一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，包括由下至上的襯底層、芯層和覆蓋層，芯層上設(shè)有級(jí)聯(lián)組合的一個(gè)1X2光開關(guān)和一個(gè)2X2光開關(guān)，1X2光開關(guān)的輸入端口為第一端口，2X2光開關(guān)的其中一個(gè)輸入端口和其中一個(gè)輸出端口分別為第二端口和第三端口，第一端口、第二端口和第三端口分別位于路由器的側(cè)面作為數(shù)據(jù)交換的3個(gè)交換端口，1X2光開關(guān)的兩個(gè)輸出端口分別與2X2光開關(guān)的另一個(gè)輸入端口和另一個(gè)輸出端口相連；路由器的工作模式包括路由模式和廣播模式兩種。本發(fā)明還公開了該路由器的制造方法。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：僅使用兩個(gè)光開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)交換端口的互連，集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，僅需兩個(gè)移相器即可控制其工作模式。
【專利說明】一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平面光波導(dǎo)集成領(lǐng)域，尤其涉及的是一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的幾十年里，集成電路的發(fā)展一直依據(jù)著著名的摩爾定律，晶體管的尺寸在不斷縮小，芯片的集成度在以幾何數(shù)級(jí)的規(guī)律不斷增長，性能也在不斷提升。但同時(shí)，摩爾定律也在不斷地接受著挑戰(zhàn)。通過縮小晶體管特征尺寸、提高單核處理器性能的發(fā)展思路受到功耗和發(fā)熱激增、互連線延遲增長以及設(shè)計(jì)復(fù)雜度上升等因素的制約而停滯不前。多核、眾核處理器的方案漸漸的成為未來高性能處理器性能提升的有效途徑，但是隨著核數(shù)的增加，片上多核間 互連線卻并沒有得到同步的優(yōu)化，片上全局電互連已成為未來的眾核片上系統(tǒng)中系統(tǒng)性能和功耗的主要問題。
[0003]在片上光網(wǎng)絡(luò)層(photonic Noc)中，控制片上信息流的最關(guān)鍵器件是光波導(dǎo)路由器，因此光波導(dǎo)路由器的研制成為當(dāng)前一個(gè)亟待解決的重要問題。近幾年，片上光波導(dǎo)路由器取得了較大的進(jìn)展，解決方案主要有兩種思路:一種方案是多個(gè)光開關(guān)組合的鏈路切換型光路由器，另一種方案是基于無源器件波長選擇路由。前一種方案主要采用多個(gè)開關(guān)的級(jí)聯(lián)，利用多個(gè)開關(guān)的切換來控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?，?shí)現(xiàn)時(shí)域上不同處理核之間的互連。2008年，Cornell大學(xué)S.Nicolds等人率先利用多微環(huán)光開關(guān)的組合實(shí)現(xiàn)了一種四端口的熱光路由器[12]，實(shí)可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)核之間無阻塞的數(shù)據(jù)通信，2010年，IBM的M.Yang等人宣布實(shí)現(xiàn)了基于電光效應(yīng)的M-Z型寬帶路由器，這個(gè)路由器使用了 6個(gè)2X2電光開關(guān)和十幾個(gè)交叉波導(dǎo)，工作帶寬達(dá)到了 7nm，但芯片尺寸較大，達(dá)到了 300 X 1600 μ m2。后一種方案的思路利用波長進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路的建立，即指定的波長到達(dá)指定的端口，理論不需要引入熱光、電光效應(yīng)對光路進(jìn)行控制，在設(shè)計(jì)時(shí)分配指定的波長到，理論上沒有功耗、維護(hù)成本低，但是需要多波長的光源而且此類器件實(shí)現(xiàn)中大多數(shù)依靠微環(huán)諧振器，需要熱調(diào)諧電極方能正常工作。2009年，比利時(shí)IMEC的Andrzej Kaz' mierczak等人基于多個(gè)微環(huán)上、行下載濾波器組成了 4X4的波長路由器。
[0004]從光波導(dǎo)路由器復(fù)雜程度來看，目前所報(bào)道的四端口光波導(dǎo)路由器，一般需要使用多個(gè)干涉型光開關(guān)，以IBM公司報(bào)道的M.Yang的4端口光路由器為例，使用了 6個(gè)M-Z型光開關(guān)，極大占用面積和增加控制和工藝的難度。在實(shí)際的光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，需要不同類型的路由器，提高構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的靈活性和網(wǎng)絡(luò)的豐富性，進(jìn)行路由器的簡單和小型化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器及其制備方法，該路由器利用1X2光開關(guān)和2X2光開關(guān)的鏈路組合來實(shí)現(xiàn)路由器的功能，僅僅使用兩個(gè)光開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)端口的互連，結(jié)構(gòu)緊湊，架構(gòu)簡單，功能多樣，在未來片上光集成和光交換領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，包括由下至上的襯底層、芯層和覆蓋層，所述芯層上設(shè)有級(jí)聯(lián)組合的一個(gè)1X2光開關(guān)和一個(gè)2X2光開關(guān),所述1X2光開關(guān)的輸入端口為第一端口，所述2X2光開關(guān)的其中一個(gè)輸入端口和其中一個(gè)輸出端口分別為第二端口和第三端口，所述第一端口、第二端口和第三端口分別位于所述路由器的側(cè)面作為數(shù)據(jù)交換的3個(gè)交換端口，所述1X2光開關(guān)的兩個(gè)輸出端口分別與所述2X2光開關(guān)的另一個(gè)輸入端口和另一個(gè)輸出端口相連；所述路由器的工作模式包括路由模式和廣播模式兩種，在所述路由模式下，所述3個(gè)交換端口的任意2個(gè)交換端口之間均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信；在所述廣播模式下，任意I個(gè)交換端口的數(shù)據(jù)均可以廣播到另外2個(gè)交換端口。
[0008]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述1X2光開關(guān)包括一個(gè)1X2多模干涉耦合器、一個(gè)第一 2X2多模干涉稱合器和第一移相器,所述1X2多模干涉稱合器的一端通過第一輸入波導(dǎo)與所述第一端口相連接，所述1X2多模干涉耦合器另一端與所述第一 2X2多模干涉耦合器一端之間通過兩個(gè)相平行的第一傳輸波導(dǎo)相連接，所述第一 2X2多模干涉耦合器另一端分別連接兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)；
[0009]所述2X2光開關(guān)包括第二移相器、兩個(gè)級(jí)聯(lián)的第二 2X2多模干涉耦合器和第三2X2多模干涉耦合器，所述第二 2X2多模干涉耦合器的一端通過第二輸入波導(dǎo)與所述第二端口相連接，所述第二 2X2多模干涉耦合器另一端與所述第三2X2多模干涉耦合器一端之間通過兩個(gè)相平行的第二傳輸波導(dǎo)相連接，所述第三2X2多模干涉耦合器另一端分別連接兩個(gè)第二輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)第二輸出波導(dǎo)與所述第三端口相連接；所述1X2光開關(guān)的其中一個(gè)第一輸出波導(dǎo)與所述第二 2X2多模干涉耦合器在連接有第二輸入波導(dǎo)的一端相連接，另一個(gè)第一輸出波導(dǎo)同時(shí)也作為與所述第三2X2多模干涉耦合器相連接的另一個(gè)第二輸出波導(dǎo)；
[0010]所述第一移相器和第二移相器設(shè)置于所述覆蓋層上且分別位于兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)和兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)的上方，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過傳輸波導(dǎo)時(shí)，所述第一移相器或第二移相器通過調(diào)整傳輸波導(dǎo)內(nèi)光波的相位從而實(shí)現(xiàn)對光路的控制:所述1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第一輸出波導(dǎo)中的任何一個(gè)；所述2X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第二輸出波導(dǎo)中的任何一個(gè)。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述1X2光開關(guān)中，所述第一輸入波導(dǎo)連接到所述1X2多模干涉耦合器一端的中間位置，所述1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)均勻的分為兩路光信號(hào)。
[0012]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述2X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)均勻的分為兩路光信號(hào)。
[0013]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一移相器和第二移相器均基于電光效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)對光路的控制，一切可以改變光波相位的效應(yīng)都可以應(yīng)用本發(fā)明。
[0014]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述3個(gè)交換端口分別位于所述路由器的三個(gè)側(cè)面。
[0015]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述2X2光開關(guān)中與所述第三端口相連接的第二輸出波導(dǎo)成L型。
[0016]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，與所述2X2光開關(guān)的第二 2X2多模干涉耦合器相連接的第一輸出波導(dǎo)的末端在水平面上呈往回彎曲180度后與其主體相平行的形狀。
[0017]本發(fā)明還提供了上述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器的制備方法，包括如下步驟:
[0018](I)提供一個(gè)基片，基片包括由下至上的襯底層、絕緣層、絕緣層上硅層，絕緣層的下限制層厚度2微米、絕緣層上硅層厚度為220納米；
[0019](2)利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第一塊光刻板上的圖案到所述絕緣層上硅層上，刻蝕深度為160納米，完成芯層的制作，所述第一塊光刻板上的圖案對應(yīng)于所述1X2光開關(guān)的第一輸入波導(dǎo)、1X2多模干涉稱合器、兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)、第一 2X2多模干涉耦合器兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)、以及所述2X2光開關(guān)的第二輸入波導(dǎo)、第二 2X2多模干涉耦合器、兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)、第三2X2多模干涉稱合器、第二輸出波導(dǎo)的制作；
[0020](3)然后利用PECVD技術(shù)在所述絕緣層上硅層上濺射一層1.5微米厚的Si02層作為所述覆蓋層；
[0021](4)在所述覆蓋層上熱蒸發(fā)一層金屬Cr/Cu作為所述基片的上表面；
[0022](5)然后利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第二塊光刻板的圖形到所述基片的表面上，完成所述移相器的制作，即可完成整個(gè)路由器的制作，所述第二塊光刻板的圖形對應(yīng)于所述第一移相器和第二移相器的制作。
[0023]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]本發(fā)明提供的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，利用1X2光開關(guān)和2X2光開關(guān)的鏈路組合來實(shí)現(xiàn)路由器的功能，僅僅使用兩個(gè)光開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)交換端口的互連，集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸較小，架構(gòu)簡單，功能多樣。且其制備方法簡單，在SOI基片上利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝即可完成，制作過程與微電子產(chǎn)業(yè)的CMOS工藝兼容，可以利用最先進(jìn)的微電子產(chǎn)業(yè)的工藝平臺(tái)進(jìn)行此三端口路由器的研發(fā)和生產(chǎn)，制作成本低廉，便于大規(guī)模生產(chǎn)。其擁有2種工作模式，廣播模式和路由模式。在路由模式下，3個(gè)交換端口的任意2個(gè)交換端口可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信；在廣播模式下，I個(gè)交換端口的數(shù)據(jù)可以廣播到另外2個(gè)交換端口，且僅需兩個(gè)移相器即可控制其工作模式。此路由器工作頻帶寬且利于集成，在未來片上光集成和光交換領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的三端口路由器立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2至是本發(fā)明的三端口路由器工作模式示意圖，其中，圖2(a)是三端口路由器廣播模式之一:第一端口廣播到第二端口和第三端口，圖2(b)是三端口路由器廣播模式之二:第二端口廣播到第一端口和第三端口，圖2(c)是三端口路由器廣播模式之三:第三端口廣播到第一端口和第二端口 ；圖2(d)是三端口路由器路由模式之一:第一端口和第二端口相互鏈接，圖2(e)是三端口路由器路由模式之一:第一端口和第三端口相互鏈接，圖2(f)是三端口路由器路由模式三一:第二端口到第三端口相互鏈接。
[0027]圖3是本發(fā)明的三端口路由器的制備方法中所使用到的第一塊光刻板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4是本發(fā)明的三端口路由器的制備方法中所使用到的第二塊光刻板結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0030]參見圖1，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式提供的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，包括由下至上的襯底層1、芯層2和覆蓋層3，芯層2上設(shè)有級(jí)聯(lián)組合的一個(gè)1X2光開關(guān)和一個(gè)2X2光開關(guān),1X2光開關(guān)的輸入端口為第一端口 Portl, 2X2光開關(guān)的其中一個(gè)輸入端口和其中一個(gè)輸出端口分別為第二端口 Port2和第三端口 Port3。優(yōu)選的，第一端口 Portl、第二端口 Port2和第三端口 Port3分別位于路由器的三個(gè)側(cè)面作為數(shù)據(jù)交換的3個(gè)交換端口。1X2光開關(guān)的兩個(gè)輸出端口分別與2X2光開關(guān)的另一個(gè)輸入端口和另一個(gè)輸出端口相連。
[0031]其中，1X2光開關(guān)包括一個(gè)1X2多模干涉稱合器31、一個(gè)第一 2X2多模干涉稱合器32和第一移相器36,1X2多模干涉稱合器31的一端通過第一輸入波導(dǎo)34與第一端口 Portl相連接，1X2多模干涉耦合器31另一端與第一 2X2多模干涉耦合器32 —端之間通過兩個(gè)相平行的第一傳輸波導(dǎo)33相連接,第一 2X2多模干涉稱合器32另一端分別連接兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)35。
[0032]2X2光開關(guān)包括第二移相器46、兩個(gè)級(jí)聯(lián)的第二 2X2多模干涉耦合器41和第三2X2多模干涉稱合器42,第二 2X2多模干涉稱合器41的一端通過第二輸入波導(dǎo)44與第二端口 Port2相連接，第二 2X2多模干涉耦合器41另一端與第三2X2多模干涉耦合器42 —端之間通過兩個(gè)相平行的第二傳輸波導(dǎo)43相連接，第三2X2多模干涉耦合器42另一端分別連接兩個(gè)第二輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)第二輸出波導(dǎo)45與第三端口 Port3相連接。1X2光開關(guān)的其中一個(gè)第一輸出波導(dǎo)35與第二 2X2多模干涉耦合器41在連接有第二輸入波導(dǎo)44的一端相連接，另一個(gè)第一輸出波導(dǎo)35同時(shí)也作為與第三2X2多模干涉稱合器42相連接的另一個(gè)第二輸出波導(dǎo)。。與第三端口 Port3相連接的其中一個(gè)第二輸出波導(dǎo)45成L型，與第二 2X2多模干涉耦合器41相連接的第一輸出波導(dǎo)35的末端在水平面上呈往回彎曲180度后與其主體相平行的形狀。
[0033]第一移相器36和第二移相器46設(shè)置于覆蓋層3上且分別位于兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)33和兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)43的上方，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過傳輸波導(dǎo)時(shí)，第一移相器36和第二移相器46均基于熱光效應(yīng),通過調(diào)整傳輸波導(dǎo)內(nèi)光波的相位從而實(shí)現(xiàn)對光路的控制:1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第一輸出波導(dǎo)35中的任何一個(gè)；2X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第二輸出波導(dǎo)中的任何一個(gè)。
[0034]作為優(yōu)選，1X2光開關(guān)中，第一輸入波導(dǎo)34連接到1X2多模干涉稱合器31 —端的中間位置。根據(jù)需要，通過第一移相器36對第一傳輸波導(dǎo)33內(nèi)光波相位的調(diào)整，1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)均勻或不均勻的分為兩路光信號(hào)；同理，2X2光開關(guān)也能選擇性的將一路光信號(hào)均勻或不均勻的分為兩路光信號(hào)。
[0035]同時(shí)參見圖2，此路由器的工作模式包括路由模式和廣播模式兩種。
[0036]在廣播模式下，任意I個(gè)交換端口的數(shù)據(jù)均可以廣播到另外2個(gè)交換端口。以圖2(a)為例進(jìn)行說明，圖2(a)為路由器廣播模式之一，即第一端口 Portl的光信號(hào)廣播到第二端口 Port2和第三端口 Port3，對應(yīng)的光開關(guān)的工作狀態(tài)為1X2光開關(guān)處于均分狀態(tài)，2X2光開關(guān)處于交叉態(tài)，由第一端口 Portl入射的光信號(hào)被1X2光開關(guān)均勻分成2路光信號(hào)后，進(jìn)入到2X2光開關(guān)，此時(shí)2X2光開關(guān)的工作狀態(tài)處于交叉態(tài)，2路光信號(hào)經(jīng)2X2光開關(guān)交叉?zhèn)鲗?dǎo)后分別到達(dá)指定端口即第二端口 Port2、第三端口 Port3。其余兩個(gè)廣播模式如圖2(b)、圖2(c)所述，分別為第二端口 Port2的光信號(hào)廣播到第一端口 Portl和第三端口Port3、第三端口 Port3的光信號(hào)廣播到第二端口 Port2和第一端口 Portl。
[0037]在路由模式下，3個(gè)交換端口的任意2個(gè)交換端口之間均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信。以圖2(d)為例進(jìn)行說明，圖2(d)為路由器的路由模式之一，即第一端口 Portl和第二端口Port2相互鏈接，進(jìn)行相互的數(shù)據(jù)交換和通信。其余兩個(gè)工作模式如圖2(e)、圖2(f)所示，分別為第一端口 Portl和第三端口 Port3相互鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信、第二端口 Port2和第三端口 Port3相互鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信。
[0038]本實(shí)施例所提供的三端口路由器只要采用通常制作半導(dǎo)體器件的平面工藝過程及條件就可制成，其制備方法的實(shí)施方式有多種，在此以常見的SOI (silicon-on-1nsulator)材料為例,但決非僅限于此實(shí)施例。制作上述的基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器的方法，包括如下步驟:
[0039](I)提供一個(gè)基片，基片包括由下至上的襯底層1、絕緣層、絕緣層上硅層，絕緣層的下限制層厚度2微米、絕緣層上硅層厚度為220納米；
[0040](2)利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第一塊光刻板上的圖案到絕緣層上娃層上，刻蝕深度為160納米,完成芯層2的制作,第一塊光刻板上的圖案對應(yīng)于1X2光開關(guān)的第一輸入波導(dǎo)34、1X2多模干涉稱合器31、兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)33、第一 2X2多模干涉率禹合器32兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)35、以及2X2光開關(guān)的第二輸入波導(dǎo)44、第二 2X2多模干涉率禹合器41、兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)43、第三2X2多模干涉稱合器42、第二輸出波導(dǎo)45的制作；
[0041](3)然后利用PECVD技術(shù)在絕緣層上硅層上濺射一層1.5微米厚的Si02層作為覆蓋層3 ；
[0042](4)在覆蓋層3上熱蒸發(fā)一層金屬Cr/Cu作為基片的上表面；
[0043](5)然后利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第二塊光刻板的圖形到基片的表面上，完成移相器的制作，即可完成整個(gè)路由器的制作，第二塊光刻板的圖形對應(yīng)于第一移相器36和第二移相器46的制作。
[0044]其中，選取移相器的工作原理基于熱光效應(yīng)，只要是可以改變光波相位的任何方式都可以被采用，但絕非僅限于此實(shí)施例。
[0045]本發(fā)明提供的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，利用1X2光開關(guān)和2X2光開關(guān)的鏈路組合來實(shí)現(xiàn)路由器的功能，僅僅使用兩個(gè)光開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)交換端口的互連，集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，架構(gòu)簡單，功能多樣。且其制備方法簡單，在SOI基片上利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝即可完成，制作過程與微電子產(chǎn)業(yè)的CMOS工藝兼容，可以利用最先進(jìn)的微電子產(chǎn)業(yè)的工藝平臺(tái)進(jìn)行此三端口路由器的研發(fā)和生產(chǎn)，制作成本低廉，便于大規(guī)模生產(chǎn)。其擁有2種工作模式，廣播模式和路由模式。在路由模式下,3個(gè)交換端口的任意2個(gè)交換端口可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信；在廣播模式下，I個(gè)交換端口的數(shù)據(jù)可以廣播到另外2個(gè)交換端口，且僅需兩個(gè)移相器即可控制其工作模式。此路由器工作頻帶寬且利于集成，在未來片上光集成和光交換領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0046]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:包括由下至上的襯底層、芯層和覆蓋層，所述芯層上設(shè)有級(jí)聯(lián)組合的一個(gè)1X2光開關(guān)和一個(gè)2X2光開關(guān),所述1X2光開關(guān)的輸入端口為第一端口，所述2X2光開關(guān)的其中一個(gè)輸入端口和其中一個(gè)輸出端口分別為第二端口和第三端口，所述第一端口、第二端口和第三端口分別位于所述路由器的側(cè)面作為數(shù)據(jù)交換的3個(gè)交換端口，所述1X2光開關(guān)的兩個(gè)輸出端口分別與所述2X2光開關(guān)的另一個(gè)輸入端口和另一個(gè)輸出端口相連；所述路由器的工作模式包括路由模式和廣播模式兩種，在所述路由模式下，所述3個(gè)交換端口的任意2個(gè)交換端口之間均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信；在所述廣播模式下，任意I個(gè)交換端口的數(shù)據(jù)均可以廣播到另外2個(gè)交換端口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于: 所述1X2光開關(guān)包括一個(gè)1X2多模干涉稱合器、一個(gè)第一 2X2多模干涉稱合器和第一移相器，所述1X2多模干涉耦合器的一端通過第一輸入波導(dǎo)與所述第一端口相連接，所述1X2多模干涉耦合器另一端與所述第一 2X2多模干涉耦合器一端之間通過兩個(gè)相平行的第一傳輸波導(dǎo)相連接，所述第 一 2X2多模干涉稱合器另一端分別連接兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)； 所述2X2光開關(guān)包括第二移相器、兩個(gè)級(jí)聯(lián)的第二 2X2多模干涉耦合器和第三2X2多模干涉耦合器，所述第二 2X2多模干涉耦合器的一端通過第二輸入波導(dǎo)與所述第二端口相連接，所述第二 2X2多模干涉耦合器另一端與所述第三2X2多模干涉耦合器一端之間通過兩個(gè)相平行的第二傳輸波導(dǎo)相連接，所述第三2X2多模干涉耦合器另一端分別連接兩個(gè)第二輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)第二輸出波導(dǎo)與所述第三端口相連接；所述1X2光開關(guān)的其中一個(gè)第一輸出波導(dǎo)與所述第二 2X2多模干涉耦合器在連接有第二輸入波導(dǎo)的一端相連接，另一個(gè)第一輸出波導(dǎo)同時(shí)也作為與所述第三2X2多模干涉耦合器相連接的另一個(gè)第二輸出波導(dǎo)； 所述第一移相器和第二移相器設(shè)置于所述覆蓋層上且分別位于兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)和兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)的上方，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過傳輸波導(dǎo)時(shí)，所述第一移相器或第二移相器通過調(diào)整傳輸波導(dǎo)內(nèi)光波的相位從而實(shí)現(xiàn)對光路的控制:所述1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第一輸出波導(dǎo)中的任何一個(gè)；所述2X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)分為兩路光信號(hào)或者切換至2個(gè)第二輸出波導(dǎo)中的任何一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:所述1X2光開關(guān)中，所述第一輸入波導(dǎo)連接到所述1X2多模干涉耦合器一端的中間位置，所述1X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)均勻的分為兩路光信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:所述2X2光開關(guān)能選擇性的將一路光信號(hào)均勻的分為兩路光信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:所述3個(gè)交換端口分別位于所述路由器的三個(gè)側(cè)面。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:所述2X2光開關(guān)中與所述第三端口相連接的第二輸出波導(dǎo)成L型。
7.如權(quán)利要求2至6任一所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器，其特征在于:與所述2X2光開關(guān)的第二 2X2多模干涉稱合器相連接的第一輸出波導(dǎo)的末端在水平面上呈往回彎曲180度后與其主體相平行的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的三端口路由器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)提供一個(gè)基片，基片包括由下至上的襯底層、絕緣層、絕緣層上硅層，絕緣層的下限制層厚度2微米、絕緣層上硅層厚度為220納米； (2)利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第一塊光刻板上的圖案到所述絕緣層上硅層上，刻蝕深度為160納米，完成芯層的制作，所述第一塊光刻板上的圖案對應(yīng)于所述1X2光開關(guān)的第一輸入波導(dǎo)、1X2多模干涉稱合器、兩個(gè)第一傳輸波導(dǎo)、第一 2X2多模干涉率禹合器兩個(gè)第一輸出波導(dǎo)、以及所述2X2光開關(guān)的第二輸入波導(dǎo)、第二 2X2多模干涉I禹合器、兩個(gè)第二傳輸波導(dǎo)、第三2X2多模干涉稱合器、第二輸出波導(dǎo)的制作； (3)然后利用PECVD技術(shù)在所述絕緣層上硅層上濺射一層1.5微米厚的Si02層作為所述覆蓋層； (4)在所述覆蓋層上熱蒸發(fā)一層金屬Cr/Cu作為所述基片的上表面； (5)然后利用光刻和濕法腐蝕或者干法刻蝕技術(shù)轉(zhuǎn)移第二塊光刻板的圖形到所述基片的表面上，完成所述移相器的制作，即可完成整個(gè)路由器的制作，所述第二塊光刻板的圖形對應(yīng)于所述第一移相器和 第二移相器的制作。
【文檔編號(hào)】G02B6/13GK103941336SQ201410146445
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】王皖君, 崔乃迪, 滕婕, 馮俊波, 郭進(jìn) 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所