可調多通道濾波器構成的2×2波長路由器的制造方法
【專利摘要】可調多通道濾波器構成的2×2波長路由器，涉及光通信網絡領域。解決了現有電子路由器存在對數據傳輸速度慢及電子電信路由系統(tǒng)都會面臨與光學數據包接口時，存在傳輸困難的問題。它包括4個可調多通道濾波器，每個可調多通道濾波器包括兩條光波導、3個微環(huán)諧振器、1號加熱器和2號加熱器；兩條光波導分別定義為上波導和下波導，兩條光波導趨近于平行，并與3個微環(huán)諧振器相互耦合，相鄰的兩個微環(huán)諧振器間存在間距，且1號加熱器和2號加熱器從左至右分別嵌入在相鄰的兩個微環(huán)諧振器的上波導上，在從左至右的方向上3個微環(huán)諧振器的內徑依次遞增，4個可調多通道濾波器交錯分布連接。它主要用在光通信上。
【專利說明】
可調多通道濾波器構成的2 X 2波長路由器
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及光通信網絡領域。
【背景技術】
[0002] 互聯(lián)網的出現以及企業(yè)和消費者在各種日常活動中對數據傳遞的依賴，要求電信 網絡和器件可以以更快的速度和更高的質量水平來傳輸不斷增大的數據量。當前的電信網 絡不能滿足這些要求。
[0003] 現有的電路由器和電-光開關路由器在可達到的開關速度以及可以在開關之間以 非阻塞方式處理的數據容量這兩方面受到限制。除了關于數據路由速度的問題，電子電信 路由系統(tǒng)都會面臨與光學數據包接口時傳輸困難的問題。
[0004] 因此，亟需一種路由器解決對數據傳輸速度慢及電子電信路由系統(tǒng)都會面臨與光 學數據包接口時，存在傳輸困難的問題。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明是為了解決現有電子路由器存在對數據傳輸速度慢及電子電信路由系統(tǒng) 都會面臨與光學數據包接口時，存在傳輸困難的問題，本發(fā)明提供了一種可調多通道濾波 器構成的2X2波長路由器。
[0006] 可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，它包括4個可調多通道濾波器，
[0007] 每個可調多通道濾波器包括兩條光波導、3個微環(huán)諧振器、1號加熱器和2號加熱 器；
[0008] 兩條光波導分別定義為上波導和下波導，兩條光波導趨近于平行，并與3個微環(huán)諧 振器相互耦合，相鄰的兩個微環(huán)諧振器間存在間距，且1號加熱器和2號加熱器從左至右分 別嵌入在相鄰的兩個微環(huán)諧振器的上波導上，在從左至右的方向上3個微環(huán)諧振器的內徑 依次遞增，每個微環(huán)諧振器與上、下波導間均存在間隙，且3個微環(huán)諧振器與上、下波導之間 均存在間隙相同，
[0009] 每個可調多通道濾波器中的上波導的左、右兩端分別定義為1號端和2號端，下波 導的左、右兩端分別定義為3號端和4號端，
[0010] 4個可調多通道濾波器分別定義為第一個至第四個可調多通道濾波器，
[0011] 其中，第一個和第三個可調多通道濾波器中的1號加熱器施加的相移為π，2號加熱 器施加的相移為〇,從而使第一個和第三個可調多通道濾波器對波長&的光透明；
[0012] 第二個和第四個可調多通道濾波器中的1號加熱器施加的相移為0,2號加熱器施 加的相移為I從而使第二個和第四個可調多通道濾波器對波長λ 2的光透明；
[0013] λ!·<λ2，且0.005μηι<λι-λ2<0 .Ο?μπι,
[0014] 第一個可調多通道濾波器的1號端與第二個可調多通道濾波器的2號端連接，第一 個可調多通道濾波器的4號端與第二個可調多通道濾波器的1號端連接，
[0015] 第二個可調多通道濾波器的3號端與第三個可調多通道濾波器的2號端連接，
[0016] 第二個可調多通道濾波器的4號端與第四個可調多通道濾波器的2號端連接，
[0017] 第三個可調多通道濾波器的3號端與第四個可調多通道濾波器的3號端連接，
[0018]第三個可調多通道濾波器的4號端與第四個可調多通道濾波器的1號端連接，
[0019] 第一個可調多通道濾波器的3號端定義為2X2波長路由器的a端，
[0020] 第一個可調多通道濾波器的2號端定義為2X2波長路由器的c端，
[0021] 第三個可調多通道濾波器的1號端定義為2X2波長路由器的d端，
[0022] 第四個可調多通道濾波器的4號端定義為2X2波長路由器的b端。
[0023] 所述的每個可調多通道濾波器中的3個微環(huán)諧振器，在從左至右的方向上，內徑依 次為 7μπι、7 · 007μπι和 7 · 014μπι。
[0024] 所述的每個可調多通道濾波器中的3個微環(huán)諧振器，在從左至右的方向上，相鄰的 兩個微環(huán)諧振器間的距離分別為22.002μηι和22.024μηι。
[0025] 所述的每個微環(huán)諧振器分別與上、下波導之間的耦合間隙均為lOOnm至500nm〇
[0026] 所述的光波導為長方體結構，且光波導的寬為500nm、厚為205nm，微環(huán)諧振器的環(huán) 的寬度為500nm、厚為205nm〇
[0027] 所述的波長的取值范圍在1 ·53μπι和1 ·54μπι之間，波長λ2的取值范圍在1 ·53μπι和 1.54μηι之間。
[0028]所述的每個微環(huán)諧振器與上、下波導之間的耦合間隙均為300nm。
[0029] 本發(fā)明所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器可在絕緣硅片SOI基底上 制作，其下層襯有3μπι厚的隱埋氧化物BOX層。利用電子束光刻，然后用反應離子等離子刻蝕 來畫出波導和微環(huán)諧振器。所得到的結構用等離子體增強化學氣相沉積法PECVD來沉積覆 蓋3μπι厚的Si0 2上包層，從而使硅波導和微環(huán)諧振器的各個面都被氧化物包圍。
[0030] 每個濾波器的三個微環(huán)諧振器的半徑從左到右分別為7以!11，7.007以111，7.014以 111，相 鄰微環(huán)諧振器之間的間距左到右分別為22.002μπι和22.024μπι。在每對微環(huán)諧振器之間的上 波導上嵌入加熱器以調節(jié)相鄰微環(huán)諧振器之間的附加相移，實現濾波器的CRIT通道消光比 可調。第1，3個濾波器的第一對微環(huán)諧振器之間的上波導上施加相移π，第2，4個濾波器的第 二對微環(huán)諧振器之間的上波導上施加相移I其余處不施加附加相移，從而使第1，3個濾波 器對波長λι的光透明，而對波長λ〗的光不透明λι和λ〗均在1.53μηι和1.54μηι之間。波長λι和λ2 的光分別從a，b，c，d四個端口入射時，會分別從d，c，b，a端口和c，d，a，b端口出射，實現表1 所示的2X2波長路由器的功能。
[0031] 本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明利用光開關技術來動態(tài)地實現光網絡節(jié)點任意 輸入源之間不同波長的光信號的交換與選路。本發(fā)明由全光開關器件構成的光學路由器， 全光開關器件構成的光學路由器避免了傳統(tǒng)的以光、電混合結構為光交換核心的光學路由 器的缺陷，本發(fā)明具有更寬的帶寬和更低的延遲，能夠以極快的速度傳輸數據，同時能夠節(jié) 省光到電然后再到光的轉換時間，是未來高速光通信系統(tǒng)的重要組件。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明所述的可調多通道濾波器的原理示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器的原理示意圖；
[0034]圖3為波長h的光從a端進入時，波長&的光的傳播方向圖；
[0035] 圖4為波長λ2的光從a端進入時，波長λ2的光的傳播方向圖；
[0036] 圖5為波長λ:的光從b端進入時，波長λ:的光的傳播方向圖；
[0037] 圖6為波長λ2的光從b端進入時，波長λ2的光的傳播方向圖；
[0038] 圖7為波長h的光從c端進入時，波長&的光的傳播方向圖；
[0039] 圖8為波長λ2的光從c端進入時，波長λ2的光的傳播方向圖；
[0040] 圖9為波長h的光從d端進入時，波長h的光的傳播方向圖；
[0041 ]圖10為波長λ2的光從d端進入時，波長λ2的光的傳播方向圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0042] 一:參見圖1至圖10說明本實施方式，本實施方式所述的可調多通道 濾波器構成的2X2波長路由器，它包括4個可調多通道濾波器1，
[0043] 每個可調多通道濾波器1包括兩條光波導1-1、3個微環(huán)諧振器1_2、1號加熱器1-3 和2號加熱器1-4;
[0044] 兩條光波導1-1分別定義為上波導和下波導，兩條光波導1-1趨近于平行，并與3個 微環(huán)諧振器1-2相互耦合，相鄰的兩個微環(huán)諧振器1-2間存在間距，且1號加熱器1-3和2號加 熱器1-4從左至右分別嵌入在相鄰的兩個微環(huán)諧振器1-2的上波導上，在從左至右的方向上 3個微環(huán)諧振器1-2的內徑依次遞增，每個微環(huán)諧振器1-2與上、下波導間均存在間隙，且3個 微環(huán)諧振器1-2與上、下波導之間均存在間隙相同，
[0045] 每個可調多通道濾波器1中的上波導的左、右兩端分別定義為1號端和2號端，下波 導的左、右兩端分別定義為3號端和4號端，
[0046] 4個可調多通道濾波器1分別定義為第一個至第四個可調多通道濾波器1，
[0047]其中，第一個和第三個可調多通道濾波器1中的1號加熱器1-3施加的相移為π，2號 加熱器1-4施加的相移為0,從而使第一個和第三個可調多通道濾波器1對波長h的光透明；
[0048] 第二個和第四個可調多通道濾波器1中的1號加熱器1-3施加的相移為0,2號加熱 器1-4施加的相移為π，從而使第二個和第四個可調多通道濾波器1對波長λ 2的光透明；
[0049] 且 O.OOSymSArAsSO.Olym，
[0050] 第一個可調多通道濾波器1的1號端與第二個可調多通道濾波器1的2號端連接，第 一個可調多通道濾波器1的4號端與第二個可調多通道濾波器1的1號端連接，
[0051] 第二個可調多通道濾波器1的3號端與第三個可調多通道濾波器1的2號端連接，
[0052] 第二個可調多通道濾波器1的4號端與第四個可調多通道濾波器1的2號端連接， [0053]第三個可調多通道濾波器1的3號端與第四個可調多通道濾波器1的3號端連接， [0054]第三個可調多通道濾波器1的4號端與第四個可調多通道濾波器1的1號端連接，
[0055] 第一個可調多通道濾波器1的3號端定義為2X2波長路由器的a端，
[0056] 第一個可調多通道濾波器1的2號端定義為2X2波長路由器的c端，
[0057]第三個可調多通道濾波器1的1號端定義為2X2波長路由器的d端，
[0058]第四個可調多通道濾波器1的4號端定義為2X2波長路由器的b端。
[0059] 本實施方式中，可調多通道濾波器1可實現光強的可調。
[0060] 當波長為1:的光從a端口入射時，波長心的光經過第一個可調多通道濾波器1的透 射后，從第一個可調多通道濾波器1的4號端輸出至第二個可調多通道濾波器1的1號端，經 第二個可調多通道濾波器1的反射后，從第二個可調多通道濾波器13號端輸出后，入射至第 三個可調多通道濾波器1的2號端，又經第三個可調多通道濾波器1的透射后，最終從d端口 出射，具體參見圖3;
[0061] 當波長λ2的光從a端口入射時，波長\2的光會經過第一個可調多通道濾波器1的反 射，從第一個可調多通道濾波器1的1號端輸出后，入射至第二個可調多通道濾波器1的2號 端，經第二個可調多通道濾波器1透射后，從第二個可調多通道濾波器1的1號端輸出，入射 至第一個可調多通道濾波器1的4號端，經第一個可調多通道濾波器1的反射，最終從c端口 出射，具體參見圖4。
[0062] 當波長為1:的光從b端口入射時，波長心的光會經過第四個可調多通道濾波器1的 反射，從第四個可調多通道濾波器1的2號端輸出后，入射至第二個可調多通道濾波器1的4 號端，經第二個可調多通道濾波器1反射后，從第二個可調多通道濾波器1的2號端輸出，入 射至第一個可調多通道濾波器1的1號端，經第一個可調多通道濾波器1的透射后，最終從c 端口出射，具體參見圖5;
[0063] 當波長為12的光從b端口入射時，波長12的光會經過第四個可調多通道濾波器1的 透射后，從第四個可調多通道濾波器1的3號端輸出，入射至第三個可調多通道濾波器1的3 號端，經第三個可調多通道濾波器1的反射后，最終從d端口出射，具體參見圖6。
[0064]當波長為人:的光從c端口入射時，波長&的光會經過第三個可調多通道濾波器1透 射后，入射至第二個可調多通道濾波器1的2號端，經第二個可調多通道濾波器1的反射后， 從第二個可調多通道濾波器1的4號端輸出，入射至第四個可調多通道濾波器1的2號端，經 第四個可調多通道濾波器1反射后，最終從b端口出射，具體參見圖7;
[0065]當波長為12的光從c端口入射時，波長\2的光會經過第一個可調多通道濾波器1的 反射后，從第一個可調多通道濾波器1的4號端輸出，入射至第二個可調多通道濾波器1的1 號端，經第二個可調多通道濾波器1透射后，入射至第一個可調多通道濾波器1的1號端，經 第一個可調多通道濾波器1反射后，最終從a端口出射，具體參見圖8。
[0066]當波長為人:的光從d端口入射時，波長&的光會經過第三個可調多通道濾波器1的 透射后，入射至第二個可調多通道濾波器1的3號端，經第二個可調多通道濾波器1反射后， 從第二個可調多通道濾波器1的1號端輸出，入射至第一個可調多通道濾波器1的4號端，又 經第二個可調多通道濾波器1的透射，最終從a端口出射，具體參見圖9;
[0067]當波長為人2的光從d端口入射時，波長人2的光會經過第三個可調多通道濾波器1的 反射后，從第三個可調多通道濾波器1的3號端輸出后，入射至第四個可調多通道濾波器13 號端，經第四個可調多通道濾波器1透射后，最終從b端口出射，具體參見圖10。
[0068] 即能實現表1所示的本發(fā)明所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器功 能，具體參見表1:
[0069] 表1可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器四個通道的輸入輸出關系
【具體實施方式】 [0071] 二:本實施方式與一所述的可調多通道濾波器構成的 2X 2波長路由器的區(qū)別在于，所述的每個可調多通道濾波器1中的3個微環(huán)諧振器1-2,在從 左至右的方向上，內徑依次為7μπι、7.007μπι和7.014μπι。
【具體實施方式】 [0072] 三:本實施方式與二所述的可調多通道濾波器構成的 2Χ 2波長路由器的區(qū)別在于，所述的每個可調多通道濾波器1中的3個微環(huán)諧振器1-2,在從 左至右的方向上，相鄰的兩個微環(huán)諧振器1-2間的距離分別為22.002μπι和22.024μπι。
【具體實施方式】 [0073] 四：本實施方式與一所述的可調多通道濾波器構成的 2X2波長路由器的區(qū)別在于，所述的每個微環(huán)諧振器1-2分別與上、下波導之間的耦合間隙 均為 100nm 至 500nm。
[0074] 本實施方式中，耦合間隙均為100nm至500nm，從而實現光波導與微環(huán)諧振器間的 相互耦合。
【具體實施方式】 [0075] 五:本實施方式與二所述的可調多通道濾波器構成的 2X2波長路由器的區(qū)別在于，所述的光波導1-1為長方體結構，且光波導1-1的寬為500nm、 厚為205nm，微環(huán)諧振器1-2的環(huán)的寬度為500nm、厚為205nm〇
[0076] 本實施方式中，波導和微環(huán)諧振器都為500nm寬，205nm厚，以支持1.5到1.6μπι波 長，ΤΜ偏振的單模傳輸。
【具體實施方式】 [0077] 六:本實施方式與二所述的可調多通道濾波器構成的 2 X 2波長路由器的區(qū)別在于，所述的波長λ!的取值范圍在1.53μπι和1.54μπι之間，波長λ2的取 值范圍在1.53μπι和1.54μπι之間。
【具體實施方式】 [0078] 七:本實施方式與四所述的可調多通道濾波器構成的 2X2波長路由器的區(qū)別在于，所述的每個微環(huán)諧振器1-2與上、下波導之間的耦合間隙均為 300nm〇
[0079] 本實施方式中，微環(huán)諧振器與兩個波導之間的耦合間隙都是300nm左右時，從而達 到10 %到25 %的能量耦合。
【主權項】
1. 可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，它包括4個可調多通道濾波器（1)，其特 征在于， 每個可調多通道濾波器（1)包括兩條光波導（1-1)、3個微環(huán)諧振器（1-2)、1號加熱器 (1-3)和2號加熱器(1-4); 兩條光波導（1-1)分別定義為上波導和下波導，兩條光波導（1-1)趨近于平行，并與3個 微環(huán)諧振器（1-2)相互耦合，相鄰的兩個微環(huán)諧振器（1-2)間存在間距，且1號加熱器（1-3) 和2號加熱器（1-4)從左至右分別嵌入在相鄰的兩個微環(huán)諧振器（1-2)的上波導上，在從左 至右的方向上3個微環(huán)諧振器（1-2)的內徑依次遞增，每個微環(huán)諧振器（1-2)與上、下波導間 均存在間隙，且3個微環(huán)諧振器(1-2)與上、下波導之間均存在間隙相同， 每個可調多通道濾波器（1)中的上波導的左、右兩端分別定義為1號端和2號端，下波導 的左、右兩端分別定義為3號端和4號端， 4個可調多通道濾波器(1)分別定義為第一個至第四個可調多通道濾波器(1)， 其中，第一個和第三個可調多通道濾波器（1)中的1號加熱器（1-3)施加的相移為12號 加熱器（1-4)施加的相移為0,從而使第一個和第三個可調多通道濾波器（1)對波長λ:的光 透明； 第二個和第四個可調多通道濾波器（1)中的1號加熱器（1-3)施加的相移為0,2號加熱 器(1-4)施加的相移為π，從而使第二個和第四個可調多通道濾波器(1)對波長λ2的光透明； 入!<人2,且0.005μπι<λι-λ2<0. Ο?μπι, 第一個可調多通道濾波器（1)的1號端與第二個可調多通道濾波器（1)的2號端連接，第 一個可調多通道濾波器(1)的4號端與第二個可調多通道濾波器(1)的1號端連接， 第二個可調多通道濾波器(1)的3號端與第三個可調多通道濾波器(1)的2號端連接， 第二個可調多通道濾波器(1)的4號端與第四個可調多通道濾波器(1)的2號端連接， 第三個可調多通道濾波器(1)的3號端與第四個可調多通道濾波器(1)的3號端連接， 第三個可調多通道濾波器(1)的4號端與第四個可調多通道濾波器(1)的1號端連接， 第一個可調多通道濾波器(1)的3號端定義為2 X 2波長路由器的a端， 第一個可調多通道濾波器(1)的2號端定義為2 X 2波長路由器的c端， 第三個可調多通道濾波器(1)的1號端定義為2 X 2波長路由器的d端， 第四個可調多通道濾波器(1)的4號端定義為2X2波長路由器的b端。2. 根據權利要求1所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的每個可調多通道濾波器（1)中的3個微環(huán)諧振器（1-2)，在從左至右的方向上，內徑依次為 7μηι、7 · 007μηι和 7 · 014μηι。3. 根據權利要求2所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的每個可調多通道濾波器（1)中的3個微環(huán)諧振器（1-2)，在從左至右的方向上，相鄰的兩個 微環(huán)諧振器(1-2)間的距離分別為22.002μπι和22.024μπι。4. 根據權利要求1所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的每個微環(huán)諧振器(1-2)分別與上、下波導之間的耦合間隙均為lOOnm至500nm〇5. 根據權利要求2所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的光波導（1-1)為長方體結構，且光波導（1-1)的寬為500nm、厚為205nm，微環(huán)諧振器（1-2) 的環(huán)的寬度為500nm、厚為205nm〇6. 根據權利要求2所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的波長λι的取值范圍在1.53μπι和1.54μπι之間，波長λ 2的取值范圍在1.53μπι和1.54μπι之間。7. 根據權利要求4所述的可調多通道濾波器構成的2X2波長路由器，其特征在于，所述 的每個微環(huán)諧振器(1-2)與上、下波導之間的耦合間隙均為300nm。
【文檔編號】G02B6/12GK106094105SQ201610457845
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】掌蘊東, 張春雨, 吳泳鋒, 于長秋, 李慧, 袁萍
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學