溫度不敏感demux/mux裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供溫度不敏感的DEMUX/MUX硅的硅光子裝置配置以及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的幾十年，通信網(wǎng)絡(luò)的使用迅猛發(fā)展。在早期的因特網(wǎng)中，流行的應(yīng)用程序限于電子郵件、公告欄以及主要基于信息和文本的網(wǎng)頁(yè)瀏覽，并且所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量通常較小。如今，因特網(wǎng)和移動(dòng)應(yīng)用程序需要大量帶寬，用于傳輸照片、視頻、音樂(lè)以及其他多媒體文件。例如，社交網(wǎng)絡(luò)(例如，F(xiàn)acebook)每天處理超過(guò)500TB的數(shù)據(jù)。對(duì)于這樣的高的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)傳輸要求，需要改善現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以解決這些需要。
[0003]電腦技術(shù)的發(fā)展(以及摩耳定律的繼續(xù))變得越來(lái)越多地取決于微芯片之間以及以內(nèi)的更快的數(shù)據(jù)傳輸。光互連可以提供一個(gè)前進(jìn)的方向，并且硅光子被證實(shí)，一旦集成在標(biāo)準(zhǔn)硅芯片上，會(huì)尤其有用。通過(guò)現(xiàn)有單模光纖的40-Gbit/s然后ΙΟΟ-Gbit/s的數(shù)據(jù)速率波分多路復(fù)用(WDM)光傳輸是下一代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)。迄今為止的最大的難題(bighangup)是減慢通信信號(hào)速度的類似色散現(xiàn)象的光纖損害。在直到lOGbits/s多一點(diǎn)時(shí)，一切都很好的，但是一旦超過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)率，失真和衰減會(huì)產(chǎn)生一定的影響。針對(duì)調(diào)制方法建議了許多方法以便針對(duì)每個(gè)符號(hào)傳送兩位或多位，從而可以實(shí)現(xiàn)高的通訊速率。馬赫-曾德調(diào)制(MZM)可以處理更高的數(shù)據(jù)速率，但是需要具有寬輸出電壓擺幅的差動(dòng)式(differential)驅(qū)動(dòng)器。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庹{(diào)制以外，光信號(hào)的MUX/DEMUX是基于硅光子的光網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。
[0004]硅光子裝置可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)制成，并且因?yàn)榻^緣體上的硅已經(jīng)用作大部分集成電路的基板，所以可以創(chuàng)造光部件和電子部件集成在單個(gè)微芯片上的混合裝置。具體地，硅光子裝置已經(jīng)用于WDM中，尤其密集波分復(fù)用(DWDM)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中DEMUX/MUX波長(zhǎng)會(huì)由于環(huán)境溫度而改變，從而引起通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送光信號(hào)的問(wèn)題。傳統(tǒng)地，波長(zhǎng)控制可以在使用TEC電路(其通常與高功率消耗相關(guān)聯(lián))的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)DEMUX中進(jìn)行。因此，需要具有低得多的功率消耗，對(duì)溫度不敏感的DEMUX/MUX裝置的改善的波長(zhǎng)控制技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供用于基于波導(dǎo)的多通道光傳輸?shù)臏囟炔幻舾械腄UMUX/MUX硅光子裝置。僅通過(guò)舉例，本發(fā)明公開(kāi)溫度不敏感的DEMUX裝置的配置作為不會(huì)由周圍溫度改變的，具有相應(yīng)的多通道波長(zhǎng)的WDM光通信的解決方案，盡管其他應(yīng)用也是可能的。
[0006]在現(xiàn)代電互連系統(tǒng)中，高速串行鏈路代替了并行數(shù)據(jù)總線，并且由于CMOS技術(shù)的演變，所以串行鏈路速度快速增大。遵循摩爾定律，因特網(wǎng)寬帶幾乎每隔兩年就翻倍。但是摩爾定律在今后十年將失效。標(biāo)準(zhǔn)的CMOS硅晶體管在大約5nm時(shí)停止擴(kuò)展。并且，由工藝放大造成的因特網(wǎng)帶寬增大將達(dá)到平衡。但是，因特網(wǎng)和移動(dòng)應(yīng)用程序繼續(xù)需要大量帶寬，來(lái)傳輸照片、視頻、音樂(lè)以及其他多媒體文件。本公開(kāi)描述了用于在摩爾定律之外提高通信帶寬的技術(shù)和方法。
[0007]在實(shí)施方式中，本發(fā)明提供用于WDM的溫度不敏感的DEMUX/MUX裝置，該裝置包括:延遲線干涉儀(DLI)，包括:第一MMI耦合器，所述第一MMI耦合器被配置為接收第一輸入光，所述第一輸入光承載多個(gè)波長(zhǎng)并且分為兩個(gè)光分支以分別傳輸通過(guò)具有相位延遲的兩個(gè)波導(dǎo)。DLI還包括第二 MMI耦合器，被配置為將所述兩個(gè)光分支結(jié)合以形成穿過(guò)出口平面的第一輸出光，其中所述出口平面進(jìn)一步從所述兩個(gè)光分支的焦點(diǎn)位移第一距離。另外，該裝置包括第一自由空間耦合器，具有:與所述第二 MMI耦合器的所述出口平面附接的輸入平面，以將所述第一輸出光作為為承載相同的所述多個(gè)波長(zhǎng)的第二輸入光接收。該裝置進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)光纖或波導(dǎo)，用于基于所述多個(gè)波長(zhǎng)將所述第二輸入光空間地分割。此夕卜，配置為重新聚焦所述空間地分割的光，以在多個(gè)輸出通道處分別形成多個(gè)第二輸出光，其中所述多個(gè)輸出通道的每個(gè)攜帶所述多個(gè)波長(zhǎng)的單個(gè)波長(zhǎng)。此外，所述第一輸出光在所述出口平面處包括強(qiáng)度峰值位置，所述出口平面在環(huán)境溫度改變時(shí)，以第二距離遠(yuǎn)離所述兩個(gè)光分支的所述焦點(diǎn)的投射位置而偏移。所述第二距離是可調(diào)諧的，以便使具有相應(yīng)的單個(gè)波長(zhǎng)的所述第二輸出光中的每一個(gè)在任何環(huán)境溫度基本上避免所述對(duì)應(yīng)的輸出通道的任何空間偏移。
[0008]在另外的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制造用于WDM的溫度不敏感的DEMUX通道的方法。該方法包括在具有多個(gè)波長(zhǎng)的第一輸入光和DEMUX裝置的輸入端口之間耦接延遲線干涉儀。延遲線干涉儀(DLI)包括:第一 MMI耦合器，配置為接收承載多個(gè)波長(zhǎng)的所述第一輸入光并且分成兩個(gè)光分支。DLI進(jìn)一步包括兩個(gè)波導(dǎo)，該兩個(gè)波導(dǎo)被配置為在所述兩個(gè)波導(dǎo)中的一個(gè)中分別傳輸具有相位延遲的所述兩個(gè)光分支。另外，DLI包括第二 MMI耦合器，該第二MMI耦合器被配置為結(jié)合所述兩個(gè)光分支以形成承載相同的所述多個(gè)波長(zhǎng)的第一輸出光，所述第一輸出光在出口平面內(nèi)具有強(qiáng)度峰值位置，其中所述出口平面離開(kāi)所述兩個(gè)光分支的焦點(diǎn)而位移第一距離。該方法進(jìn)一步包括將所述第一輸出光轉(zhuǎn)換至輸入到所述DEMUX裝置中的第二輸入光并且通通過(guò)光柵光纖或者波導(dǎo)傳輸所述第二輸入光以形成多個(gè)第二輸出光，所述第二輸出光的每個(gè)承載所述多個(gè)波長(zhǎng)的單個(gè)波長(zhǎng)。此外，該方法包括將每個(gè)第二輸出光重新聚焦至對(duì)應(yīng)的輸出通道，其中，由于環(huán)境溫度的改變導(dǎo)致的每個(gè)第二輸出光的遠(yuǎn)離所述對(duì)應(yīng)的輸出通道的任何空間偏移，通過(guò)在所述第二 MMI耦合器的所述出口平面處轉(zhuǎn)移所述第一輸出光的所述第一位置而進(jìn)行補(bǔ)償。
[0009]在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制造用于WDM的溫度不敏感的DEMUX通道的方法。該方法包括添加延遲長(zhǎng)度干涉儀，所述延遲長(zhǎng)度干涉儀配置為接收具有多路復(fù)用的波長(zhǎng)的第一光并且輸出具有相同的所述多路復(fù)用的波長(zhǎng)但是具有偏移的強(qiáng)度峰值位置的第二光。另外，該方法包括將具有偏移的強(qiáng)度峰值位置的所述第二光作為輸入光傳輸通過(guò)DEMUX裝置以獲取多個(gè)第三光，所述多個(gè)第三光的每一個(gè)在每個(gè)分離的輸出通道處承載單個(gè)波長(zhǎng)。此外，該方法包括將加熱器附接至所述延遲線干涉儀，用于調(diào)諧所述偏移的強(qiáng)度峰值位置以補(bǔ)償各個(gè)第三光的遠(yuǎn)離各個(gè)對(duì)應(yīng)輸出通道的任何溫度引發(fā)的偏移。
[0010]本發(fā)明在已知的波導(dǎo)激光通信技術(shù)的背景下實(shí)現(xiàn)了這些和其他優(yōu)點(diǎn)。然而，通過(guò)引用說(shuō)明書(shū)的后半部分以及附圖，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。
【附圖說(shuō)明】
[0011]以下示圖僅僅是實(shí)例，不應(yīng)當(dāng)過(guò)度限制此處的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多其他變化、變形或修改。還應(yīng)該理解，此處描述的實(shí)例和實(shí)施方式僅用于說(shuō)明的目的，并且將建議本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行根據(jù)其的各種改變或變化并且它們均被包括所附權(quán)利要求的精神和該過(guò)程的權(quán)限(purview of this process)以及范圍以內(nèi)。
[0012]圖1A是在環(huán)境溫度To下傳統(tǒng)的多通道DEMUX裝置的簡(jiǎn)化圖。
[0013]圖1B是在環(huán)境溫度T1Φ To下圖1A的多通道DEMUX裝置的簡(jiǎn)化圖。
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的被配置為由于溫度從To轉(zhuǎn)換至!^而重新設(shè)置輸入通道位置的多通道DEMUX裝置的簡(jiǎn)化圖。
[0015]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在環(huán)境溫度To下的溫度不敏感的多通道DEMUX裝置的簡(jiǎn)化圖。
[0016]圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在環(huán)境溫度T1^To下的溫度不敏感的多通道DEMUX裝置的簡(jiǎn)化圖。
[0017]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的溫度不敏感的DEMUX裝置的延遲線干涉儀(DLI)中的光結(jié)合器的俯視圖。
[0018]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在T= T1下的通過(guò)具有偏移聚焦位置的圖4A的光結(jié)合器光結(jié)合器傳送的光的功率分布的俯視圖。
[0019]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的由于從To至1^的溫度變化導(dǎo)致的光聚焦位置偏移的DLI的輸出光的標(biāo)準(zhǔn)化功率的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)。更具體地，本發(fā)明針對(duì)基于波導(dǎo)的多通道光傳輸提供溫度不敏感的DUMUX/MUX硅光子裝置。僅通過(guò)舉例，本發(fā)明公開(kāi)溫度不敏感的DEMUX裝置的配置作為WDM光通信(其中相應(yīng)的多通道波長(zhǎng)不會(huì)由周圍溫度改變)的解決方案，盡管其他應(yīng)用也是可能的。
[0021]在過(guò)去的幾十年，隨著云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的需要演進(jìn)。例如，長(zhǎng)時(shí)間使用的三層配置不再充分或合適，這是因?yàn)榉植际綉?yīng)用程序需要更平的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中，服務(wù)器虛擬化允許服務(wù)