一种光开关及光交叉互连器件制造技术

本实用新型专利技术属于光通讯系统中光信号处理技术领域，提供了一种光开关及光交叉互连器件，光开关为层状结构，包括从下往上依次设置的基底、光开光控制层、工作层和上绝缘层，工作层包括对输入光波偏振态进行控制的旋转器和基于光波偏振态切换输出方向的平面波导；光交叉互连器件包括多个光开关，多个光开关阵列排布且纵横交叉连接，每行光开关设有一输入接口，每列光开关设有一输出接口，每个光开关可将光信号横向传输或纵向传输。光交叉互连器件可以作为光子芯片的一部分进行单片集成，或作为芯片集成于外围电路或光子回路中，或可在光交叉互连器件基础上增加电气接口与光纤接口、从而作为独立器件进行应用。

An optical switch and optical cross interconnect device

The utility model, which belongs to the optical signal processing technology in the optical communication system, provides a light switch and optical cross interconnect device. The optical switch is a layered structure, including the base, light opening control layer, the work layer and the upper insulating layer. The work layer includes the rotation of the polarization state of the input light wave. An optical cross interconnect device includes a plurality of optical switches, a plurality of optical switching arrays arranged and interconnected vertically and horizontally. Each row of optical switches has an input interface. Each optical switch has an output interface. Each optical switch can transmit or transmit light signals horizontally or longitudinally. Optical cross interconnect devices can be integrated as a part of the photonic chips, or are integrated into the peripheral circuits or photonic circuits as chips, or can be added to the optical cross interconnect devices on the basis of the optical interface and optical fiber interface, which can be used as independent devices.

【技术实现步骤摘要】
一种光开关及光交叉互连器件
本技术属于光通讯系统中光信号处理
，更具体地说，是涉及一种光开关及光交叉互连器件。
技术介绍
目前，面向移动网络、高清视频、云计算等应用的大数据服务正推动光通讯网络和数据中心的发展。传统的数据中心和光通讯网络由于基于光-电-光转换的交换方式，因而面临着带宽瓶颈。为了解决带宽瓶颈，光交换的概念在20世纪90年代被提了出来，并被视为解决带宽瓶颈的重要手段，但研发高综合性能的光交换器件仍是亟待解决的技术问题。目前，在商业应用方面，光交叉互连器件以MEMS(Microelectromechanicalsystems，即微机电系统)微镜阵列或LCoS(LiquidCrystalonSilicon，即硅基液晶)为主流。上述两种光交叉互连器件均采用自由空间光传播的方式，对光学对准和环境因素有严苛的要求，且器件体积较大，不适用于单片集成。在研究方面，虽然提出了众多基于平面光波导的光交叉互连器件，例如基于马赫-陈德尔干涉术的光开关、基于热光效应的硅基光开关阵列、基于半导体光放大的光开关阵列、基于MEMS可控光波导的光交换器件等，但是这些光交叉互连器件仍未能完整地实现光学损耗、端口扩展性、切换速度、尺寸、能耗、单片集成，以及鲁棒性等综合性能的平衡，因此尚未能在数据中心中得到应用。以上不足，有待改进。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光开关，以解决现有技术中存在的器件体积较大、不适于单片集成的技术问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种光开关，所述光开关为层状结构，包括从下往上依次设置的基底、光开光控制层、工作层和上绝缘层，所述工作层包括对输入光波偏振态进行控制的旋转器和基于光波偏振态切换输出方向的平面波导。进一步地，所述平面波导包括横向波导、纵向波导、转向波导和包覆所述横向波导、所述纵向波导和所述转向波导的包层，所述横向波导与所述纵向波导垂直相交，所述转向波导的一端与所述横向连接处连接，所述转向波导的另一端与所述纵向连接处连接。进一步地，所述旋转器包括横向旋转器和纵向旋转器，所述横向旋转器包括与所述横向波导的横向波导本体连接的横向液晶波导以及分布在所述横向液晶波导两侧的横向电极，所述纵向旋转器包括与所述纵向波导的纵向波导本体连接的纵向液晶波导以及分布在所述纵向液晶波导两侧的纵向电极。进一步地，所述横向液晶波导与所述横向波导本体通过横向锥形渐变波导连接，所述纵向液晶波导与所述纵向波导本体通过纵向锥形渐变波导连接。进一步地，所述转向波导的材料为双折射材料，所述横向液晶波导和所述纵向液晶波导的材料均为双折射液晶材料，所述横向波导和所述纵向波导的材料均为折射率与所述双折射材料的任一折射率相匹配的匹配材料，所述包层的材料的折射率低于所述双折射液晶材料的折射率、所述双折射材料的折射率和所述匹配材料的折射率。进一步地，所述横向液晶波导和所述纵向液晶波导的材料均为双折射液晶材料，所述横向波导和所述纵向波导的材料均为双折射材料，所述转向波导的材料为折射率与所述双折射材料的任一折射率相匹配的匹配材料，所述包层的材料的折射率低于所述双折射液晶材料的折射率、所述双折射材料的折射率和所述匹配材料的折射率。进一步地，所述横向波导和所述纵向波导的材料均为双折射液晶材料。进一步地，所述工作层还包括用于控制所述双折射液晶材料取向的下取向膜层和上取向膜层，所述下取向膜层设于所述光开关控制层和所述平面波导之间，所述上取向膜层设于所述平面波导和所述上绝缘层之间。进一步地，所述工作层还包括用于控制所述双折射液晶材料取向的上层工作电极，所述上层工作电极设于所述平面波导和所述上绝缘层之间；所述光开关控制层还包括下层工作电极，且所述平面波导设于所述下层工作电极和所述上层工作电极之间。本技术提供的一种光开关的有益效果在于：由于光开关为层状结构，且通过旋转器和平面波导可动态控制光波的传输路径，使同一束输入光波可以随时切换不同的输出方向，不需分别设计不同的传输路径，使得光开关整体结构紧凑，有效缩小了光开关的尺寸，从而有利于进行单片集成。本技术的目的还在于提供一种光交叉互连器件，包括多个上述光开关，多个所述光开关阵列排布且纵横交叉连接，每行所述光开关设有一输入接口，每列所述光开关设有一输出接口，每个所述光开关可将光信号横向传输或纵向传输。本技术提供的一种光交叉互连器件的有益效果在于：可以实现高性能的多关口光交换，尤其适用于数据中心的交换应用；光学损耗小，端口扩展性好，且具有更小的尺寸，可以作为光子芯片的一部分进行单片集成，或作为芯片集成于外围电路或光子回路中，或可在光交叉互连器件基础上增加电气接口与光纤接口、从而作为独立器件进行应用等。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的光开关的横截面示意图一；图2为本技术实施例提供的光开关的横截面示意图二；图3为本技术实施例提供的光开关的液晶层的平行截面示意图一；图4为本技术实施例提供的光开关的液晶层的平行截面示意图二；图5为本技术实施例提供的光开关的横向驱动器的结构示意图；图6为本技术实施例提供的光交叉互连器件的结构示意图。其中，图中各附图标记：1-光开关；101-第一侧边；102-第二侧边；11-基底；12-光开关控制层；13-下层包层；14-工作层；15-上绝缘层；121-电开关；122-驱动电极层；123-绝缘材料；124-导线；125-金属防护层；141-波导层；1411-横向波导；14111-横向波导本体；14112-横向锥形渐变波导；1412-纵向波导；14121-纵向波导本体；14122-纵向锥形渐变波导；1413-转向波导；1414-包层；1415-横向旋转器；1416-纵向旋转器；14151-横向液晶波导；14152-横向驱动电极；14153-横向接地电极；14161-纵向液晶波导；14162-纵向驱动电极；14163-纵向接地电极；142-下取向膜层；143-上取向膜层；144-上层包层；145-上绝缘层；146-下层工作电极；2-光输入接口；3-光输出接口。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图1和图2，一种光开关1，光开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光开关，其特征在于：所述光开关为层状结构，包括从下往上依次设置的基底、光开光控制层、工作层和上绝缘层，所述工作层包括对输入光波偏振态进行控制的旋转器和基于光波偏振态切换输出方向的平面波导。

【技术特征摘要】
1.一种光开关，其特征在于：所述光开关为层状结构，包括从下往上依次设置的基底、光开光控制层、工作层和上绝缘层，所述工作层包括对输入光波偏振态进行控制的旋转器和基于光波偏振态切换输出方向的平面波导。2.如权利要求1所述的光开关，其特征在于：所述平面波导包括横向波导、纵向波导、转向波导和包覆所述横向波导、所述纵向波导和所述转向波导的包层，所述横向波导与所述纵向波导垂直相交，所述转向波导的一端与所述横向连接处连接，所述转向波导的另一端与所述纵向连接处连接。3.如权利要求2所述的光开关，其特征在于：所述旋转器包括横向旋转器和纵向旋转器，所述横向旋转器包括与所述横向波导的横向波导本体连接的横向液晶波导以及分布在所述横向液晶波导两侧的横向电极，所述纵向旋转器包括与所述纵向波导的纵向波导本体连接的纵向液晶波导以及分布在所述纵向液晶波导两侧的纵向电极。4.如权利要求3所述的光开关，其特征在于：所述横向液晶波导与所述横向波导本体通过横向锥形渐变波导连接，所述纵向液晶波导与所述纵向波导本体通过纵向锥形渐变波导连接。5.如权利要求3所述的光开关，其特征在于：所述转向波导的材料为双折射材料，所述横向液晶波导和所述纵向液晶波导的材料均为双折射液晶材料，所述横向波导和所述纵向波导的材料均为折射率与所述双折射材料的任一折射率相匹配的匹配材料，所述包层的材料的折射率低于所述双折射液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张需明，李腾浩，陈庆明，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44