本發(fā)明涉及光通信，具體涉及一種光開關(guān)與光鏈路交換芯片。

背景技術(shù)：

1、相關(guān)技術(shù)中，硅光開關(guān)主要基于熱光效應(yīng)，常包括微環(huán)諧振器。這種調(diào)制方式的速率很慢，導(dǎo)致光開關(guān)的開關(guān)時間至少在幾十微秒。而且，調(diào)制帶寬低，損耗大，不能滿足需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種光開關(guān)與光鏈路交換芯片，可以提高光開關(guān)的開關(guān)速度，降低光損耗，提升光譜帶寬至百納米級。

2、根據(jù)本技術(shù)實施例的第一方面，提供一種光開關(guān)，包括：基板、第一絕緣層與移相層；

3、所述第一絕緣層位于所述基板上，所述移相層位于所述第一絕緣層遠離所述基板的一側(cè)；

4、所述移相層包括交叉波導(dǎo)、第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元；所述交叉波導(dǎo)的第一端用于光輸入，所述交叉波導(dǎo)的第二端與所述第一開關(guān)單元的第一端連接，所述第一開關(guān)單元的第二端用于輸出光，所述第一開關(guān)單元的第三端與所述第二開關(guān)單元的第三端連接，所述第一開關(guān)單元的第三端用于輸出光，所述第二開關(guān)單元的第三端用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第二端用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第一端與所述交叉波導(dǎo)的第三端連接，所述交叉波導(dǎo)的第四端用于光輸出；

5、所述第一開關(guān)單元包括第一分光器件、第一pin移相器、第二分光器件和第二pin移相器；

6、所述第一pin移相器包括第一正摻雜區(qū)、第一單模干涉器、第一負摻雜區(qū)，所述第一單模干涉器設(shè)置于所述第一正摻雜區(qū)和所述第一負摻雜區(qū)之間；所述第二pin移相器包括第二正摻雜區(qū)、第二單模干涉器、第二負摻雜區(qū)，所述第二單模干涉器設(shè)置于所述第二正摻雜區(qū)和所述第二負摻雜區(qū)之間；

7、所述第一單模干涉器和所述第二單模干涉器為脊型波導(dǎo)，所述脊型波導(dǎo)至少部分為本征半導(dǎo)體；所述第一pin移相器和所述第二pin移相器用于切換所述光開關(guān)的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)；

8、所述第二開關(guān)單元與所述第一開關(guān)單元的物理結(jié)構(gòu)相同；

9、所述第一開關(guān)單元的第一分光器件的第一端與所述交叉波導(dǎo)的第二端連接，用于輸入光，所述第一開關(guān)單元的第一分光器件的第一端為所述第一開關(guān)單元的第一端，所述第一開關(guān)單元的第一分光器件的第二端與所述第一開關(guān)單元的第一pin移相器的第一正摻雜區(qū)連接，用于輸出光，所述第一開關(guān)單元的第一分光器件的第三端與所述第一開關(guān)單元的第二pin移相器的第二正摻雜區(qū)連接，用于輸出光，所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第一端與所述第一開關(guān)單元的第一pin移相器的第一負摻雜區(qū)連接，用于輸入光，所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第二端與所述第一開關(guān)單元的第二pin移相器的第二負摻雜區(qū)連接，用于輸入光，所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端用于輸出光，所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端為所述第一開關(guān)單元的第二端；

10、所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第三端為所述第一開關(guān)單元的第三端，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第三端為所述第二開關(guān)單元的第三端，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第三端與所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第三端連接，用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第四端用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第四端為所述第二開關(guān)單元的第二端，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第二端與所述第二開關(guān)單元的第二pin移相器的第二負摻雜區(qū)連接，用于輸出光，所述第二開關(guān)單元的第二分光器件的第一端與所述第二開關(guān)單元的第一pin移相器的第一負摻雜區(qū)連接，用于輸出光，所述第二開關(guān)單元的第一分光器件的第三端與所述第二開關(guān)單元的第二pin移相器的第二正摻雜區(qū)連接，用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第一分光器件的第二端與所述第二開關(guān)單元的第一pin移相器的第一正摻雜區(qū)連接，用于輸入光，所述第二開關(guān)單元的第一分光器件的第一端與所述交叉波導(dǎo)的第三端連接，用于輸出光，所述第二開關(guān)單元的第一分光器件的第一端為所述第二開關(guān)單元的第一端；

11、當所述光開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，所述脊型波導(dǎo)允許入射的光經(jīng)過所述第一pin移相器后出射，當所述光開關(guān)處于開啟狀態(tài)時，所述脊型波導(dǎo)允許入射的光經(jīng)過所述第二pin移相器后出射。

12、在一種實施方式中，所述脊型波導(dǎo)包括第一翼部、脊部與第二翼部，所述第一翼部位于所述脊部與所述第一正摻雜區(qū)之間，所述第二翼部位于所述脊部與所述第一負摻雜區(qū)之間，所述第一翼部的高度與所述第二翼部的高度相同，且所述第一翼部的高度小于所述脊部的高度。

13、在一種實施方式中，所述脊部、所述第一翼部與所述第二翼部均為本征半導(dǎo)體。

14、在一種實施方式中，所述第一正摻雜區(qū)為重正摻雜區(qū)，所述第一負摻雜區(qū)為重負摻雜區(qū)；

15、所述第一翼部為淺正摻雜區(qū)，所述第二翼部為淺負摻雜區(qū)；

16、所述第一正摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述第一翼部的摻雜濃度，所述第一負摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述第二翼部的摻雜濃度。

17、在一種實施方式中，所述第一正摻雜區(qū)的摻雜濃度與所述第一負摻雜區(qū)的摻雜濃度分別大于1018cm-3，所述第一翼部的摻雜濃度與所述第二翼部的摻雜濃度分別小于1018cm-3。

18、在一種實施方式中，所述光開關(guān)還包括第二絕緣層、第一電極、第二電極、電熱元件、第一導(dǎo)電部與第二導(dǎo)電部；

19、所述第二絕緣層位于所述移相層遠離所述第一絕緣層的一側(cè)，所述第一電極、所述第二電極位于所述第二絕緣層遠離所述第一絕緣層的一側(cè)；

20、所述第二絕緣層上開設(shè)有第一通孔與第二通孔；所述第一導(dǎo)電部位于所述第一通孔中，且所述第一導(dǎo)電部用于連接所述第一電極與所述第一正摻雜區(qū)；所述第二導(dǎo)電部位于所述第二通孔中，且所述第二導(dǎo)電部用于連接所述第二電極與所述第一負摻雜區(qū)；

21、所述電熱元件用于加熱所述脊型波導(dǎo)，所述電熱元件設(shè)置為加熱電極，所述加熱電極可設(shè)置于所述第一pin移相器與所述第二pin移相器中任意一個的上方或側(cè)邊的任意位置；

22、當所述加熱電極設(shè)置于所述第一pin移相器與所述第二pin移相器中任意一個的上方時，所述加熱電極位于所述第二絕緣層遠離所述第一絕緣層的一側(cè)，且位于所述第一電極與所述第二電極之間，所述加熱電極在所述二絕緣層上的投影位于所述脊型波導(dǎo)在所述二絕緣層上的投影內(nèi)。

23、在一種實施方式中，所述電熱元件設(shè)置為摻雜電阻，所述摻雜電阻包括第一摻雜電阻和第二摻雜電阻，所述第一摻雜電阻設(shè)置于所述第一正摻雜區(qū)和所述第一翼部之間，所述第二摻雜電阻設(shè)置于所述第一負摻雜區(qū)和所述第二翼部之間，所述第一摻雜電阻與所述第二摻雜電阻分別獨立進行通電。

24、在一種實施方式中，所述第一電極的材料為金屬，所述第二電極的材料為金屬，所述加熱電極的材料為氮化鈦。

25、在一種實施方式中，所述光開關(guān)還包括第一空氣墻，所述第一空氣墻環(huán)繞所述第一pin移相器或所述第二pin移相器。

26、在一種實施方式中，所述光開關(guān)還包括第二空氣墻、懸梁臂與空氣底槽；

27、所述第二空氣墻環(huán)繞所述第一pin移相器或所述第二pin移相器，所述懸梁臂位于所述第一絕緣層與所述移相層，且位于所述第二空氣墻中，所述空氣底槽開設(shè)于所述基板上，且位于所述第一絕緣層與所述基板之間，所述第二空氣墻與所述空氣底槽聯(lián)通。

28、在一種實施方式中，所述基板的材料為硅；所述第一絕緣層的材料與所述第二絕緣層的材料分別為二氧化硅；所述本征半導(dǎo)體的材料為硅。

29、在一種實施方式中，所述脊型波導(dǎo)為熱光移相器。

30、根據(jù)本技術(shù)實施例的第二方面，提供一種光鏈路交換芯片，包括m行n列的光開關(guān)、n個光入射端口與m個光出射端口，m為正整數(shù)，n為正整數(shù)，所述光開關(guān)為如權(quán)利要求1至11任一項所述的光開關(guān)；

31、針對第1行的n個所述光開關(guān)，所述光開關(guān)的交叉波導(dǎo)的第一端分別與n個所述光入射端口一一對應(yīng)地連接；

32、針對第j1列的所述光開關(guān)，所述光開關(guān)的第二開關(guān)單元的第二分光器件的第四端分別與第j1+1列的所述光開關(guān)的交叉波導(dǎo)的第四端連接；j1的取值范圍為1~n-1；

33、針對第j2列所述光開關(guān)，第i行所述光開關(guān)的第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端與第i+1行的所述光開關(guān)的交叉波導(dǎo)的第一端連接，i的取值范圍為1~m，j2的取值范圍為1~n；

34、針對第1列的所述光開關(guān)，所述光開關(guān)的交叉波導(dǎo)的第四端與m個所述光出射端口一一對應(yīng)地連接。

35、在一種實施方式中，每個所述光開關(guān)還包括：第一光功率監(jiān)控裝置與第二光功率監(jiān)控裝置，所述第一光功率監(jiān)控裝置用于監(jiān)控經(jīng)過所述第一開關(guān)單元的第三端的出射光的功率，所述第二光功率監(jiān)控裝置用于檢測從所述第二開關(guān)單元中出射的光的功率。

36、在一種實施方式中，第m行的所述光開關(guān)還包括第三光功率監(jiān)控裝置，所述第三光功率監(jiān)控裝置位于所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端，用于檢測經(jīng)過所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端的出射光的功率。

37、在一種實施方式中，所述第三光功率監(jiān)控裝置位于所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第四端的出射口處。

38、在一種實施方式中，所述第一光功率監(jiān)控裝置包括第一光電探測器與第三分光器件，所述第三分光器件的一端與所述第一開關(guān)單元的第二分光器件的第三端接近且可存在間隙，另一端與所述第一光電探測器連接；

39、所述第二光功率監(jiān)控裝置包括第二光電探測器與第四分光器件，所述第四分光器件的一端與所述第二開關(guān)單元的第一分光器件的第一端接近且存在間隙，另一端與所述第二光電探測器連接。

40、在一種實施方式中，所述第一光電探測器的材料包括si、ge或inp；

41、所述第二光電探測器的材料包括si、ge或inp。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果在于：由于光開關(guān)包括基板、第一絕緣層與移相層，移相層包括交叉波導(dǎo)、第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元，第二開關(guān)單元與第一開關(guān)單元的物理結(jié)構(gòu)相同，第一開關(guān)單元包括第一分光器件、第一pin移相器、第二分光器件和第二pin移相器，第一pin移相器包括第一正摻雜區(qū)、第一單模干涉器和第一負摻雜區(qū)，第一單模干涉器設(shè)置于第一正摻雜區(qū)和第一負摻雜區(qū)之間，第二pin移相器包括第二正摻雜區(qū)、第二單模干涉器和第二負摻雜區(qū)，第二單模干涉器設(shè)置于第二正摻雜區(qū)和第二負摻雜區(qū)之間，第一單模干涉器和第二單模干涉器為脊型波導(dǎo)，脊型波導(dǎo)至少部分為本征半導(dǎo)體，在光開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，本征半導(dǎo)體不摻雜，此時不會因為載流子吸收效應(yīng)帶來額外損耗。而且，第一正摻雜區(qū)與第一負摻雜區(qū)位于第一單模干涉器的兩側(cè)，第一正摻雜區(qū)、第一單模干涉器與第一負摻雜區(qū)形成第一pin移相器，第二正摻雜區(qū)與第二負摻雜區(qū)位于第二單模干涉器的兩側(cè)，第二正摻雜區(qū)、第二單模干涉器與第二負摻雜區(qū)形成第二pin移相器，第一pin移相器與第二pin移相器用于切換光開關(guān)的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)，而且，可以快速切換光開關(guān)的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)，提高光開關(guān)的開關(guān)速度。當光開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，脊型波導(dǎo)允許入射的光經(jīng)過第一pin移相器后出射，當光開關(guān)處于開啟狀態(tài)時，脊型波導(dǎo)允許入射的光經(jīng)過第二pin移相器后出射，這樣，當采用多個光開關(guān)組成光開關(guān)陣列時，可以實現(xiàn)光開關(guān)陣列為開啟狀態(tài)時光開關(guān)陣列中只有一個光開關(guān)處于開啟狀態(tài)，由于只有光開關(guān)處于開啟狀態(tài)時才會引入光損耗，因此，可以大大降低光開關(guān)陣列的損耗，有利于利用光開關(guān)實現(xiàn)大型開關(guān)。而且，由于光開關(guān)未使用微環(huán)諧振器，因此，可以提升光譜帶寬至百納米級。綜上所述，本技術(shù)的技術(shù)方案，可以提高光開關(guān)的開關(guān)速度，降低光開關(guān)的光損耗，提升光譜帶寬至百納米級。