用于光学输入/输出阵列的系统和方法技术方案

提供了具有分区波导路由拓扑的高密度片上光学输入/输出(I/O)阵列的系统和方法实施例。用于片上光学I/O阵列的系统和装置实施例实现了光子集成电路(PIC)片上给定的覆盖区内加倍光学I/O阵列的密度。用于片上光学I/O阵列的系统和装置实施例还提供了波导路由拓扑，在未使用波导相交且未与连接设备和I/O端口的波导相交时，该波导路由拓扑提供信号反馈，以便于光纤阵列向表面光栅耦合器元件的自动的主动对准以及耦合。在一种实施例中，PIC芯片包括多个第一光学I/O元件以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的第一光学I/O元件和第二光学I/O元件。

System and method for an optical input / output array

A system and method of implementing a high-density on-chip optical input / output (I/O) array with a partitioned waveguide routing topology are provided. Systems and devices for on-chip optical I/O arrays implement density doubling of optical I/O arrays in a given coverage area of a photonic integrated circuit (PIC) chip. For example a system and a device for optical I/O array chip also provides waveguide routing topology without using waveguide intersection and not intersect with the waveguide connection device and the I/O port, the waveguide routing topology provides the feedback signal for optical fiber array to the surface grating coupler element automatic active alignment and coupling. In one embodiment, the PIC chip includes a plurality of first optical I/O elements and a plurality of second optical I/O elements, wherein a row of I/O elements includes an alternate arranged first optical I/O element and a second optical I/O element.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学输入/输出阵列的系统和方法本申请要求享受2014年9月2日提交的申请号为14/475145、专利技术名称为“用于光学输入/输出阵列的系统和方法”的美国非临时申请的权益，该申请在此通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种集成光子系统，并且，在具体的实施例中，涉及具有大量且高密度的光学输入/输出(I/O)的光学系统中，用于波导的高效路由的系统和装置。
技术介绍
光子集成电路(PIC)技术有望在光通信、图像处理、计算和传感系统中发挥越来越重要的作用，这将有望显著降低这些系统的成本和重量。这项技术的未来发展很大程度上依赖于对该技术进行更好可扩展性、可测性、高性能以及成本效益开发的能力。片上表面光栅耦合器(gratingcoupler，GC)光学I/O接口组件对于每一个PIC互连都很关键。最新的发展已经产生了有效地将光耦合至标准光纤以及从标准光纤耦合到光的紧凑型GC。通过在阵列配置中排列纤维和光学I/O并引入光学反馈环路，该光学对准过程可以变得更有效，但成本较大。光纤阵列和GC光学I/O都应当具有相同的公认标准栅距127微米(μm)，这既限制了PIC芯片密度也增加了总成本。此外，现有光学反馈环路的配置不允许灵活的光学互连。当每个芯片需要大量的光学I/O时，由于光学I/O覆盖区可能变得异常昂贵，问题也变得更加严重。此外，这会阻止晶圆级自动化测试和验证。
技术实现思路
根据一种实施例，一种PIC芯片包括多个第一光学I/O元件以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，并且其中所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。根据一种实施例，一种配置为发送和接收光信号的网络组件包括输入接口；输出接口；以及控制器和开关元件中的至少一个，其中，所述输入接口、所述输出接口以及所述控制器和开关元件中的至少一个中的至少一个包括PIC芯片，其中所述PIC芯片包括多个第一光学I/O元件；以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，并且其中所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。根据一种实施例，一种光子芯片，包括片上光学I/O元件的第一阵列；以及片上光学I/O元件的第二阵列，其中，所述第一阵列和所述第二阵列互锁，使得所述第一阵列中的I/O元件与所述第一阵列中的另一I/O元件通过所述第二阵列中的I/O元件相分离，并使得所述第二阵列中I/O元件与所述第二阵列中另一I/O元件通过所述第一阵列中的I/O元件相分离。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，请结合附图参考如下描述，其中：图1是一种实施例的具有光学I/O阵列的PIC芯片的示意图；图2是一种实施例的具有光学阵列和反馈环路波导的PIC的示意图；图3是PIC的布局图，示出了相对于现有技术系统，由根据所公开的系统排列的光学I/O组件占据的PIC的覆盖区面积的差别；以及图4是一种实施例的光学数据路由器的框图。具体实施方式下面将对优选实施例的形成和使用进行详细讨论。然而，应理解，本专利技术提供了很多可适用的专利技术构思，这些专利技术构思可以在各种各样的特定背景下体现。讨论的具体实施例仅仅是以示意性的具体方式来形成和使用本专利技术，并不限制本专利技术的范围。针对光学I/O阵列，现有方案提供了有限的密度。阵列中相邻GC元件之间的密度被固定在127μm并由光纤阵列栅距决定。将光纤阵列栅距减少到127μm以下成本非常高。当阵列中需要保偏光纤时，问题就更大。此外，光学反馈环路的现有方案只允许从阵列的一侧(顶部或底部)连接。在加倍密度阵列中使用现有技术，如本文所述，需要添加若干波导交叉组件，这会引入额外的光损耗。本文公开的是用于高密度片上光学I/O的系统和装置。在一种实施例中，更高密度的片上光学I/O是通过在阵列覆盖区中加倍表面GC元件的数目来实现的。通过交错两个I/O阵列(阵列“A”和阵列“B”)，将相邻GC元件之间的距离降低到68.5μm，同时每个阵列中的标准栅距保持在127μm。因此，整个覆盖区的轻微增加(约5％)就使得光学I/O达到两倍之多。通过偏移光纤阵列探头，利用相同的标准光纤阵列可以实现将光耦合到新提出的光学I/O阵列。在一个实施例中，相比于现有技术系统，使用所公开的高密度片上光学I/O，总体光学I/O覆盖区减少了34％。在一种实施例中，公开了一种波导路由拓扑，以提供便于阵列“A”和“B”进行光纤阵列对准的光学反馈对准环路。此外，该拓扑以这种方式对阵列进行分区：允许从顶部和底部连接到GC元件并从GC元件连接，而不需要任何波导相交。因此，可以简化设计布局，实质上增加连接的光学组件/设备的数量。在一种实施例中，公开了一种较高密度的片上光学I/O。此外，公开了一种分区波导路由拓扑，使得在没有任何额外的光波导相交元件时全部接入所有光学I/O或从所有光学I/O接入。引入GC光学I/O的较高密度阵列和波导路由拓扑，增加了光学互连的灵活性。具有表面GC元件的光学I/O是每一个硅光子(Siliconphotonic，SiP)芯片的重要组件。然而，为了跟上SiP芯片密度的快速增长，光学I/O设计人员面临着双重挑战—增加I/O密度的同时降低总体I/O覆盖区。这些富有挑战性的任务通过本公开的系统和装置得以解决。本公开的GC元件的较高密度排列和本公开的拓扑结构，与片上设备与组件的自动光学测试完美匹配。SiP芯片的自动测试已经实现。增加每个阵列的光学I/O的数量使得I/O区域更加紧凑，反过来缩短了光纤阵列探头的行进路线。此外，本公开的系统和装置通过大幅提高测试效率允许更多的设备同时被测试。对大规模生产的SiP芯片的晶圆级自动化测试也将受益于本公开的系统和设备。与电子ASIC电路相似，工厂生产的SiP芯片需要晶圆级测试。具有光学反馈环路的高密度光学I/O阵列允许此种生产的发展。图1是一种实施例的具有光学I/O阵列的光子集成电路(photonicintegratedcircuit，PIC)芯片100的示意图。PIC100有第一侧150和第二侧152，并包括多个光学I/O元件111-120，131-140。该第一侧150和该第二侧152也可以被称为PIC100的顶部和底部。I/O元件被分成两个阵列—A和B。阵列A包括标示为A1-A10的光学I/O元件111-120。阵列B包括标示为B1-B10的光学I/O元件131-140。阵列A和B以交错的方式排列，使得阵列A中的光学I/O元件(例如光学I/O元件A6116)与阵列A中的另一光学I/O元件(例如光学I/O元件A7117)通过阵列B中的光学I/O元件(例如光学I/O元件B6136)相分离。类似地，阵列B中的光学I/O元件(例如光学I/O元件B3133)与阵列B中的另一光学I/O元件(例如光学I/O元件B4134)通过阵列A中的光学I/O元件(例如光学I/O元件A4114)相分离。在一种实施例中，阵列A中的光学I/O元件111本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子集成电路PIC芯片，包括：多个第一光学输入/输出I/O元件；以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，以及其中，所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.02 US 14/475,1451.一种光子集成电路PIC芯片，包括：多个第一光学输入/输出I/O元件；以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，以及其中，所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。2.根据权利要求1所述的PIC芯片，其中所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件包括表面光栅耦合器SGC。3.根据权利要求2所述的PIC芯片，其中连续的第一SGC和第二SGC之间的距离包括所述第一SGC和第二SGC之一的栅距的一半。4.根据权利要求1所述的PIC芯片，其中相邻光学I/O元件之间的距离为光纤阵列探头中相邻光纤的距离的一半。5.根据权利要求1所述的PIC芯片，还包括波导路由拓扑，所述波导路由拓扑提供信号反馈，以便于光纤阵列向表面光栅耦合器SGC元件的自动的主动对准以及耦合。6.根据权利要求5所述的PIC芯片，其中所述波导路由拓扑被配置为未使用波导相交时，允许每个I/O元件连接到对应的光学元件。7.根据权利要求5所述的PIC芯片，其中所述波导路由拓扑被配置为使得光学反馈对准环路与将设备和所述I/O元件连接的波导不相交。8.一种配置为发送和接收光信号的网络组件，所述网络组件包括：输入接口；输出接口；以及控制器和开关元件中的至少一个，其中，所述输入接口、所述输出接口以及所述控制器和开关元件中的至少一个中的至少一个包括光子集成电路PIC芯片，其中所述PIC芯片包括：多个第一光学输入/输出I/O元件；以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，以及其中，所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。9.根据权利要求8所述的网络组件，其中所述第一光学I/O元件和第二光学I/O元件包括表面光栅耦合器SGC。10.根据权利要求9所述的网络组件，其中连续的第一SGC和第二SG...

【专利技术属性】
技术研发人员：德瑞坦·瑟娄，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44