低损耗、低串扰光模式多路复用器和光学交叉互连件制造技术

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。被配置为过滤第二输入模式。被配置为过滤第二输入模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低损耗、低串扰光模式多路复用器和光学交叉互连件


[0001]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(multiple waveguide
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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。

技术介绍

[0002]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
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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
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stage optical crossover)的示意图。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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
[0012]概览
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]示例实施例
[0017]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
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27dB的串扰。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌涛，陈诗怡，拉维，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：