[发明专利]光子芯片、现场可编程光子阵列和光子集成电路

说明书

本发明涉及光子芯片，该光子芯片通过相同定向的可编程光子处理块的组合和互连来实现，它们的所有纵轴平行，在光子芯片上实现，该光子芯片能够通过对其资源的适当编程和其输入和输出端口的选择来实现具有光反馈路径和/或线性多端口转换的一个或多个同时光子电路。本发明还涉及一种并行现场可编程光子阵列(P‑FPPA)，包括至少一个基于具有独立耦合和相移配置的相同定向/平行可调分束器和外围高性能建筑的可编程电路块。

技术领域

本发明涉及光子芯片，它通过相同定向的可编程光子处理块的组合和互连来实现，它们的所有纵轴平行，在光子芯片上实现，该光子芯片能够通过适当的资源编程和输入和输出端口的选择实现具有光学反馈路径和/或线性多端口转换的一个或多个同时光子电路。本发明还涉及并行现场可编程光子阵列(P-FPPA)，其至少包括基于具有独立耦合和相移配置的相同定向可调谐分束器和外围高性能构建块的可编程电路。

背景技术

可编程多功能光子学(PMP)旨在设计集成光学硬件的通用配置，这些配置可以通过适当的编程实现多种功能。许多作者已经涵盖了为基于级联分束器或Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的可编程电路提出不同配置和设计原则的理论工作。这些提议提供了实现可编程电路的通用硬件解决方案，但它们都没有为光子器件定义完整的架构解决方案，该光子器件可以通过编程来实现简单、复杂甚至同步的任意电路。

此外，已经证明，具有编程/调谐/选择端口之间的分光比和相位响应能力的光学处理单元的组合导致具有不同网格拓扑结构和关于它们的功能性具有开创性的多功能性的波导网格布置。特别是，一些提议的拓扑结构在允许形成光腔、萨格纳克型环路和更复杂的电路拓扑结构的布置内部实现反馈回路。然而，所提出的架构基于具有不同部件空间/角度取向的可调基本单元(TBU)的组合。这意味着TBU的纵轴在它们之间不平行。例如，方形拓扑基于水平(0°-TBU)和90°-TBUs；三角形拓扑基于0°-TBU、60°-TBU和-60°TBU；六边形拓扑基于0°-TBU、30°-TBU、30°-TBU，并且对于任意均匀和非均匀拓扑都保持这种状态。这带来了几个实际限制：首先，对于大多数提议的拓扑结构而言，占地面积相对较大，限制了集成密度，从而限制了电路的可扩展性。对于大型TBU，这一事实更加严重。其次，一些光子部件由于其固有的材料、制造和波导几何特性而对取向敏感。例如，一些相位执行器需要特定的部件取向，以便器件的物理实现成为可能，并随之实现合理的调谐效率。采用当前的方法，只能采用支持任意部件取向的相位调谐器。此外，一些TBU采用3-dB耦合器(定向耦合器或多模干涉仪)，它们对取向也很敏感，从而限制了整体电路性能。

发明概述

此处描述的本发明的目的解决了上述问题并允许设计可编程波导网格布置，其中所有所述处理部件具有相同的空间/角度取向，即所有TBU彼此平行的配置，从而提供在易于制造、性能和占地面积方面相对于当前方法的明显的技术优势。这意味着每个TBU的纵轴是平行的。

本发明的目的是基于相同定向的可编程光子模拟块的单元的复制和互连以及优选地通过光子芯片实现的可重构互连。这些部件提供了实现基本光模拟操作(可重构光功率和能量分配以及独立相移)的基本构建块。在非常广泛的意义上，可以认为可重构处理与可编程逻辑块(PLB)在电子FPGA或可配置模拟块(CBA)中执行数字运算的方式相同，它们在电子现场可编程模拟阵列(FPAA)中执行模拟运算。因此，鉴于上述情况，可以观察到，本发明的目的是通过对其资源的适当编程，即相应的可编程光子模拟块及其输入和输出端口的选择，同时在所有可编程光子模拟块中保持相同的空间/角度取向，来实现一个或多个同时光子电路和/或线性多端口转换。因此，本发明的主要贡献是允许设计者保持PPAB取向的互连方案。

本发明的目的在该组权利要求中进行了描述，在此通过引用将其包括在内。

本发明所提出的光子芯片、相同定向的现场可编程光子阵列(P-FPPA)带来了现场可编程硬件方法固有的一系列优点，并通过本发明引入的电路拓扑进行了扩展。这些包括：

·更短的生产和上市时间。