围可以是 20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、 90nm 或 100nm。
[0095] 在开启状态中的马赫-曾德尔干涉仪中，3dB耦合器的作用相互抵消为在设备的 一个支路中通过载流子注入引起的η相移。在此状态中WIDC无法解决波长或偏振相关性 问题，且在开启状态中存在最小波长相关性。然而，由于TE模式与TM模式之间的限制因子 0-)的较大差异，因此存在相当大的偏振相关性。这产生固定长度L p的载流子注入区中的 不同相移（Θ)，其是：
[0097] 在一些WMZI波导中，ΓΤΕ为约0. 77且Γ TM为约0. 60。WMZI的开启、交叉状态 透射在图23中示出。曲线410示出马赫-曾德尔干涉仪的透射，曲线412示出WMZI中的 TE模式的透射，曲线414示出WMZI中的TM模式的透射，且曲线416示出-16dB。当WMZI 为开启时，输出应呈直通状态，且在交叉状态处的任何光为串扰。在此设备中，用以计算移 相器长度的Γ为ΓΤΕ和Γ TM的平均值。对于两种偏振，WHGI的串扰大于马赫-曾德尔干 涉仪的串扰。并且，串扰不会保持低于关闭的WMZI的-16dB限制。
[0098] 载流子注入区被分为两个部分，且偏振旋转器（PR)放在这些部分中的每一者之 后。具有在两个部分之后的两个PR的区相关的另外的细节在2013年7月31日递交的第 13/955, 449号美国专利申请案中提供，所述申请案以引入的方式并入本文本中。每个区为 TE和TM限制因子的平均值而指定。新的部分中的模式的相移通过以下公式给出：
[0100] 此结构对设备响应的作用是入射TE模式将经历相移的一半。随后，光转换到TM 模式，在TM模式中其经历相移的第二半。最后，其转换回TE模式中。在入射TM模式中出 现类似效果，所述模式经历相移的第一半，且转换到TE模式，在TE模式中其经历相移的第 二半。最后，其转换回TM模式中。
[0101] 图24图示对偏振和波长不敏感的马赫-曾德尔干涉仪（PWIMZI) 230。在马赫-曾 德尔干涉仪的输入端和输出端两者上存在定向耦合器。光在输入端口 232处进入，而输入 端口 234不具有光输入。定向耦合器236具有耦合长度Ic1。随后，支线238具有相对于支 线240的f的相移。定向耦合器242具有耦合长度k 2。
[0102] 马赫-曾德尔干涉仪具有为无源支线的支线246以及为有源支线的支线244。在 另一实例中，两个支线均为有源的。支线246包含延迟区266,其后接偏振旋转器271。紧 接着支线246的是延迟区273,其后接偏振旋转器277。类似地，在支线244中，存在延迟区 247、偏振旋转器250、延迟区256以及偏振旋转器264。延迟区247和256是有源的，且附 接到电极。可以施加电压到电极以调节这些区的折射率，并且因此调节这些区的光程长度。 两个相移部分包含P+和η+掺杂肋形。相移部分和偏振旋转器在两个区中呈镜像。在无源 区中，P+和η+电极是短路的，因此它们不执行相位调制。这用以平衡两个支线中的损耗以 减小串扰。
[0103] 在马赫曾德尔干涉仪的输出端处，存在是第一定向耦合器的镜像的另一定向耦合 器。定向耦合器279具有耦合长度k 2。随后，支线290具有相对于支线289的相移φ。并 且，定向耦合器292具有耦合长度Ic1。最后，光通过输出端口 294和/或输出端口 296退出。
[0104] 在一个实例中，偏振旋转器是经蚀刻角的设计。所述设备实现在22. 1 μ m的长度 情况下在120nm波长范围上的92%的转换效率。在旋转区中，两个最低阶模式是完全杂化 的。完全杂化的模式在45°处具有它们的光轴角度（Φ)。将一种偏振转换到另一种的旋 转长度（L r)是：
[0106] 其中11。和n i相应地是波导中的第一和第二阶模式的有效折射率。偏振转换效率 (PCE)可以定义为：
[0108] 其中1是偏振旋转器的长度。
[0109] 图25图示偏振旋转器420,其包含在内埋氧化物426上方空气424中的硅波导 422,例如二氧化硅。肋形被蚀刻掉而具有高度H r= 170nm和宽度Wr= 190nm的经蚀刻角。 还应用二氧化娃包层。对于两种完全杂化的模式Lr= 4. 8 μ m。
[0110] 图26A到B图示图25中图示的偏振旋转器的传播模拟。当入射TE光时，图26A 图示TE模式430,而图26B图示TM模式440。TE模式光几乎完全转换到TM模式。
[0111] 图27图示开启状态的PWniZI中的串扰。曲线450示出马赫-曾德尔干涉仪的串 扰，曲线452示出PW頂ZI的TE模式的串扰，曲线454示出PW頂ZI的TM模式的串扰，且曲 线456示出-16dB的串扰。TE和TM的串扰均减小为远低于-16dB。TE和TM串扰几乎匹配 针对仅一种偏振设计的马赫-曾德尔干涉仪的串扰。
[0112] 图28图示对于马赫-曾德尔干涉仪（曲线330)、对于PW頂ZI中的TE偏振（曲线 332)和对于WMZI中的TM偏振（曲线334)，透射对比波长的图。对于从1260nm到1360nm 的波长范围，串扰保持低于-18dB。
[0113] 在单个交换中心处处理许多信道。因此，期望设计光开关以使其可扩展为较大的 端口数量。例如pwmzi等2 X 2开关可以组装成使用例如纵横开关等严格无阻塞空间开关 架构的结构。图29图示大型交换结构600,即纵横开关，其包含节点602。节点包含PffMZI 604。当集成许多pwnizi到单芯片上用于大型光包交换时，开关中的相对高串扰水平是大 小限制因子。在每个2X2节点中可以使用三个PW頂ZI以将串扰从-18dB减小到-36dB。 在此结构中，来自一个开关的输出直接馈送到两个单独Pwmzi开关中。这些用于将串扰引 导到两个闲置端口中，从而将信号保留在输出端口中。通过此降低的串扰水平，最大端口大 小N可以使用以下公式计算：
[0114] SXR = -X-10 · log (N-I)。
[0115] X是在每个节点处的串扰，且SSXR是可接受的信串比。假定SXR= 20dB，N = 40。 有可能使用在每个节点处级联的几个PWIMZI以降低对其中可以使用较大端口数量的结构 的点的串扰水平。
[0116] 在交换结构中，在输入端口 I-N发射光。通过将节点中的一者的关闭的形式变为 开启，可以将信号交换到输出波导，从而引导光通过直通状态。随后将串扰引导至闲置端 口。添加另外的虚拟节点，对于每个光程，交叉的开关的数目将相等，从而均衡损耗。
[0117] 各实施例可以用于多种应用，包含调制器、开关、多路复用器、解复用器、以及其中 期望针对波长范围的多个偏振进行优化的其它光子设备。
[0118] 图30是处理系统270的方框图，该处理系统可以用来实现本文公开的设备和方 法。处理系统270可以用于设计WPDIC。特定装置可利用所有所示的组件或所述组件的仅 一子集，且装置之间的集成程度可能不同。此外，设备可以包括部件的多个实例，例如多个 处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。处理系统可以包括配备一个或多个输入/输 出设备，例如扬声器、麦克风、鼠标、触摸屏、按键、键盘、打印机、显示器等的处理单元。另 外，处理系统270可配备一个或多个输出设备，例如，扬声器、打印机、显示器等。处理单元 可以包括中央处理器（CPU) 274、存储器276、大容量存储器设备278、视频适配器280以及连 接至总线的I/O接口 288。
[0119] 总线可以是任意类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储总线或存储控制 器、外设总线、视频总线等等。CPU 274可包括任意类型的电子数据处理器。存储器276 可包括任何类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器（SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、只读存储器（ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器可包括在 开机时使用的ROM以及执行程序时使用的程序和数据存储器的DRAM。
[0120] 大容量存储器设备278可包括任意类型的存储设备，其用于存储数据、程序和其 它信息，并使这些数据、程序和其它信息通过总线访问。大容量存储器设备278可包括如下 项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等等。
[0121] 视频适配器280以及I/O接口 288提供接口以将外部输入以及输出装置耦合到处 理单元上。如所图示，输入以及输出装置的实例包含耦合到视频适配器上的显示器以及耦 合到I/O接口上的鼠标/键盘/打印机。其它装置可以耦合到处理单元上，并且可以利用 额外的或较少的接口卡。举例来说，串行接口卡（未图示