通过相邻谐振结构耦合的波导间的光学切换制造技术

本文所描述的示例涉及一种光学切换装置，其中，跑道型谐振结构被定位以通过耦合确定频率通带。在一些示例中，第一波导接收输入光信号。第二波导被定位成使得输入光信号能够通过第一耦合间隙在第一波导和第二波导之间耦合。跑道型谐振结构被定位成与第一耦合间隙相邻，以使得输入光信号能够通过第二耦合间隙在第一波导和第二波导中的一个波导与跑道型谐振结构之间耦合。因此，跑道型谐振结构用于确定频率通带，使得输入光信号的与频率通带一致的第一部分由第一波导输出，并且输入光信号的与频率通带不一致的第二部分由第二波导输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过相邻谐振结构耦合的波导间的光学切换政府权利声明本文所述的专利技术是在政府支持下根据美国国防部高级研究计划局(DARPA)颁发的授权合同号N66001-12-2-4007开发的。政府在本专利技术中享有一定权利。
技术介绍
光学信号的切换对于促进网络基础设施(包括在数据中心规模及以上处)具有重要作用。光学或光信号可以通过引导信号传播的波导进行传输。某些光学网络可以加入不同波长的多个光信号以用于沿着同一波导传输，例如在波分多路复用(WDM)中。然而，多个光信号可以不共享同一网络目的地。因此，当网络将某些选定的光信号(例如特定波长的光信号)切换到另一波导(例如去往不同的目的地的波导)时，可能发生光学切换。可以通过将光信号转换为电格式以通过电子开关来进行光学切换，随后再转换为光学格式。相比之下，某些全光学开关技术可以实现全光学切换设计，而无需进行转换。全光学开关可以允许所有数据信号保持为纯光学。然而，这种开关设计可以允许例如在其配置或参数中进行电子地控制。附图说明在以下详细描述中结合附图对某些示例进行描述，其中：图1是根据本公开的一些示例的光学切换装置的框图。图2是根据本公开的一些示例的光学切换装置的平面横截面的框图。图3是根据本公开的一些示例的包括控制机构的光学切换装置的框图。图4A至图4C是根据本公开的一些示例的与光学切换装置一起使用的跑道型谐振结构的框图。图5是根据本公开的一些示例的利用相邻跑道型谐振结构进行光学切换的方法的流程图。图6是根据本公开的一些示例的执行光学切换方法的光学切换装置的框图。图7A至图7B是根据本公开的一些示例的模拟光学切换装置的信号传递函数的示意图。图8A至图8C是根据本公开的一些示例的包括具有更改的波导宽度的区域的光学切换装置的框图。图9A至图9B是根据本公开的一些示例的模拟包括具有更改的波导宽度的区域的光学切换装置的信号传递函数的示意图。图10是根据本公开的一些示例的包括一组相邻跑道型谐振结构的光学切换系统的框图。图11是根据本公开的一些示例的包括一组电子控件的光学切换系统的框图。图12是根据本公开的一些示例的利用一组相邻跑道型谐振结构进行光学切换的方法的流程图。图13A-13C是根据本公开的一些示例的包括具有更改的耦合宽度的区域的光学切换系统的框图。具体实施方式本公开的示例涉及利用相邻谐振结构耦合进行光学切换的装置、系统和方法。这种光学切换设计可以以低损耗进行全光学切换并且能够实现用于光学开关的有效开关拓扑，包括用于高基数切换系统的设计。全光学切换可以指其中数据信号保持纯光学形式的光学切换。因此，与例如使用电子开关的光电切换相比，全光学切换技术可以允许在不转换光学信号的情况下进行切换。尽管如此，全光学切换仍然可以实现或适应适当的控制机构或过程。特别地，本公开的实施例提出了一种低损耗全光学切换的设计，包括能够在操作中实现动态参数控制的电子控制机构。基于这样的设计，一些实施例可以实现包括用于有效高基数切换的一组跑道型谐振结构的切换系统。一些实施例可以包括对波导宽度或耦合间隙宽度进行更改的设计，从而使得能够控制开关设计特性或相关操作参数。通常，光学切换在现代网络基础结构中可能起重要作用。尽管可以利用各种不同的电子开关通过转换来实现光学切换，但期望全光学切换设计来避免这种转换带来的显著成本(包括能量使用和网络延迟)。类似地，虽然可以通过没有转换成本的各种不同的全光学切换技术来尝试全光学切换，但针对全光开关的这种相应设计可能同样会带来各种问题：例如在缓慢的重新配置时间、高传输损耗或高电路复杂性方面仍然显著的成本、不期望的约束或低效率。例如，基于微机电系统(MEMS)的设计可以以大约数百毫秒的重新配置时间来操作，这对于各种实际使用可能太慢。类似地，基于通过包括电子控件的一个或多个微环谐振器的信号传输的设计可能会受到每微环2-3分贝(dB)的信号损失，总体上导致每微环调谐的高损耗或高功率使用。最后，基于波长重定向(例如，通过阵列光栅)的设计可能需要调谐精度不实际或不可用的激光源。在构建用于全光学切换的扩展或高基数系统时，这种特定开关设计的成本、约束或低效率可能变得尤其难以管理。因此，可能期望开发一种低损耗且可扩展的全光学开关设计，其开关拓扑更适合于构建有效、高基数的光学切换系统。在本公开的示例中，光学切换装置包括第一波导，第二波导和跑道型谐振结构。波导可以指适于引导或指引光信号的任何结构。跑道型谐振结构可以指以闭环形状设置的任何波导，包括各种微环谐振器。因此，第一波导可以被定位成接收输入光信号。第二波导可以被定位成使得输入光信号能够通过第一耦合间隙在第一波导和第二波导之间耦合。第一和第二波导可以由此设计、实现和/或用作定向耦合器。第一耦合间隙可以例如相对于第一和第二波导在表征该第一耦合间隙的其长度和宽度方面具有特定设计。特别地，第一耦合间隙可以被设计为使得由第一波导接收的任何输入光信号倾向于通过第二波导从第一耦合间隙离开，例如以“交叉(cross)”状态离开，而不是通过第一波导例如以“条(bar)”状态离开。因此，基于所述的特定设计，输入到第一耦合间隙的任何光信号可以倾向于以交叉状态离开。在这样的示例中，跑道型谐振结构被定位成与第一耦合间隙相邻。跑道型谐振结构可以允许选择输入光信号能够通过第二耦合间隙在第一和第二波导中的一个波导与跑道型谐振结构之间耦合。因此，跑道型谐振结构可以被定位成与定向耦合器相邻，以允许在装置内，即在输入光信号从第一耦合间隙离开之前在第一耦合间隙和第二耦合间隙之间耦合。第二耦合间隙可以因此例如相对于第一耦合间隙在其长度和宽度方面具有特定的设计。特别地，第二耦合间隙可以被设计成使得跑道型谐振结构过耦合到相应波导，例如被设计成具有使得由于耦合引起的损耗与耦合功率相比很小或者可忽略的宽度。此外，第二耦合间隙可以被设计成使得其长度适当地或基本上短于第一耦合间隙的长度。总之，第二耦合间隙的这种特定设计及其与第一耦合间隙的相邻定位可以在其中允许选择为在第二耦合间隙上进行耦合的任何输入光信号“还原(undo)”、“逆反(reverse)”或以其它方式更改第一耦合间隙上的耦合效应。例如，在第二耦合间隙上耦合的输入光信号然后可以通过第一波导离开第一耦合间隙，例如以条状态而不是以其可能已经以其他方式离开的交叉状态作为输出。因此，该装置可以进行全光学切换。在一些这样的示例中，跑道型谐振结构可以相对于第一耦合间隙对称地定位，使得第二耦合间隙可以相对于第一耦合间隙的长度对称地定位。然而，如下面进一步详细解释的，各种示例可以在跑道型谐振结构或第二耦合间隙的定位方面具有相对灵活的适当设计，例如，与第一耦合间隙相邻且没有特定的对称性限制。通常，对称定位可以通过相对于第一耦合间隙的长度的第一半和第一耦合间隙的第二半对称地还原在第一耦合间隙的长度上的耦合效应来促进装置的切换。然而，适当的设计可以使第二耦合间隙“还原”、“逆反”或以其他方式更改第一耦合间隙上的耦合，而无需位置上的精确对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学切换装置，包括：/n第一波导，所述第一波导用于接收输入光信号；/n第二波导，所述第二波导被定位成使得所述输入光信号能够通过第一耦合间隙在所述第一波导和所述第二波导之间耦合；以及/n跑道型谐振结构，所述跑道型谐振结构被定位成与所述第一耦合间隙相邻，以使得所述输入光信号能够通过第二耦合间隙在所述第一波导和所述第二波导中的一个波导与所述跑道型谐振结构之间耦合；/n其中，所述跑道型谐振结构用于确定频率通带，使得所述输入光信号的与所述频率通带一致的第一部分被通过所述第一波导输出，并且所述输入光信号的与所述频率通带不一致的第二部分被通过所述第二波导输出。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171205 US 15/831,7331.一种光学切换装置，包括：
第一波导，所述第一波导用于接收输入光信号；
第二波导，所述第二波导被定位成使得所述输入光信号能够通过第一耦合间隙在所述第一波导和所述第二波导之间耦合；以及
跑道型谐振结构，所述跑道型谐振结构被定位成与所述第一耦合间隙相邻，以使得所述输入光信号能够通过第二耦合间隙在所述第一波导和所述第二波导中的一个波导与所述跑道型谐振结构之间耦合；
其中，所述跑道型谐振结构用于确定频率通带，使得所述输入光信号的与所述频率通带一致的第一部分被通过所述第一波导输出，并且所述输入光信号的与所述频率通带不一致的第二部分被通过所述第二波导输出。


2.如权利要求1所述的装置，其中：
所述第一耦合间隙使得当所述输入光信号与所述频率通带不一致时，所述光学切换装置通过所述第二波导输出所述输入光信号。


3.如权利要求1所述的装置，其中：
所述第二耦合间隙使得所述跑道型谐振结构相对于所述第一波导和所述第二波导中的一个波导过耦合。


4.如权利要求1所述的装置，其中：
所述跑道型谐振结构相对于所述第一耦合间隙对称地定位，使得所述第二耦合间隙相对于所述第一耦合间隙的长度对称地定位。


5.如权利要求1所述的装置，包括：
电子控制机构，所述电子控制机构用于改变所述跑道型谐振结构的所述频率通带。


6.如权利要求1所述的装置，其中：
所述第一波导和所述第二波导中的一个波导包括：与所述第一耦合间隙和所述第二耦合间隙相邻的具有更改的波导宽度的区域。


7.一种用于光学切换的系统，包括：
第一波导，所述第一波导被定位成使得输入光信号能够通过第一耦合间隙并且在所述第一波导与第二波导之间的耦合长度上从所述第一波导耦合到所述第二波导；以及
第一组跑道型谐振结构，其中，所述第一组中的每个跑道型谐振结构被沿着所述耦合长度定位，以使得所述输入光信号能够从所述第一波导和所述第二波导中的一个波导耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·凯乌平斯基，胡树韧，M·A·塞耶迪，T·范瓦伦伯格，G·J·门多萨，J·佩尔茨，
申请(专利权)人：慧与发展有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US