[发明专利]一种双MZ结构的低串扰光开关及光开关阵列

说明书

一种基于片上硅基光电子学的双MZ结构的低串扰光开关及光开关阵列，属于集成光电子器件技术领域。由第一输入波导、第二输入波导、第一级2×2马赫泽德干涉仪、第二级2×2马赫泽德干涉仪、第一输出波导、第二输出波导和波导交叉单元组成；上述结构位于同一层，或第二输入波导、第一级2×2马赫泽德干涉仪、第一输出波导位于同一层，第一输入波导、第二级2×2马赫泽德干涉仪、第二输出波导位于另一层；进而由其可以构建N×N单层双MZ结构的低串扰光开关阵列和M×N×N多层光开关阵列。本发明可以构成多层结构光开关阵列，节约了面积，提高了器件的集成度；本发明基于标准的硅基平面集成光波导制作工艺，生产成本低，性能优越。

技术领域

本发明属于集成光电子器件技术领域，具体涉及一种基于片上硅基光电子学的双MZ结构的低串扰光开关及光开关阵列。

背景技术

随着信息时代的高速深化，人类对互联网服务需求的不断增加。光通信技术的发展是提高互联网通信能力的关键因素，近年来，光互连技术向着短距离应用方向发展。人们类比集成电路，提出了光子集成线路的概念，它顾名思义就是在同一个基片上集成不同的光学器件。硅是理想的实现集成光路的材料，使用硅基光子器件构成的光开关阵列是大规模光交换芯片的核心单元。

由于3dB定向耦合器的波长依赖性，使用它构成的马赫泽德(MZ)型光开关有低串扰工作带宽过小的问题。因此，人们使用宽带耦合器(例如多模干涉(MMI)耦合器、绝热耦合器或波长无关耦合器)替换定向耦合器。然而，MMI耦合器的插入损耗太高，绝热耦合器的尺寸较大(亚毫米长度)，波长无关耦合器的制造公差太高(0.1nm)，这些耦合器都不适合于高端口数的光开关阵列。

光开关阵列的拓扑结构最好是严格无阻塞的，以实现灵活的操作。严格非阻塞意味着任何输入端口都可以与任何输出端口任意连接，并且未使用的输入端口始终可以连接到未使用的输出端口，而无需重新安排现有连接。多层结构是硅基集成光电子学的优势所在，使用多层结构能够大大提高芯片的集成度。

发明内容

为了解决背景技术中提到的问题，本发明提出了一种双MZ结构的低串扰光开关及光开关阵列。

本发明基于硅基集成光电子学，具有高集成度、与CMOS工艺兼容性好、能够大规模生产的特点，因而具有重要的实用价值。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种双MZ结构的低串扰光开关：

如附图1(a)所示，一种单层双MZ结构的低串扰光开关，其特征在于：由第一输入波导(11)、第二输入波导(12)、第一级2×2马赫泽德干涉仪(MZI)(2)、第二级2×2马赫泽德干涉仪(MZI)(4)、第一输出波导(51)、第二输出波导(52)和波导交叉单元(31)组成；第一级2×2马赫泽德干涉仪(MZI)(2)由第一功分器(21)、第一相移波导(22)、第二相移波导(23)、第二功分器(24)构成，第二级2×2马赫泽德干涉仪(MZI)(4)由第三功分器(41)、第三相移波导(42)、第四相移波导(43)、第四功分器(44)构成；第一功分器(21)、第二功分器(24)、第三功分器(41)、第四功分器(44)为直波导3dB定向耦合器，实现50/50功率分配的功能，分别由第一功分器上直波导(211)和第一功分器下直波导(212)、第二功分器上直波导(241)和第二功分器下直波导(242)、第三功分器上直波导(411)和第三功分器下直波导(412)、第四功分器上直波导(441)和第四功分器下直波导(442)组成；第一功分器(21)的上、下直波导分别经过第一相移波导(22)和第二相移波导(23)与第二功分器(24)的上、下直波导相连，第三功分器(41)的上、下直波导分别经过第三相移波导(42)和第四相移波导(43)与第四功分器(44)的上、下直波导相连。