本技术涉及光波导和光开关技术领域,介绍了一种利用微环耦合器实现多向电光开关控制的结构。该结构采用二氧化硅包层和铌酸锂薄膜波导层,实现了电光调制功能。
背景技术
随着大数据容量和速度需求的增长,互联网企业和大型数据中心的性能需求的增加,信息技术的要求越来越高。其中,在提升芯片性能和增大通信容量、实现更快的处理速度的需求下,越来越依赖光电互连在信息处理中提供关键的连接。为实现更快的信息处理速度和更高的信息传输容量,与互补金属半导体(CMOS)工艺兼容、具有快速响应、低损耗、高可靠性、低串扰、大容量的光开关及光开关网络开始广泛研究。因为原有的电子芯片及其互连技术逐渐难以满足计算和存储系统对高速数据传输和高能效的要求,已成为限制数据中心及高性能计算机性能提升的瓶颈。而光互联取代电互联成为了集成电路研究领域的重点。而传统光纤网络作为光互连的波长选择元器件是基于自由光学器件,很少应用于片上光子集成。
光开关是面向高速大容量信息技术的重要组成,也是片上光学集成的重要器件。光开关的性能影响光电集成芯片的性能和可靠性,对新一代信息技术下光开关阵列及光互连网络的多向、可控、高速度等新挑战和新功能,有着广阔的研究前景。
波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一光信道中进行传输的技术,同时反向传输时光信号经过解复用器也可以实现不同波长信号的滤波功能。其有通信速度快、传播信号透明、传播容量大的特点。波分复用的常用器件有微环谐振滤波器、阵列光栅、Mach-Zehnder干涉仪等。而由于阵列光栅、Mach-Zehnder干涉仪的波分复用器件由于占地空间大,滤波效果与级联程度存在矛盾等原因,微环谐振器和定向耦合器是光子集成电路中重要的光学元件,其是光开关、波分复用(解复用)器、光学滤波器等基本光学元器件。
铌酸锂(LN:Lithium Niobate)材料相比于硅,聚合物,ⅠIⅠ-Ⅴ族半导体等材料具备优良的光学特性,具有良好的线性一阶电光效应,较高的电光响应系数,物理化学特性稳定,宽的光学低损耗窗口和带隙,是在电光调制领域应用广泛的晶体材料之一。铌酸锂材料的器件在电光调制下可实现光开关状态的高速切换,而且铌酸锂材料的加工制造趋于成熟。基于铌酸锂材料的微环谐振器和定向耦合器可以利用铌酸锂优良电光性质,是光开关,电光调制器的基础元器件。
微环谐振器用来有选择性耦合一定范围内波长的光并实现可逆转向的输出,具有波长选择性好、自由光谱范围大等特点,定向耦合器可以实现光信号的任意比例的耦合,实现光信号的传输路径切换,两者均是多项可控的光开关及光网络的重要组成部分,可以互补和级联,也是滤波器、传感器的基本构件。
光开关是光电集成芯片的核心单元,是光网络中的核心器件,影响着光电芯片性能及可靠性,面对新一代信息技术下光网络、光通信领域的多向可控功能及低损耗、高速度等新挑战,对基于铌酸锂基于微环耦合器的多向可控电光开关的研究是必要的,其具有低损耗,开关速度快,多项可控的功能特点,可以应用在光互连网络中。
实现思路