使用不对称1x2元件的大规模光学开关制造技术

一种光切换装置包括多个输入波导和输出波导。所述多个输入波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第一多个1x2光学开关。所述多个输出波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第二多个1x2光学开关。所述第一多个光学开关和第二多个光学开关中的所述光学开关中的每个能够选择性地在直通状态和交叉状态之间切换。所述输入波导和输出波导被布置，使得对于任何波长的光产生的光损耗仅取决于位于所述1x2光学开关中的相邻光学开关之间的输入波导和输出波导的段的长度。当两个光学开关处于所述交叉状态时，将与所述输入波导中的每个相关联的所述第一多个光学开关中的每个光学开关光耦合到所述输出波导中的不同一个输出波导中的所述第二多个光学开关中的一个。

Large optical switch using asymmetrical 1x2 element

An optical switching device includes a plurality of input waveguides and output waveguides. Each of the plurality of input waveguides has the first plurality of 1x2 optical switches associated with and extending along it. Each of the plurality of output waveguides has more than 2 1x2 optical switches associated with and extending along it. Each of the first multiple optical switches and the optical switches of the more than 2 optical switch can selectively switch between the through state and the cross state. The input waveguide and the output waveguide are arranged so that the loss of light generated for any wavelength depends only on the length of the segment of the input waveguide and the output waveguide between the adjacent optical switches in the 1x2 optical switch. When the two optical switches are in the described cross state, one of the more than 2 optical switches in the different output waveguides of the output waveguide is coupled to each optical switch light of each of the first multiple optical switches associated with the input waveguide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用不对称1x2元件的大规模光学开关
技术介绍
行业中存在对大端口数光学开关的需要。这些开关通常被设计为单模，这些开关具有宽的光学带宽和大量输入和输出光纤。存在用于制造较小端口数开关(例如，2x2、4x4、8x8、16x16)的多种实用技术，但这些技术中的大多数在32x32或以上不能很好地扩展。具体地，包括但不限于损耗、串扰、和切换速度的感兴趣的性能参数开始变得更难实现。需要具有128x128端口或更高端口数的开关，其中损耗低并且切换速度比当前一代开关显著地更快。大多数高端口数(例如，大于128)开关使用3DMEMs架构，其中使用2轴倾斜镜来将自由空间光束从一个输入端口引导到第二镜，然后第二镜将光束引导到第二输出端口。由于自由空间中固有的模态传播，这些开关难以在不牺牲切换时间的情况下扩展。这基本上是由于随着端口数的增加需要较大的光束从而镜也更大。
技术实现思路
根据本文描述的主题的一个方面，光切换装置包括多个输入波导和多个输出波导。这些输入波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第一多个1x2光学开关。这些输出波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第二多个1x2光学开关。第一多个光学开关和第二多个光学开关中的光学开关中的每个可选择性地在第一状态和第二状态之间切换，使得在第一状态中，每个光学开关允许在与其相关联的输入或输出波导中传播的光不受干扰地继续通过其中传播，而不会遇到1x2开关中的相邻开关之间的任何介入模式扰动结构，并且在第二状态中，每个光学开关将光耦合入或耦合出与其相关联的输入或输出波导。当当两个光学开关都处于第二状态时，与输入波导中的每个相关联的第一多个光学开关中的每个光耦合到输出波导中的不同一个输出波导中的第二多个光学开关中的一个。在一个特定实施方案中，1x2开关中的每个包括可移位光交叉引导部。当光交叉引导部与1x2开关中的每个分别相关联于的输入或输出波导相距第一距离时，该1x2开关处于第一状态，并且当光交叉引导部与1x2开关中的每个分别相关联于的输入或输出波导相距第二距离时，该1x2开关处于第二状态。致动器选择性地使可移位光交叉引导部移位，使得其距与其相关联的输入或输出波导的距离等于第一距离或第二距离。附图说明图1A示出了用于MxM光学开关的输入平台，以及图1B示出了用于MxM光学开关的输出平台。图2示出了在图1A和图1B中示出的输入和输出平台上示出类型的单个输入或输出波导的平面图。图3A和图3B是不对称1x2开关的截面图。图4示出了用于支持偏振分集(polarizationdiversity)的MxM光学开关的输入平台。具体实施方式如下所述，提供了一种MxM光学开关，其包括输入光波导阵列和输出光波导阵列，所述输入光波导阵列和输出光波导阵列可以各自位于单个的平台上。一系列不对称1x2光学开关与每个输入波导集成。与任何给定波导相关联每个不对称1x2开关能够将在波导中传播的光切换到输出波导中的不同的一个。以这种方式，由输入波导接收的光输入信号能够被选择性地引导到任何输出波导。图1A示出了用于MxM光学开关的输入平台。输入平台包括可以在公共衬底105上形成的输入光波导1101、1102、1103...1108(统称为“110”)的阵列。如图所示，在一些实施例中，波导110可以彼此平行，尽管不是在所有实施例中都需要如此。虽然在该示例中示出了8个输入光波导110，但是可以采用任何数量的输入光波导，其中每个输入波导与光学开关的一个输入端口相对应。因此，对于具有例如128个输入端口和输出端口的大规模光学开关，将存在128个输入光波导110。因此，更一般地，对于MxM光学开关，将存在M个输入光波导110。一系列1x2不对称光学开关120沿着波导110中的每个定位。具体地，对于MxM光学开关，将存在M个1x2不对称开关120沿着每个波导110定位。如图1A所示，对于8x8光学开关，1x2开关12011、12012、12013...12018沿着波导1101定位，1x2开关12021、12022、12023…12028沿着波导1102定位，等。如下所述，1x2不对称开关120在以下意义上是不对称的：当处于第一状态时它们表现出低损耗，并且当处于第二状态时它们可能表现出显著更高的损耗。垂直耦合器130与每个1x2不对称开关120相关联。同样如下所述，当1x2开关处于其打开或接通状态时，由1x2开关接收的光将被引导到与其相关联的垂直耦合器130。垂直耦合器130将会反过来将光传递到位于输出波导平台上的另一个1x2开关上，这将在下面讨论。每个1x2开关120可以基于不对称开关120的状态在两个方向中的一个方向上引导在与其相关联的输入波导110中传播的光。在称为直通状态的第一状态中，1x2开关使光在输入波导110中继续传播。也就是说，光基本上不受干扰沿着通过路径继续。在称为交叉状态的第二状态中，1x2开关120将光耦合出输入波导110，并将其引导到与该不对称1x2开关120相关联的垂直耦合器130。1x2不对称开关120被设计成在第一或直通状态下具有非常低的损耗。因此，如果与给定输入波导110相关联的所有不对称1x2开关处于直通状态，则在该波导中传播的光将基本上不受干扰地通过该波导。例如，在一些实施例中，1x2不对称开关120在直通状态下可具有约0.0001db的损耗。如下所述，当1x2开关处于第二或交叉状态时，可以容许更大量的损耗。图1B示出了用于上述8x8光学开关的输出平台。输出平台包括可以在公共衬底205上形成的输出光波导2101、2102、2103...2108(统称为“210”)的阵列。通常，在需要相同数量的波导和相同数量的1x2不对称光学开关的情况下，输出光波导210的阵列基本上与输入光波导110的阵列相同。即，类似于图1A中的输入波导平台，图1B的输出波导平台包括沿着波导110中的每个定位的一系列1x2不对称光学开关220。具体地，对于MxM光学开关，将存在M个1x2不对称开关220沿着每个波导210定位。如图1B所示，1x2开关22011、22012、22013...22018沿着波导2101定位，1x2开关22021、22022、22023...22028沿着波导2102定位等。不对称光学开关220类似于上述不对称光学开关110。与每个1x2不对称开关120相关联的垂直耦合器130中的每个还与1x2不对称开关220中的一个相关联。在一个实施例中，输入波导平台和输出波导平台彼此堆叠或重叠，使得相对应的不对称1x2开关120和220(即，经由公共垂直耦合器130彼此光耦合的成对开关120和220)彼此对准。也就是说，输入波导平台和输出波导平台位于不同的平面中，其中不对称1x2开关120ij位于不对称开关220ji的上方(或下方)。因此，例如，不对称1x2开关12012位于不对称1x2开关22021的上方(或下方)，并且通过垂直耦合器13012彼此光耦合。作为另一示例，不对称1x2开关12032位于不对称1x2开关22023的上方(或下方)，并且通过垂直耦合器13032彼此光耦合。为了简化制造，成对的相对应开关120和220中的每个1x2开关可以直接位于彼此上方或下方，尽管这不是必须的。如图1A和图1B所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光切换装置，包括：多个输入波导，所述多个输入波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第一多个1x2光学开关；多个输出波导，所述多个输出波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第二多个1x2光学开关；所述第一多个光学开关和所述第二多个光学开关中的所述光学开关中的每个能够选择性地在第一状态和第二状态之间切换，使得在第一状态中，每个光学开关允许在与其相关联的所述输入或输出波导中传播的光继续不受干扰地通过其中传播，而不会遇到在所述1x2开关中的相邻开关之间任何介入模式扰动结构，并且在第二状态中，每个光学开关将光耦合入或耦合出与其相关联的所述输入或输出波导；以及其中，当两个光学开关都处于所述第二状态时，将与所述输入波导中的每个相关联的所述第一多个光学开关中的每个光耦合到在所述输出波导中的不同一个输出波导中的所述第二多个光学开关中的一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.14 US 14/883,0511.一种光切换装置，包括：多个输入波导，所述多个输入波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第一多个1x2光学开关；多个输出波导，所述多个输出波导中的每个具有与其相关联并沿其延伸的第二多个1x2光学开关；所述第一多个光学开关和所述第二多个光学开关中的所述光学开关中的每个能够选择性地在第一状态和第二状态之间切换，使得在第一状态中，每个光学开关允许在与其相关联的所述输入或输出波导中传播的光继续不受干扰地通过其中传播，而不会遇到在所述1x2开关中的相邻开关之间任何介入模式扰动结构，并且在第二状态中，每个光学开关将光耦合入或耦合出与其相关联的所述输入或输出波导；以及其中，当两个光学开关都处于所述第二状态时，将与所述输入波导中的每个相关联的所述第一多个光学开关中的每个光耦合到在所述输出波导中的不同一个输出波导中的所述第二多个光学开关中的一个。2.根据权利要求1所述的光切换装置，其中，所述1x2开关中的每个包括：可移位光交叉引导部，当所述光交叉引导部与所述1x2开关中的每个分别相关联于的所述输入或输出波导相距第一距离时，所述1x2开关处于所述第一状态，并且当所述光交叉引导部与所述1x2开关中的每个分别相关联于的所述输入或输出波导相距第二距离时，所述1x2开关处于所述第二状态；致动器，用于选择性地使所述可移位光交叉引导部移位，使得其距与其相关联的所述输入或输出波导的距离等于所述第一距离或所述第二距离。3.根据权利要求2所述的光切换装置，其中，所述致动器是基于MEMs的致动器。4.根据权利要求2所述的光切换装置，其中，所述致动器是数字双态致动器。5.根据权利要求2所述的光切换装置，其中，所述致动器是在所述第一状态中锁止的。6.根据权利要求1所述的光切换装置，还包括多个光耦合元件，当两个光学开关处于所述第二状态下时，所述多个光耦合元件每个将与所述输入波导中的每个相关联的所述第一多个光学开关中的一个光耦合到与所述输出波导中的一个相关联的所述第二多个光学开关中的一个。7.根据权利要求1所述的光切换装置，还包括第一平面光波或光子集成回路，在所述第一平面光波或光子集成回路中集成了所述多个输入波导和所述第一多个1x2光学开关。8.根据权利要求7所述的光切换装置，还包括第二平面光波或光子集成回路，在所述第二平面光波或光子集成回路中集成了所述多个输出波导和所述第二多个1x2光学开关。9.根据权利要求7所述的光切换装置，其中，所述第一平面光波或光子集成回路和所述第二平面光波或光子集成回路是在彼此上堆叠的。10.根据权利要求9所述的光切换装置，其中，所述第一平面光波或光子集成回路和所述第二平面光波或光子集成回路是彼此混合地附接的。11.根据权利要求9所述的光切换装置，其中，所述第一光波或光子集成回路和所述第二光波或光子集成回路是彼此单片地集成的。12.根据权利要求9所述的光切换装置，还包括多个垂直耦合器，当两个光学开关处于所述第二状态下时，所述多个垂直耦合器每个将与所述输入波导中的每个相关联的所述第一多个光学开关中的一个光耦合到与所述输出波导中的一个相关联的所述第二多个光学开关中的一个。13.根据权利要求1所述的光切换装置，其中，所述第一多个1x2光学开关和第二多个1x2光学开关中的所述1x2光学开关中的每个在所述第一状态中表现出比在所述第二状态中更低的损耗。14.根据权利要求1所述的光切换装置，还包括控制器，所述控制器用于通过使所述第一多个光学开关中的一个和所述第二多个光学开关中的一个被置于所述第二状态并且使所述第一多个光学开关和所述第二多个光学开关中的所有剩余光学开关被置于所述第一状态，从而选择性地将光从所述输入波导中的任何一个切换到所述输出波导中的任何一个。15.根据权利要求1所述的光切换装置，还包括控制器，所述控制器用于(i)通过使所述第一多个光学开关中的一个和所述第二多个光学开关中的一个被置于所述第二状态，从而选择性地将光从所述输入波导中的第一选择的一个输入波导切换到所述输出波导中的第一选择的一个输出波导，以及(ii)同时通过使所述第一多个光学开关中的另一个和所述第二多个光学开关中的另一个被置于所述第二状态，从而将光从所述输入波导中的第二选择的一个输入波导切换到所述输出波导中的第二选择的一个输出波导，同时(iii)使所述第一多个光学开关和第二多个光学开关中的所有剩余光学开关被置于所述第一状态。16.根据权利要求1所述的光切换装置，其中，所述输入波导和输出波导是空气包层波导。17.根据权利要求1所述的光切换装置，其中，所述输入波导和输出波导是单模波导。18.根据权利要求1所述的光切换装置，其中，所述多个输入波导和输出波导支持以单偏振状态传播的光。19.根据权利要求18所述的光切换装置，还包括：第二多个输入波导，所述第二多个输入波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰斐逊·L·瓦格纳，
申请(专利权)人：尼斯迪卡有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US