用于光耦合器的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本发明要求2014年5月30日递交的发明名称为"用于光耦合器的系统和方法 (System and Method for an Optical Coupler)" 的第 14/291,957 号美国非临时申请 案以及2013年5月31日递交的发明名称为"用于对偏振和波长不敏感的定向耦合器的 设备和方法（Device and Method for a Polarization and Wavelength Insensitive Directional Coupler) "的第61/829, 704号美国临时申请案的在先申请优先权，所述在先 申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于光子学的系统和方法，且具体来说，涉及一种用于光耦合器 的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 光包交换（OPS)是用以处理因特网的指数增长的有前景的技术。期望光子元件在 具有低偏振串扰的较大波长范围上操作。例如定向耦合器等元件可以用于OPS中的光子交 换结构中。
[0004] 光设备可以集成在包含光波导的光子集成电路（PIC)中。光波导是包含介电材料 的板条、条带或圆柱体的光导管，其由具有较低折射率的另一介电材料包围。光通过全内反 射沿着较高折射率材料传播并且局限于所述较高折射率材料。在Pic中，芯可以是由较低 折射率材料包围的硅，较低折射率材料例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和/或空气。所述 波导可以是单模或多模波导。在实例中，Pic以例如1550nm或1310nm的电信波带操作。光 可以耦合到光波导中、光波导之外或光波导之间。在PIC中，多个光子功能集成在绝缘体上 硅（SOI)等衬底上。PIC用于光通信并且用于其它应用，例如，生物医学应用和光子计算。 PIC可以提供增加的功能性，同时是紧凑的且相较于离散光设备实现更高性能。
【发明内容】
[0005] -种实施例光定向親合器包含用于接收输入光信号的输入端子和光学地親合到 输入端子的第一耦合器，其中第一耦合器具有第一耦合长度，并且其中第一耦合器用于将 输入光信号的第一部分耦合到第一光支线且将输入光信号的第二光部分耦合到第二光支 线。所述光定向耦合器还包含：第一光支线，其中所述第一光支线用于对光信号的第一部分 进行移相以产生第一相移信号；以及第二光支线，其中所述第二光支线用于对光信号的第 二部分进行移相以产生第二相移信号，并且其中第一相移信号具有相对于第二相移信号的 相位差。另外，所述光定向耦合器包含第二耦合器，其用于接收第一相移信号和第二相移信 号并且用于将第一输出光信号输出到第一输出端，其中第二耦合器具有第二耦合长度，其 中对于在跨越40nm的波长范围上的横电（TE)偏振光和横磁（TM)偏振两者，输入光信号对 第二输出端的串扰低于-15dB。
[0006] -种实施例光开关包含：第一定向親合器，其用于接收输入光信号且产生输入 光信号的第一部分和输入光信号的第二部分，其中对于在跨越40nm的波长范围上的横电 (TE)模式和横磁（TM)模式两者，输入光信号的第一定向耦合器对光信号的第二部分的透 射低于_15dB ;以及第一支线，其用于接收输入光信号的第一部分且产生第一经移相光信 号。所述光开关还包含：第二支线，其用于接收输入光信号的第二部分且产生第二经移相光 信号；以及第二定向耦合器，其用于接收第一经移相光信号和第二经移相光信号。
[0007] -种设计定向耦合器的实施例方法包含：计算定向耦合器的横电（TE)耦合比误 差函数作为第一耦合长度、第二耦合长度和相移的第一函数；并且计算定向耦合器的横磁 (TM)耦合比误差函数作为第一耦合长度、第二耦合长度和相移的第二函数。所述方法还包 含：将在波长范围上的TE耦合比误差函数和TM耦合比误差函数减到最小以产生所选第一 耦合长度、所选第二耦合长度和所选相移；并且制造具有所选第一耦合长度、所选第二耦合 长度和所选相移的定向耦合器。
[0008] 前文已相当广泛地概述了本发明的实施例的特征，以便可以更好地理解接下来的 本发明的详细说明。下文中将描述本发明的实施例的另外的特征以及优点，这些另外的特 征以及优点形成本发明的权利要求书的主题。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念 及具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程 的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效构造不脱离如在所附权利要求书中所 阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0009] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
[0010] 图1图示实施例光波导；
[0011] 图2图示马赫-曾德尔干涉仪；
[0012] 图3图示用于横电（TE)偏振光的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪；
[0013] 图4图示对于针对TE偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的TE偏 振光和横磁（TM)偏振光，透射对比波长的图；
[0014] 图5图示对于针对TE偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪中的TE 偏振光和针对TM偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪中的TM偏振光，透射 对比波长的图；
[0015] 图6图示对于针对TE偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的TM偏 振光，透射对比波长的图；
[0016] 图7图示对于针对TM偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的TE偏 振光，透射对比波长的图；
[0017] 图8图示实施例对偏振和波长不敏感的定向耦合器；
[0018] 图9图示设计对偏振和波长不敏感的定向耦合器的实施例方法的流程图；
[0019] 图10图示对于分别针对TE偏振光和TM偏振光优化的对波长不敏感的定向耦合 器，耦合比对比波长的图；
[0020] 图11图示对于分别针对TE偏振光和TM偏振光优化的对波长不敏感的马赫-曾 德尔干涉仪，透射对比波长的图；
[0021] 图12图示对于光波导的双折射对比波导宽度的图；
[0022] 图13图示对于对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的图；
[0023] 图14图示对于光波导的耦合长度对比波导宽度的图；
[0024] 图15图示对于对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的图；
[0025] 图16图示对于定向耦合器的耦合对比波长的图；
[0026] 图17图示对于光波导的双折射对比波导宽度的图；
[0027] 图18图示对于对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的图；
[0028] 图19图示对于光波导的耦合长度对比波导宽度的图；
[0029] 图20图示对于对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的图；
[0030] 图21图示具有制造误差的串扰对比波长的图；
[0031] 图22图示具有制造误差的串扰对比波长的另一图；
[0032] 图23图示对于对波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的图；
[0033] 图24图不实施例对偏振和波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪；
[0034] 图25图示实施例偏振旋转器；
[0035] 图26A到B图示具有入射TE偏振光的偏振旋转器的模拟；
[0036] 图27图示对于对偏振和波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的 图；
[0037] 图28图示对于对偏振和波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪的透射对比波长的 图；
[0038] 图29图示纵横交换结构；以及
[0039] 图30图示实施例通用计算机系统的方框图。
[0040] 除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是 为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
【具体实施方式】
[0041] 首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系 统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明 决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性 设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
[0042] -个实施例提供一种对波长和偏振不敏感的定向耦合器（WPIDC)，其经优化以降 低对波长范围上的偏振的敏感度。WPIDC包含具有耦合长度Ic 1的第一定向耦合器和具有耦 合长度k2的第二定向耦合器。定向地耦合器通过具有不同光程长度的