多路复用光信号425、420、415。在另一个示例中，阶段被安排为复用光信号415、420，解多路复用光信号420，复用光信号425，以及解多路复用光信号425、415。还可以考虑阶段的其他布置。
此外，在一些实施方式中，部分或全部的模式多路复用器430-1、430-2和模式多路分解器435-1、435-2可以执行或不执行模式转换。例如，第二光信号420可以在第一模式多路复用器430-1处作为二阶模式接收，第三光信号425可以在第二模式多路复用器430-2处作为一阶模式接收。
图5是根据一个或多个实施例的支持双向光信号传输的多阶段光学交叉互连件500的示意图。光学交叉互连件500可与其他实施例结合使用。例如，光学交叉互连件500可以包括图1中描述的模式多路复用器100的多个实例。
如图所示，光学交叉互连件500被实现为3x3交叉互连件。光学交叉互连件500包括第一光波导505，该波导包括多模式光波导部分510。第一光波导505接收作为基本模式(TE0)光信号的第一光信号415，该信号通过滤波段160-1传播。在图5中从左到右，光学交叉互连件500还包括延伸到第一光波导505的第一侧的第二模式多路复用器435-2，延伸到第一光波导505的与第一侧相对的第二侧的第二模式多路复用器430-2，延伸到第一侧的第一模式多路复用器435-1，以及延伸到第二侧的第一模式多路复用器430-1。然后，第一光波导505延伸穿过过滤部分160-2。
在光学交叉互连件500中，光信号415、425从左到右通过多模式光波导部分510传播，光信号420从右到左通过多模式光波导部分510传播。然而，在其他实施方式中，任何光信号415、420、425都可以沿不同方向传播。此外，虽然第一模式多路分解器435-1和第二模式多路分解器435-2延伸至第一侧，而第一模式多路复用器430-1和第二模式多路复用器430-2延伸至第二侧，但替代实施方式可以使一个或多个模式多路复用器和一个或多个模式多路分解器延伸至第一光波导505的特定侧。
图6是根据一个或多个实施例的具有延伸到同一侧的光波导的多阶段光学交叉互连件600的示意图。光学交叉互连件600可以与其他实施例结合使用。例如，光学交叉互连件600可以包括图1所示的模式多路复用器100的多个实例。
如图所示，光学交叉互连件600被实现为3x3交叉互连件。光学交叉互连件600包括第一光波导605，其包括多模式光波导部分610。第一光波导605接收第一光信号415作为基本模式(TE0)光信号，该信号通过过滤部分160-1传播。在图6中从左到右，光学交叉互连件600还包括延伸到第一光波导605一侧的第一模式多路复用器430-1和第二模式多路复用器430-2，以及延伸到第一光波导605同一侧的第一模式多路复用器435-1和第二模式多路复用器435-2。然后，第一光波导505延伸穿过过滤部分160-2。
在光学交叉互连件600中，光信号415、420、425从左向右通过多模式光波导部分610传播。然而，替代实施方式可以具有在不同方向上传播的光信号415、420、425中的任何一个。此外，还设想了第一模式多路复用器435-1、第二模式多路复用器435-2、第一模式多路复用器430-1和第二模式多路复用器430-2的其他排序。
因此，模式多路复用器设计可用于形成低损耗、低串扰的光学交叉互连件，例如光学交叉互连件300、400、500、600。通过使用模式多路复用器的(一个或多个)过滤部分，模式多路复用器可以在O波段上实现小于0.1或0.2dB的损耗和小于-27dB的串扰。模式多路复用器和光学交叉互连件可以被配置为在其他频率上工作，例如在C波段内。
当与要求在多个维度(例如，在x和y维度上)对称的光学交叉互连件设计相比时，光学交叉互连件可以在一个或多个维度上提供减小的尺寸。此外，光学交叉互连件可以使用不同阶的模式，以允许光学设备内的波导路由更加灵活。例如，光学交叉互连件400、500可以提供与星形交叉的(star-crossing)光学交叉互连件相同的功能。模式多路复用器可以使用不同的材料类型来实现，以提供与许多不同材料平台的灵活兼容性。
虽然光学交叉互连件300被描绘为2x2光学交叉互连件，并且光学交叉互连件400、500、600被描绘为3x3光学交叉互连件，但是也可以考虑光学交叉互连件的其他配置。例如，光学交叉互连件可以实现为4x4、5x5等等。此外，尽管描述了基本模式、一阶模式和二阶模式，但是也考虑了使用高阶模式的操作。
图7是根据一个或多个实施例的使用一个或多个模式多路复用器进行通信的方法700。方法700可以与其他实施例结合使用。例如，方法700可以表示图1的模式多路复用器100和/或图3-6的光学交叉互连件300、400、500、600的操作。
方法700开始于框705，其中在第一光波导的第一端口处接收光信号。在框715，在一个或多个其它光波导的相应端口处接收一个或多个其它光信号。在一些实施例中，各种光信号直接(或端射)耦合到相应的光波导中。
在框725，光信号的第一输入模式通过第一光波导传播到第一光波导的第二端口。在一些实施例中，第一输入模式包括光信号的基本模式，尽管也可以考虑其他输入模式。在一些实施例中，通过第一光波导传播第一输入模式包括在框730，使用在第一光波导的耦合部分和第二端口之间的过滤部分从光信号中过滤一个或多个其他输入模式。在一些实施例中，第一光波导包括一个或多个过滤部分(例如，锥形部分和/或S形弯曲部分)，其过滤基本模式以外的输入模式。
在框735，光信号的第二输入模式从耦合部分渐逝地耦合到第二光波导中。在一些实施例中，第二输入模式包括一阶模式、二阶模式和高阶模式之一。在框745，第二输入模式通过第二光波导传播到第二光波导的第三端口。
在框755，一个或多个附加输入模式被渐逝地耦合到相应的一个或多个附加光波导中。在框765，一个或多个附加输入模式被传播到一个或多个相应的端口。在一些实施例中，第一输入模式、第二输入模式和/或(一个或多个)附加输入模式通过多模式光波导部分传播。在一些实施例中，(一个或多个)附加输入模式从多模式光波导部分渐逝地耦合到附加光波导中。方法700在框765完成之后结束。
在本公开中，参考各种实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，所描述的特征和元件的任何组合，无论是否与不同的实施例相关，都被预期用于实现和实践预期的实施例。此外，当以“A和B中的至少一个”的形式描述实施例的元件时，将理解，每个实施例都包括：排他地包括元件A、排他地包括元件B、以及包括元件A和B。此外，尽管这里公开的一些实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是给定实施例是否实现特定的优点并不限制本公开的范围。因此，这里公开的方面、特征、实施例和优点仅仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在(一个或多个)权利要求中明确叙述。同样，对“本发明”的引用不应被解释为本文公开的任何发明主题的概括，也不应被视为所附权利要求的要素或限制，除非在(一个或多个)权利要求中明确列举。
附图中的流程图图示和框图说明了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图图示或框图中的每个框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现(一个或多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意的是，在一些替代实施方式中，框中记录的功能可能不按照图中记录的顺序出现。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行。还将注意到，框图和/或流程图图示的每个框，以及框图和/或流程图图示中的框的组合，可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
综上所述，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种模式多路复用器，包括：
第一光波导，所述第一光波导在第一端口和第二端口之间延伸，其中，进入所述第一端口的光信号的第一输入模式通过所述第一光波导传播到所述第二端口；以及
第二光波导，所述第二光波导被配置为与所述第一光波导的耦合部分渐逝地耦合，其中，进入所述第一端口的光信号的第二输入模式通过所述第二光波导传播到第三端口，
其中，所述第一光波导还在所述耦合部分和所述第二端口之间限定了过滤部分，所述过滤部分被配置为过滤所述第二输入模式。
2.根据权利要求1所述的模式多路复用器，其中，所述过滤部分包括从所述耦合部分向所述第二端口逐渐变细的锥形部分。
3.根据权利要求2所述的模式多路复用器，其中，所述过滤部分还包括在所述锥形部分和所述第二端口之间的S形弯曲部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的模式多路复用器，其中，所述第一输入模式包括所述光信号的基本模式，并且所述第二输入模式包括所述光信号的一阶模式。
5.根据前述权利要求中任一项所述的模式多路复用器，其中，所述第一光波导的所述耦合部分包括与所述第二光波导的互补第二锥形部分相邻布置的第一锥形部分。
6.一种光学交叉互连件，包括：
第一光波导，所述第一光波导在第一端口和第二端口之间延伸，其中，进入所述第一端口的第一光信号的第一输入模式通过所述第一光波导传播到所述第二端口，其中，所述第一光波导包括多模式光波导部分；
一个或多个模式多路复用器，每个模式多路复用器限定了相应的第二光波导，所述第二光波导被配置为将相应的输入光信号的输入模式渐逝地耦合到不同于所述第一输入模式的多模式光波导部分的相应模式上；以及
一个或多个模式多路分解器，每个模式多路分解器限定了相应的第三光波导，所述第三光波导被配置为将所述多模式光波导部分的相应模式渐逝地耦合到相应的输出光信号的输出模式上，
其中，所述第一光波导还限定了布置在所述多模式光波导部分和所述第二端口之间的过滤部分，所述过滤部分被配置为过滤除所述第一输入模式之外的输入模式。
7.根据权利要求6所述的光学交叉互连件，其中，所述过滤部分包括相应的锥形部分，所述锥形部分从所述多模式光波导部分向所述第一端口和所述第二端口中的相应端口逐渐变细。
8.根据权利要求7所述的光学交叉互连件，其中，所述过滤部分还包括设置在所述相应的锥形部分与所述第一端口和所述第二端口中的相应端口之间的S形弯曲部分。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的光学交叉互连件，其中，所述第一输入模式是所述第一光信号的基本模式，并且
其中，对于所述一个或多个模式多路复用器中的每一个模式多路复用器，所述相应的输入光信号的输入模式是基本模式。
10.根据权利要求9所述的光学交叉互连件，
其中，第一模式多路复用器被配置为将所述相应的输入光信号的基本模式渐逝地耦合到所述多模式光波导部分的一阶模式上，
其中，第二模式多路复用器被配置为将所述相应的输入光信号的基本模式渐逝地耦合到所述多模式光波导部分的二阶模式上，
其中，第一模式多路分解器被配置为将所述一阶模式渐逝地耦合到所述相应的输出光信号的基本模式上，并且
其中，第二模式多路分解器被配置为将所述二阶模式渐逝地耦合到所述相应的输出光信号的基本模式上。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的光学交叉互连件，其中，每个第二光波导和每个第三光波导包括与所述第一光波导的相应互补锥形部分相邻布置的相应锥形部分。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的光学交叉互连件，其中，每个第二光波导和每个第三光波导延伸到所述第一光波导的同一侧。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的光学交叉互连件，其中，对于所述多模式光波导部分的每个模式，所述一个或多个模式多路复用器的对应模式多路复用器和所述一个或多个模式多路分解器的对应模式多路分解器相互穿插。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的光学交叉互连件，其中，所述第一光波导还限定了设置在所述多模式光波导部分和所述第一端口之间的第二过滤部分，所述第二过滤部分被配置为过滤除所述第一输入模式之外的输入模式。
15.一种方法，包括：
在第一光波导的第一端口处接收光信号；
将所述光信号的第一输入模式通过所述第一光波导传播到第二端口；以及
将所述光信号的第二输入模式从第一光波导的耦合部分渐逝地耦合到第二光波导，其中，所述第二输入模式通过所述第二光波导传播到第三端口，
其中，将所述光信号的第一输入模式通过所述第一光波导传播到所述第二端口包括：利用在所述耦合部分和所述第二端口之间的过滤部分，从所述光信号中过滤所述第二输入模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过滤部分包括从所述耦合部分向所述第二端口逐渐变细的锥形部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述过滤部分还包括在所述锥形部分和所述第二端口之间的S形弯曲部分。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，所述第一输入模式包括所述光信号的基本模式，并且所述第二输入模式包括所述光信号的一阶模式。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，所述第一光波导的所述耦合部分包括与所述第二光波导的互补第二锥形部分相邻布置的第一锥形部分。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，所述第一光波导的耦合部分包括多模式光波导部分，所述方法还包括：
将所述光信号的一个或多个附加输入模式渐逝地耦合到相应的一个或多个附加光波导中，
其中，通过所述第一光波导向所述第二端口传播所述光信号的所述第一输入模式包括除所述第一输入模式之外的过滤输入模式。
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