專利名稱：一種光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及光通信中實現(xiàn)光交換的 一種光開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的光開關(guān)有機械式光開關(guān)、MEMS (微機械式， Micro-Electro-Mechanical Systems )光開關(guān)和波導(dǎo)型熱光光開關(guān)等，這些光 開關(guān)的響應(yīng)速度一般為毫秒量級，但對光分組交換0BS/0PS技術(shù)所需要的光交 換光開關(guān)，需要有納秒量級的開關(guān)響應(yīng)速度。
目前響應(yīng)速度在納秒兩級的光開關(guān) 一般利用硅材料載流子的等離子色散效 應(yīng)實現(xiàn)。原理如下在傳輸光信號的波導(dǎo)周圍注入硅材料，在硅材料上施加一 定的電壓會導(dǎo)致硅材料載流子濃度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生硅材料載流子的等離子 色散效應(yīng)，這種等離子色散效應(yīng)將引起硅材料折射率發(fā)生變化，進(jìn)而改變光信 號在波導(dǎo)中傳輸?shù)牡刃Ч獬?，以達(dá)到改變最后從波導(dǎo)中的光信號的相位。上述 硅材料載流子的等離子色散效應(yīng)具有納秒以上的響應(yīng)速度，非常適合用于高速 光開關(guān)。
按照波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和工作原理來劃分，現(xiàn)有技術(shù)中利用上述硅材料載流子的等 離子色散效應(yīng)的光開關(guān)主要包括Y分叉型和全內(nèi)反射型的數(shù)字型光開關(guān)(DOS, Digital Optical Switch)結(jié)構(gòu)，基于MZI (Much - Zahnder，馬赫-曾德)干涉 型光開關(guān)結(jié)構(gòu)、以及利用微環(huán)諧振腔的光開關(guān)結(jié)構(gòu)等。
其中，Y分叉或全內(nèi)反射型的數(shù)字型光開關(guān)需要較大的控制功耗， 一般不適 合大規(guī)模光開關(guān)陣列的制作。
如圖1所示，圖示出了常規(guī)MZI干涉型光開關(guān) 構(gòu)，在1X2分束器輸出的兩個波導(dǎo)臂中的其中 一個波導(dǎo)臂上設(shè)置了相位調(diào)制器，相位調(diào)制器由硅材料制 成，利用硅材料載流子的等離子色散效應(yīng)控制輸出波導(dǎo)的光信號的相位。當(dāng)相 位調(diào)制器使得光信號產(chǎn)生的相位變化為7T時，兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號將會在
2X2分束器的其中一個輸出端A產(chǎn)生干涉輸出，而另 一個輸出端B將不會有光信 號輸出；當(dāng)相位調(diào)制器使得光信號產(chǎn)生的相位變化不是7T時，兩個波導(dǎo)臂輸出 的光信號將會在2X2分束器的其中一個輸出端B產(chǎn)生干涉輸出，而另一個輸出 端A將不會有光信號輸出，即可實現(xiàn)光開關(guān)的功能。
上述MZI干涉型光開關(guān)需要兩個波導(dǎo)臂中光強分束的具有對稱性，但由于 硅材料的載流子色散效應(yīng)引起硅材料的折射率變化的同時，伴隨的吸收光信號 的能量也非常大，造成最后輸出的光信號產(chǎn)生較大附加損耗，嚴(yán)重改變MZI干 涉型光開關(guān)中兩個波導(dǎo)臂中光強的對稱性，并且不能4吏得光開關(guān)消光比控制在 較小范圍內(nèi)(目前光信號的損耗只能控制在10dB左右)。并且上述MZI干涉型
光開關(guān)需要嚴(yán)格的TT相位控制。
如圖2所示，圖示出了常規(guī)的利用微環(huán)諧振腔的光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，從波 導(dǎo)1的入射端輸入的光信號，如果該光信號的波長符合諧振條件，在波導(dǎo)1與 微環(huán)諧振腔的耦合處耦合到微環(huán)諧振腔中傳輸，并從波導(dǎo)2與微環(huán)諧振腔的耦 合處耦合到波導(dǎo)2傳輸，最后該光信號從波導(dǎo)2的反射端輸出；如果該光信號 的波長不符合諧振條件，將直接從波導(dǎo)1的直通端輸出，這種控制光信號從不 同端輸出的功能就是光開關(guān)需要的功能。
由于從反射端輸出光信號的情況要求光信號的波長符合諧振條件，上述利 用微環(huán)諧振腔的光開關(guān)結(jié)構(gòu)，對光信號的波長非常敏感，要獲得高消光比時， 微環(huán)諧振腔的損耗對該光開關(guān)中傳輸?shù)墓庑盘柕母郊訐p耗影響較大
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種光開關(guān)，該光開關(guān)具有較高的消光比，并且對于 光波波長并不會特別每丈感。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案 一種光開關(guān)，包括 輸入分束器，用于輸入光信號； 輸出分束器，用于輸出光信號；
兩個波導(dǎo)臂，連接在所述輸入分束器和輸出分束器之間，用于從輸入分束 器向輸出分束器傳輸光信號；
兩組微環(huán)諧振腔，分別與所述兩個波導(dǎo)臂耦合，用于分別調(diào)整對應(yīng)波導(dǎo)臂 輸出的光信號的相位。
本發(fā)明實施例提供的光開關(guān)由于在每個波導(dǎo)臂上都耦合設(shè)置了 一組微環(huán)諧 振腔，能夠調(diào)整在波導(dǎo)臂中傳輸?shù)墓庑盘柕南辔唬沟脙蓚€波導(dǎo)臂輸出的光信 號具有相位差，實現(xiàn)光開關(guān)功能。本實施例中輸入分束器輸入的光信號在兩個 波導(dǎo)臂中傳輸，所述兩個波導(dǎo)臂中的光信號分別耦合到對應(yīng)的微環(huán)諧振腔中， 通過改變，微環(huán)諧振腔的折射率，這樣就可以改變光信號在微環(huán)諧振腔中傳輸 的等效光程，并最終改變輸出光信號的相位。如果上述兩組;敞環(huán)諧振腔對其對
應(yīng)的波導(dǎo)臂中光信號產(chǎn)生的相位改變剛好為7t的偶數(shù)倍和奇數(shù)倍的兩狀態(tài)時，
對應(yīng)波導(dǎo)臂輸出的光信號的強度相等或分別相等。這樣就可以控制從輸出分束 器輸出的光信號，實現(xiàn)高消光比光開關(guān)的功能。
由于本實施例采用對兩個波導(dǎo)臂同時進(jìn)行控制，只需要兩個波導(dǎo)臂中光信 號的相位相差tt的偶數(shù)倍或者兀的奇數(shù)倍，并不要求微環(huán)諧振腔完全處于諧振 狀態(tài)，對于不同波長的光信號，可以讓微環(huán)諧振腔不處于諧振狀態(tài)，采用不同
的調(diào)制點，使得波導(dǎo)臂中光信號的相位相差7t的偶數(shù)倍或者7t的奇數(shù)倍，故而本實施例光開關(guān)對于光波波長并不會特別敏感。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)MZI干涉型光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖2為現(xiàn)有技術(shù)中利用微環(huán)諧振腔的光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明實施例1中光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖4為本發(fā)明實施例2中光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明實施例2中波導(dǎo)臂輸出光信號的響應(yīng)圖6為本發(fā)明實施例2中p-i-n結(jié)注入的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明實施例3中光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖8為本發(fā)明實施例3中跑道形微環(huán)諧振腔示意圖9為本發(fā)明實施例3中橢圓形微環(huán)諧振腔示意圖10為本發(fā)明實施例3中微碟形微環(huán)諧振腔示意圖11為本發(fā)明實施例3中銅錢形微環(huán)諧振腔示意圖12為本發(fā)明實施例3中按照并聯(lián)連接的微環(huán)諧振腔的示意圖13為本發(fā)明實施例3中按照串聯(lián)連接的微環(huán)諧振腔的示意圖14為本發(fā)明實施例3中按照網(wǎng)狀連接的微環(huán)諧振腔的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例光開關(guān)進(jìn)行詳細(xì)描述。
實施例1:
如圖3所示，本實施例提供一種光開關(guān)，包括輸入分束器31、輸出分束 器32、兩個波導(dǎo)臂33以及兩組微環(huán)諧振腔34。
該輸入分束器31上設(shè)有一個輸入端和兩個輸出端， 出分束器32上設(shè)有 兩個輸入端和至少一個輸出端，在輸入分束器31的兩個輸出端和輸出分束器32的兩個輸入端之間通過兩個波導(dǎo)臂33連接。這樣由輸入分束器31輸入的光信 號通過兩個波導(dǎo)臂33傳輸?shù)捷敵龇质?2，并最終,人輸出分束器32的輸出端 輸出。
本實施例中的光開關(guān)關(guān)鍵在于在上述兩個波導(dǎo)臂33上分別耦合了兩組微 環(huán)諧振腔34,對在波導(dǎo)臂33中傳輸?shù)墓庑盘栠M(jìn)行相位調(diào)整。上述光信號在波導(dǎo) 臂33的傳輸過程中，會耦合到微環(huán)諧振腔34中，調(diào)整施加在微環(huán)諧振腔34上 的電壓可以該微環(huán)諧振腔34的折射率，這樣就能夠改變光信號在微環(huán)諧振腔34 中傳輸?shù)牡刃Ч獬蹋?dāng)光信號重新由微環(huán)諧振腔耦合回對應(yīng)波導(dǎo)臂33時，其相 位發(fā)生了改變，故而本實施例中的微環(huán)諧振腔34實現(xiàn)了對波導(dǎo)臂33中光信號 的相位進(jìn)行調(diào)整。
如果兩組;微環(huán)諧振腔34對其對應(yīng)的波導(dǎo)臂33中光信號都進(jìn)行相位調(diào)整， 并使得兩個波導(dǎo)臂33輸出的光信號的相位相差為丌的偶數(shù)倍或者7T的奇數(shù)倍， 這樣就可以^使得在輸出分束器32將兩個具有相位差的光信號耦合起來。當(dāng)相位 差為Ti的偶數(shù)倍時，耦合后的光信號從輸出分束器32的一個輸出端輸出；當(dāng)相 位差為7T的奇數(shù)倍時，耦合后的光信號從輸出分束器32的另一個輸出端輸出， 或者不輸出。
進(jìn)一步地，本實施例中的微環(huán)諧振腔34采用載流子的等離子色散效應(yīng)制作， 所以，調(diào)整施加在^:環(huán)諧振腔34上的電壓可以調(diào)整p-i-n注入?yún)^(qū)的載流子濃度， 進(jìn)而改變該微環(huán)諧振腔34的折射率，這樣就能夠改變光信號在微環(huán)諧振腔34 中傳輸?shù)牡刃Ч獬獭?br> 由以上描述可知，本實施例中的光開關(guān)通過微環(huán)諧振腔控制光信號的相位， 從而實現(xiàn)光開關(guān)的功能，具有較低的控制功耗。由于微環(huán)諧振腔采用了載流子 的等離子色散效應(yīng)制作，載流子的等離子色散效應(yīng)響應(yīng)速度能夠達(dá)到納秒級。并且利用諧振腔的諧振特性，使得在諧振點附近時，不會因為載流子的等離子 色散效應(yīng)吸收改變干涉兩臂的相對光信號強度，即在相位相差為TT的偶數(shù)倍或 為7T的奇數(shù)倍的兩狀態(tài)時，保證兩輸出光信號的在這兩個狀態(tài)時光強分別相等， 所以，本實施例提供的光開關(guān)具有較高的消光比。
并且由于本實施例采用對兩個波導(dǎo)臂同時進(jìn)行控制，只需要兩個波導(dǎo)臂中 光信號的相位相差丌的偶數(shù)倍或者7T的奇數(shù)倍，并不要求微環(huán)諧振腔完全處于 諧振狀態(tài)，對于不同波長的光信號，可以讓微環(huán)諧振腔不處于諧振狀態(tài)，采用 不同的調(diào)制點，使得波導(dǎo)臂中光信號的相位相差7T的偶數(shù)倍或者7T的奇數(shù)倍， 故而本實施例光開關(guān)對于光波波長并不會特別敏感。
實施例2:
本實施例還提供一種光開關(guān)，如圖4所示，本實施例中光開關(guān)采用1X2型 分束器作為輸入分束器，用來輸入光信號；同時，該光開關(guān)采用2X2型分束器 作為輸出分束器，在1X2型分束器和2X2型分束器之間通過兩個波導(dǎo)臂相連， 并在兩個波導(dǎo)臂分別設(shè)置了兩組相應(yīng)的微環(huán)諧振腔，并且這兩組微環(huán)諧振腔的 參數(shù)相同，即都是參數(shù)相同的單微環(huán)諧振腔。
本實施例中的1X2型分束器可以采用Y分叉波導(dǎo)制成，所述2X2型分束器 可以采用X結(jié)波導(dǎo)制成。上述兩種分束器均可以采用定向耦合器制成，或者由 多模干涉器制成。
當(dāng)光信號從1X2型分束器的兩個輸出端分別輸出到兩個波導(dǎo)臂之后，經(jīng)由 單微環(huán)諧振腔的作用，波導(dǎo)臂中輸出光信號的頻率響應(yīng)可表示如下
l-,xpor + ^) (l) 在上面公式中，p為波導(dǎo)臂與單微環(huán)諧振腔的耦合區(qū)為直通時的場強比例，并且功率耦合比例滿足K-V^7 ; Y為光繞單微環(huán)諧振腔一周的場強剩余比 例，光繞單微環(huán)諧振腔一周的功率損耗為Loss=201gY， *為調(diào)節(jié)時歸一化的
相位的偏移。W為光信號中光子的角頻率，因此G)-2jtf， f為光信號中光子的
頻率。T為光繞單孩i環(huán)諧振腔一周所需的時間，T=L*ng/c, L為單微環(huán)諧振腔的 周長，ng為群折射率，c為真空中的光速。
由上面頻率響應(yīng)可以得知輸出光信號的功率為
"、P2 + , — 2^acos(6;71 + /(ft)) 二 ——^--^-^
1 + / — 2;^cos(^r + ^) (2) 輸出光信號的相位為
(1 — p2)"sin(tyr + p)
,)=tan-、Im[/7(cy)]/Re[//0)]) = tan-
(l + ^2)p —+ )C0S(6 r + p)
(3)
有上述公式(2)和公式(3)可以得出由波導(dǎo)臂輸出的光信號的功率響應(yīng) 圖，以及頻i普圖，具體見圖5，圖5中上半部分為輸出光信號的功率隨"T的變 化圖，圖5中下半部分為輸出光信號的相位隨"T的變化圖。
通過分析圖5得出如果讓兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號分別對應(yīng)于圖5中的A
點和A'點，則兩個波導(dǎo)臂輸出光信號之間的相位差為7T的偶數(shù)倍，并且兩個波
導(dǎo)臂輸出的光信號的功率相等，當(dāng)這兩個光信號在圖4中的2X2型分束器中耦 合后，從2X2型分束器的其中一個輸出端輸出，相當(dāng)于本實施例中的光開關(guān)處 于"ON"狀態(tài)，由于上述"ON"狀態(tài)時，兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的功率最高， 保證了 "ON"狀態(tài)的附加損耗較低。 一般情況下，要^f吏得所述兩個波導(dǎo)臂輸出 的光信號相位差為7T的偶數(shù)倍，需要光信號在所述微環(huán)諧振腔中發(fā)生諧振，并 諧振后耦合到對應(yīng)的波導(dǎo)臂中傳輸。
如果讓兩個波導(dǎo)臂輸出光信號分別對應(yīng)于圖5中的B點和B，點，則兩個波 導(dǎo)臂輸出光信號之間的相位差為r的奇數(shù)倍，并且兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號的功率相等，當(dāng)這兩個光信號在圖4中的2X2型分束器中耦合后，從2X2型分束 器的另一個輸出端輸出，相當(dāng)于本實施例中的光開關(guān)處于"0FF"狀態(tài)，由于上 述"OFF"狀態(tài)時，兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的功率相等，于是避免了由于兩個波 導(dǎo)臂輸出光信號的功率不平衡而導(dǎo)致的消光比不高的缺點。并且，由于"OFF" 狀態(tài)只需要保證B點和B，點的相位相差7T的奇數(shù)倍，由兩個波導(dǎo)臂輸出光信號 同時調(diào)制產(chǎn)生7T的奇數(shù)倍的相位差，相對于現(xiàn)有技術(shù)中只調(diào)制一個波導(dǎo)臂的光 信號而言，本實施例中的調(diào)制7T的奇數(shù)倍的相位差更為容易。
上述的"ON"狀態(tài)和"OFF"狀態(tài)共同實現(xiàn)了光開關(guān)的功能。 在微環(huán)諧振腔中通過施加電壓改變載流子濃度，從而使得微環(huán)諧振腔中出 現(xiàn)等離子色散效應(yīng)，進(jìn)而該變該微環(huán)諧振腔的折射率，這樣就可以改變光信號 在微環(huán)諧振腔中傳輸?shù)牡刃Ч獬?，并最終改變輸出光信號的相位。
本實施例中由于微環(huán)諧振腔采用了載流子的等離子色散效應(yīng)制作，載流子 的等離子色散效應(yīng)響應(yīng)速度能夠達(dá)到納秒級，且具有較低的控制功耗。并且利 用諧振腔的諧振特性，使得在諧振點附近時，不會因為載流子的等離子色散效
應(yīng)吸收改變干涉兩臂的相對光信號強度，即在改變相位為7T偶數(shù)和奇數(shù)倍的兩
狀態(tài)時，保證兩輸出光信號的在兩個狀態(tài)時分別相等，所以，本實施例提供的 光開關(guān)具有較高的消光比。
本實施例中光開關(guān)中可以采用不同的調(diào)制過程，實現(xiàn)光信號從2X2型分束 器不同的輸出端輸出，例如
第一種調(diào)制方式，當(dāng)光開關(guān)處于"ON"狀態(tài)，可以讓兩個波導(dǎo)臂輸出的光 信號同時對應(yīng)于圖5中的A點，當(dāng)需要控制光開關(guān)轉(zhuǎn)向"OFF"狀態(tài)時，可以通 過調(diào)制上述的單微環(huán)諧振腔，將其中一個波導(dǎo)臂輸出的光信號調(diào)制到B點(稱 淺調(diào)制)，而將另一個波導(dǎo)臂輸出的光信號調(diào)制到B'點(稱深調(diào)制)，即可將光開關(guān)調(diào)成"OFF"狀態(tài)。
圖5是較理想條件下得到的響應(yīng)曲線，雖然在實際的淺調(diào)制和深調(diào)制時響 應(yīng)曲線略有不同，可以通過將單微環(huán)諧振腔與波導(dǎo)臂之間設(shè)計成過耦合狀態(tài)， 使得深調(diào)制附加的損耗不會破壞過耦合條件，這樣就可以使淺調(diào)制和深調(diào)制的 響應(yīng)曲線不會有太大差別。為了使的光開光的"OFF"狀態(tài)更加精確，可以通過 實際測量淺調(diào)制和深調(diào)制的響應(yīng)曲線，并在淺調(diào)制和深調(diào)制的響應(yīng)曲線與B點 及B，點對應(yīng)的狀態(tài)點。正是因為本實施例可以通過實際測量響應(yīng)曲線得到上述 的狀態(tài)點，針對不同波長的光信號可以采用分別得到不同的響應(yīng)曲線，故而本 實施例中的光開關(guān)對波長不敏感，并且本實施例只利用了波導(dǎo)臂和微環(huán)諧振腔 耦合后其輸出光信號的相位變化特性，并沒有要求微環(huán)諧振腔需要工作在諧振 點上，比圖2中直接利用微環(huán)諧振腔的現(xiàn)有技術(shù)光開關(guān)所能應(yīng)用的波長范圍更 大。
第二種調(diào)制方式，當(dāng)光開關(guān)處于"ON"狀態(tài)，可以讓兩個波導(dǎo)臂輸出的光 信號分別對應(yīng)于圖5中的A點和A，點。當(dāng)需要控制光開關(guān)轉(zhuǎn)向"OFF"狀態(tài)時， 可以通過調(diào)制上述的單微環(huán)諧振腔，即其中一個微環(huán)諧振腔利用pn結(jié)注入或 M0S結(jié)構(gòu)的電荷積累(對應(yīng)等效折射率下降)，使得對應(yīng)波導(dǎo)臂輸出的光信號調(diào) 制到B點；而另一臂利用pn結(jié)反偏耗盡或MOS結(jié)構(gòu)的耗盡(對應(yīng)等效折射率上 升)方式，使得對應(yīng)波導(dǎo)臂輸出的光信號調(diào)制到B'點。這種調(diào)制方式近似完全 對稱的取臂推挽工作方式，都處于淺調(diào)制，調(diào)制帶來的附加損耗較小，控制方 便。本實施例不能采用本征硅(i-Si )作波導(dǎo)材料，如采用1 x 1017的p型或 n型硅材料，這樣會增加波導(dǎo)的傳輸損耗。 . 采用上述的兩種調(diào)制方式，所需要的調(diào)制功耗都可以控制在uW (微瓦)量 級，特別是采用M0S結(jié)構(gòu)的話。因為硅的載流子色散效應(yīng)響應(yīng)速度在納秒量級以上，器件速度一般能方便達(dá)到納秒量級，如通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)調(diào)制速度甚至可 以達(dá)到ps (皮秒)量級。
由于本實施例需要對兩個波導(dǎo)臂進(jìn)行調(diào)制，而兩個波導(dǎo)臂的參數(shù)可能會存 在微小的差異，即使在微環(huán)諧振腔調(diào)制精確的前提下，兩個波導(dǎo)臂輸出的光信 號可能還是會存在差異。為了彌補上述差異，需要考慮到制作的容差，具體的
容差可以采用如下方式實現(xiàn)在其中的一個波導(dǎo)臂上和分束器上設(shè)置一個利用
熱光效應(yīng)的相位補償器件，進(jìn)行有效的彌補，最簡單的方法就在直波導(dǎo)臂附近 設(shè)計加熱電極，利用石圭材料的熱光效應(yīng)進(jìn)行初始相位調(diào)制，由于熱光效應(yīng)幾乎
不會增加波導(dǎo)的傳輸損耗，可較方便調(diào)整該光開關(guān)初始的最佳狀態(tài)。
如果光開關(guān)的制作精度可以保證，可以通過固定的相位補充器代替上述熱
光效應(yīng)的相位補償器件，例如兩個波導(dǎo)臂中的一個波導(dǎo)臂為彎曲波導(dǎo)或錐形 波導(dǎo)；或者將所述兩個波導(dǎo)臂制成長度不同的波導(dǎo)臂。
如圖6所示，本實施例中光開關(guān)可以在頂層硅的厚度為幾百納米的SOI材 料上制作，亞微米尺寸的硅基單模波導(dǎo)利用等離子干法刻蝕工藝來制作，并采 用在氫氣保護(hù)下進(jìn)行高溫退火，進(jìn)而減小波導(dǎo)側(cè)壁粗糙引起的損耗；在利用載 流子濃度的色散效應(yīng)的微環(huán)諧振腔上，可以通過pn結(jié)、p-i-n結(jié)或者M(jìn)OS結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)，pn結(jié)、p-i-n結(jié)引起的色散效應(yīng)較強，而MOS結(jié)構(gòu)制成的微環(huán)諧振腔需 要的控制功耗最小。
實施例3:
,本實施例采用了一些器件的替換，主要是將2X2型分束器替換成了 2X1型 分束器，即可實現(xiàn)門開關(guān)的功能，也屬于光開關(guān)的一種，有時本實施例中的門 開關(guān)也可以稱為光調(diào)制器。
如圖7所示，該光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)和圖4中光開關(guān)的結(jié)構(gòu)基本相同，唯一區(qū)別就是本實施例中的輸出分束器為一個2X1型分束器，而不是一個2X2型分束 器。由于只是輸出分束器上發(fā)生了改變，所以，兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的響應(yīng) 圖還和圖5—樣，這樣，在本實施例中的光開關(guān)的具體工作狀態(tài)描述如下
如果讓兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號分別對應(yīng)于圖5中的A點和A，點，則兩個
波導(dǎo)臂輸出光信號之間的相位差為tt的偶數(shù)倍，并且兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號 的功率相等，當(dāng)這兩個光信號在圖7中的2X1型分束器中耦合后，從2X1型分 束器的輸出端輸出，相當(dāng)于本實施例中的光調(diào)制器處于"ON"狀態(tài)，由于上述 "ON"狀態(tài)時，兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的功率最高，保證了 "0N"狀態(tài)的附加
損耗較低。
一般情況下，要使得所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號相位差為7t的偶
數(shù)倍，需要光信號在所述微環(huán)諧振腔中發(fā)生諧振，并諧振后耦合到對應(yīng)的波導(dǎo) 臂中傳輸。
如果讓兩個波導(dǎo)臂輸出光信號分別對應(yīng)于圖5中的B點和B，點，則兩個波 導(dǎo)臂輸出光信號之間的相位差為tt的奇數(shù)倍，并且兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號的 功率相等，當(dāng)這兩個光信號在圖7中的2X1型分束器中耦合后，將不會輸出光 信號，相當(dāng)于本實施例中的光調(diào)制器處于"OFF"狀態(tài)。由于"OFF"狀態(tài)只需 要保證B點和B，點的相位相差兀的奇凄t倍，由兩個波導(dǎo)臂輸出光信號同時調(diào)制 產(chǎn)生tt的奇數(shù)倍的相位差，相對于現(xiàn)有技術(shù)中只調(diào)制一個波導(dǎo)臂的光信號而言，
本實施例中的調(diào)制tt的奇數(shù)倍的相位差更為容易。
上述的"ON"狀態(tài)和"OFF"狀態(tài)共同實現(xiàn)了門開關(guān)的功能，即實現(xiàn)了光調(diào) 制器的功能。
為了能夠讓本實施例中的光開關(guān)能夠有多種變化，在實際制作時，由于所 選2X1型分束器的不同，可以改變"ON"狀態(tài)和"OFF"狀態(tài)的條件，例如如 果兩個波導(dǎo)臂輸出光信號分別對應(yīng)于圖5中的B點和B'點，則兩個波導(dǎo)臂輸出光信號之間的相位差為7t的奇數(shù)倍，2X1型分束器的輸出端則會輸出光信號；如 果波導(dǎo)臂輸出的光信號分別對應(yīng)于圖5中的A點和A，點，則兩個波導(dǎo)臂輸出光 信號之間的相位差為tt的偶數(shù)倍，則2X1型分束器的輸出端不會輸出光信號。
本實施例中對與波導(dǎo)臂輸出光信號的調(diào)制過程，也可以和實施例2中的情 況一樣分為兩種不同的調(diào)制過程。
上述實施例中所用的微環(huán)諧振腔一般為圓環(huán)形諧振腔，在實際運用時，微 環(huán)諧振腔有很多種變型，例如跑道形、橢圓形、蝶形或者銅錢形，具體見圖8 至圖11。
在上述實施例2和實施例3中均采用了單微環(huán)諧振腔，但由于單個微環(huán)諧 振腔的諧振特性，導(dǎo)致波導(dǎo)臂輸出光信號在相位變化快的地方，同時光信號的 功率變化也非常顯著，這將直接導(dǎo)致該波導(dǎo)臂和單微環(huán)諧振腔通過光信號的帶 寬較小。
為了提高帶寬，本實施例還可以采用如下幾種方式提高帶寬 (l.)如圖12所示，本實施例中的每組微環(huán)諧振腔包括在垂直于波導(dǎo)臂的 方向通過耦合的方式級聯(lián)有至少一個微環(huán)諧振腔，這種級聯(lián)稱為并聯(lián)，通過《鼓 環(huán)諧振腔的并聯(lián)可以提高波導(dǎo)臂通過光信號的帶寬。
(2) 如圖13所示，所述每組微環(huán)諧振腔包括在波導(dǎo)臂平行的方向與波導(dǎo) 臂耦合的至少一個微環(huán)諧振腔，并且微環(huán)諧振腔之間不耦合，這種多個微環(huán)諧 振腔和波導(dǎo)臂耦合的情況稱為串聯(lián)，同樣能夠提高波導(dǎo)臂通過光信號的帶寬。
(3) 如圖14所示，在所述每組微環(huán)諧振腔包括至少三個按照網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)耦 合的微環(huán)諧振腔，這種網(wǎng)狀耦合的微環(huán)諧振腔，需要考慮最后光信號輸出的方 向是否能夠輸出到輸出分束器中。
本實施例主要用在光通信中直接進(jìn)行光交換和光路由的設(shè)備中，省去了光通信在進(jìn)行交換路由時的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種光開關(guān)，其特征在于，包括輸入分束器，用于輸入光信號；輸出分束器，用于輸出光信號；兩個波導(dǎo)臂，連接在所述輸入分束器和輸出分束器之間，用于從輸入分束器向輸出分束器傳輸光信號；兩組微環(huán)諧振腔，分別與所述兩個波導(dǎo)臂耦合，用于分別調(diào)整對應(yīng)波導(dǎo)臂輸出的光信號的相位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，所述纟效環(huán)諧振腔為采用載 流子的等離子色散效應(yīng)制作的光電調(diào)制微環(huán)諧振腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光開關(guān)，其特征在于，所述微環(huán)諧振腔通過調(diào)整 光信號在微環(huán)諧振腔中傳輸?shù)牡刃Ч獬?，進(jìn)而調(diào)整對應(yīng)波導(dǎo)臂輸出的光信號的 相位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光開關(guān)，其特征在于，所述兩個波導(dǎo)臂中的光信號通過微環(huán)諧振腔調(diào)整相位后，兩個波導(dǎo)臂中的光信號的相位相差為TT的偶數(shù)倍時，所述兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的強度相等；或者兩個波導(dǎo)臂中的光信號的 相位相差為7T的奇數(shù)倍時，所述兩個波導(dǎo)臂輸出光信號的強度相等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光開關(guān)，其特征在于，所述輸入分束器為Y分叉 波導(dǎo)、或者由定向耦合器或多模千涉器制成的1X2型分束器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于在所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號相位差為Ti的偶數(shù)倍時；或者在所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號相位差為7T的奇數(shù)倍時，所述輸出分束器的輸出端輸出光信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光開關(guān)，其特征在于在所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號相位差為7T的偶數(shù)倍時，所述輸出分束器的第一輸出端輸出光信號；在所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號相位差為7T的奇數(shù)倍時，所述輸出分束器 的第二輸出端輸出光信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光開關(guān)，其特征在于，所述兩個波導(dǎo)臂輸出的光信號強度相等。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光開關(guān)，其特征在于，所述輸出分束器為X 結(jié)波導(dǎo)，或者由定向耦合器或多模干涉器制成的2X2型分束器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，所述每組微環(huán)諧振腔包 括在垂直于波導(dǎo)臂的方向通過耦合的方式級聯(lián)有至少一個微環(huán)諧振腔；或者所述每組微環(huán)諧振腔包括在波導(dǎo)臂平行的方向與波導(dǎo)臂耦合的至少 一個微 環(huán)諧振腔，并且微環(huán)諧振腔之間不耦合；或者所述每組微環(huán)諧振腔包括至少三個按照網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)耦合的微環(huán)諧振腔。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，所述兩個波導(dǎo)臂中的一 個波導(dǎo)臂上設(shè)置有相位補償器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的光開關(guān)，其特征在于，所述相位補償器為熱光 效應(yīng)相位補償器；或者通過兩個波導(dǎo)臂中的一個波導(dǎo)臂為彎曲波導(dǎo)或錐形波導(dǎo)實現(xiàn)所述相位補償 器；或者通過兩個波導(dǎo)臂長度不同實現(xiàn)所述相位補償器。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項或者10至12中任意一項所述的光開 關(guān)，其特征在于，所述微環(huán)諧振腔為圓形或跑道形或橢圓形或蝶形或銅錢形。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種光開關(guān)，涉及光通信領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有光開關(guān)消光比低以及對光信號波長較敏感的問題。本實施例通過在兩個波導(dǎo)臂上都設(shè)置一組微環(huán)諧振腔，進(jìn)而控制波導(dǎo)臂中輸出光信號的相為，這樣就可以調(diào)整該光開關(guān)中輸出分束器最后輸出光信號的狀態(tài)，實現(xiàn)光開關(guān)的功能。本實施例主要用在光通信中直接進(jìn)行光交換和光路由的設(shè)備中，省去了光通信在進(jìn)行交換路由時的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換。
文檔編號G02B6/35GK101620298SQ20081012821
公開日2010年1月6日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者周海峰, 操時宜, 楊建義, 江曉清, 帆 王 申請人:華為技術(shù)有限公司;浙江大學(xué)