可调多通道滤波器构成的2×2波长路由器的制造方法
【专利摘要】可调多通道滤波器构成的2×2波长路由器，涉及光通信网络领域。解决了现有电子路由器存在对数据传输速度慢及电子电信路由系统都会面临与光学数据包接口时，存在传输困难的问题。它包括4个可调多通道滤波器，每个可调多通道滤波器包括两条光波导、3个微环谐振器、1号加热器和2号加热器；两条光波导分别定义为上波导和下波导，两条光波导趋近于平行，并与3个微环谐振器相互耦合，相邻的两个微环谐振器间存在间距，且1号加热器和2号加热器从左至右分别嵌入在相邻的两个微环谐振器的上波导上，在从左至右的方向上3个微环谐振器的内径依次递增，4个可调多通道滤波器交错分布连接。它主要用在光通信上。
【专利说明】
可调多通道滤波器构成的2 X 2波长路由器
技术领域
[0001 ]本发明涉及光通信网络领域。
【背景技术】
[0002] 互联网的出现以及企业和消费者在各种日常活动中对数据传递的依赖，要求电信 网络和器件可以以更快的速度和更高的质量水平来传输不断增大的数据量。当前的电信网 络不能满足这些要求。
[0003] 现有的电路由器和电-光开关路由器在可达到的开关速度以及可以在开关之间以 非阻塞方式处理的数据容量这两方面受到限制。除了关于数据路由速度的问题，电子电信 路由系统都会面临与光学数据包接口时传输困难的问题。
[0004] 因此，亟需一种路由器解决对数据传输速度慢及电子电信路由系统都会面临与光 学数据包接口时，存在传输困难的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决现有电子路由器存在对数据传输速度慢及电子电信路由系统 都会面临与光学数据包接口时，存在传输困难的问题，本发明提供了一种可调多通道滤波 器构成的2X2波长路由器。
[0006] 可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，它包括4个可调多通道滤波器，
[0007] 每个可调多通道滤波器包括两条光波导、3个微环谐振器、1号加热器和2号加热 器；
[0008] 两条光波导分别定义为上波导和下波导，两条光波导趋近于平行，并与3个微环谐 振器相互耦合，相邻的两个微环谐振器间存在间距，且1号加热器和2号加热器从左至右分 别嵌入在相邻的两个微环谐振器的上波导上，在从左至右的方向上3个微环谐振器的内径 依次递增，每个微环谐振器与上、下波导间均存在间隙，且3个微环谐振器与上、下波导之间 均存在间隙相同，
[0009] 每个可调多通道滤波器中的上波导的左、右两端分别定义为1号端和2号端，下波 导的左、右两端分别定义为3号端和4号端，
[0010] 4个可调多通道滤波器分别定义为第一个至第四个可调多通道滤波器，
[0011] 其中，第一个和第三个可调多通道滤波器中的1号加热器施加的相移为π，2号加热 器施加的相移为〇,从而使第一个和第三个可调多通道滤波器对波长&的光透明；
[0012] 第二个和第四个可调多通道滤波器中的1号加热器施加的相移为0,2号加热器施 加的相移为I从而使第二个和第四个可调多通道滤波器对波长λ 2的光透明；
[0013] λ!·<λ2，且0.005μηι<λι-λ2<0 .Ο?μπι,
[0014] 第一个可调多通道滤波器的1号端与第二个可调多通道滤波器的2号端连接，第一 个可调多通道滤波器的4号端与第二个可调多通道滤波器的1号端连接，
[0015] 第二个可调多通道滤波器的3号端与第三个可调多通道滤波器的2号端连接，
[0016] 第二个可调多通道滤波器的4号端与第四个可调多通道滤波器的2号端连接，
[0017] 第三个可调多通道滤波器的3号端与第四个可调多通道滤波器的3号端连接，
[0018]第三个可调多通道滤波器的4号端与第四个可调多通道滤波器的1号端连接，
[0019] 第一个可调多通道滤波器的3号端定义为2X2波长路由器的a端，
[0020] 第一个可调多通道滤波器的2号端定义为2X2波长路由器的c端，
[0021] 第三个可调多通道滤波器的1号端定义为2X2波长路由器的d端，
[0022] 第四个可调多通道滤波器的4号端定义为2X2波长路由器的b端。
[0023] 所述的每个可调多通道滤波器中的3个微环谐振器，在从左至右的方向上，内径依 次为 7μπι、7 · 007μπι和 7 · 014μπι。
[0024] 所述的每个可调多通道滤波器中的3个微环谐振器，在从左至右的方向上，相邻的 两个微环谐振器间的距离分别为22.002μηι和22.024μηι。
[0025] 所述的每个微环谐振器分别与上、下波导之间的耦合间隙均为lOOnm至500nm〇
[0026] 所述的光波导为长方体结构，且光波导的宽为500nm、厚为205nm，微环谐振器的环 的宽度为500nm、厚为205nm〇
[0027] 所述的波长的取值范围在1 ·53μπι和1 ·54μπι之间，波长λ2的取值范围在1 ·53μπι和 1.54μηι之间。
[0028]所述的每个微环谐振器与上、下波导之间的耦合间隙均为300nm。
[0029] 本发明所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器可在绝缘硅片SOI基底上 制作，其下层衬有3μπι厚的隐埋氧化物BOX层。利用电子束光刻，然后用反应离子等离子刻蚀 来画出波导和微环谐振器。所得到的结构用等离子体增强化学气相沉积法PECVD来沉积覆 盖3μπι厚的Si0 2上包层，从而使硅波导和微环谐振器的各个面都被氧化物包围。
[0030] 每个滤波器的三个微环谐振器的半径从左到右分别为7以!11，7.007以111，7.014以 111，相 邻微环谐振器之间的间距左到右分别为22.002μπι和22.024μπι。在每对微环谐振器之间的上 波导上嵌入加热器以调节相邻微环谐振器之间的附加相移，实现滤波器的CRIT通道消光比 可调。第1，3个滤波器的第一对微环谐振器之间的上波导上施加相移π，第2，4个滤波器的第 二对微环谐振器之间的上波导上施加相移I其余处不施加附加相移，从而使第1，3个滤波 器对波长λι的光透明，而对波长λ〗的光不透明λι和λ〗均在1.53μηι和1.54μηι之间。波长λι和λ2 的光分别从a，b，c，d四个端口入射时，会分别从d，c，b，a端口和c，d，a，b端口出射，实现表1 所示的2X2波长路由器的功能。
[0031] 本发明带来的有益效果是，本发明利用光开关技术来动态地实现光网络节点任意 输入源之间不同波长的光信号的交换与选路。本发明由全光开关器件构成的光学路由器， 全光开关器件构成的光学路由器避免了传统的以光、电混合结构为光交换核心的光学路由 器的缺陷，本发明具有更宽的带宽和更低的延迟，能够以极快的速度传输数据，同时能够节 省光到电然后再到光的转换时间，是未来高速光通信系统的重要组件。
【附图说明】
[0032]图1为本发明所述的可调多通道滤波器的原理示意图；
[0033]图2为本发明所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器的原理示意图；
[0034]图3为波长h的光从a端进入时，波长&的光的传播方向图；
[0035] 图4为波长λ2的光从a端进入时，波长λ2的光的传播方向图；
[0036] 图5为波长λ:的光从b端进入时，波长λ:的光的传播方向图；
[0037] 图6为波长λ2的光从b端进入时，波长λ2的光的传播方向图；
[0038] 图7为波长h的光从c端进入时，波长&的光的传播方向图；
[0039] 图8为波长λ2的光从c端进入时，波长λ2的光的传播方向图；
[0040] 图9为波长h的光从d端进入时，波长h的光的传播方向图；
[0041 ]图10为波长λ2的光从d端进入时，波长λ2的光的传播方向图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0042] 一:参见图1至图10说明本实施方式，本实施方式所述的可调多通道 滤波器构成的2X2波长路由器，它包括4个可调多通道滤波器1，
[0043] 每个可调多通道滤波器1包括两条光波导1-1、3个微环谐振器1_2、1号加热器1-3 和2号加热器1-4;
[0044] 两条光波导1-1分别定义为上波导和下波导，两条光波导1-1趋近于平行，并与3个 微环谐振器1-2相互耦合，相邻的两个微环谐振器1-2间存在间距，且1号加热器1-3和2号加 热器1-4从左至右分别嵌入在相邻的两个微环谐振器1-2的上波导上，在从左至右的方向上 3个微环谐振器1-2的内径依次递增，每个微环谐振器1-2与上、下波导间均存在间隙，且3个 微环谐振器1-2与上、下波导之间均存在间隙相同，
[0045] 每个可调多通道滤波器1中的上波导的左、右两端分别定义为1号端和2号端，下波 导的左、右两端分别定义为3号端和4号端，
[0046] 4个可调多通道滤波器1分别定义为第一个至第四个可调多通道滤波器1，
[0047]其中，第一个和第三个可调多通道滤波器1中的1号加热器1-3施加的相移为π，2号 加热器1-4施加的相移为0,从而使第一个和第三个可调多通道滤波器1对波长h的光透明；
[0048] 第二个和第四个可调多通道滤波器1中的1号加热器1-3施加的相移为0,2号加热 器1-4施加的相移为π，从而使第二个和第四个可调多通道滤波器1对波长λ 2的光透明；
[0049] 且 O.OOSymSArAsSO.Olym，
[0050] 第一个可调多通道滤波器1的1号端与第二个可调多通道滤波器1的2号端连接，第 一个可调多通道滤波器1的4号端与第二个可调多通道滤波器1的1号端连接，
[0051] 第二个可调多通道滤波器1的3号端与第三个可调多通道滤波器1的2号端连接，
[0052] 第二个可调多通道滤波器1的4号端与第四个可调多通道滤波器1的2号端连接， [0053]第三个可调多通道滤波器1的3号端与第四个可调多通道滤波器1的3号端连接， [0054]第三个可调多通道滤波器1的4号端与第四个可调多通道滤波器1的1号端连接，
[0055] 第一个可调多通道滤波器1的3号端定义为2X2波长路由器的a端，
[0056] 第一个可调多通道滤波器1的2号端定义为2X2波长路由器的c端，
[0057]第三个可调多通道滤波器1的1号端定义为2X2波长路由器的d端，
[0058]第四个可调多通道滤波器1的4号端定义为2X2波长路由器的b端。
[0059] 本实施方式中，可调多通道滤波器1可实现光强的可调。
[0060] 当波长为1:的光从a端口入射时，波长心的光经过第一个可调多通道滤波器1的透 射后，从第一个可调多通道滤波器1的4号端输出至第二个可调多通道滤波器1的1号端，经 第二个可调多通道滤波器1的反射后，从第二个可调多通道滤波器13号端输出后，入射至第 三个可调多通道滤波器1的2号端，又经第三个可调多通道滤波器1的透射后，最终从d端口 出射，具体参见图3;
[0061] 当波长λ2的光从a端口入射时，波长\2的光会经过第一个可调多通道滤波器1的反 射，从第一个可调多通道滤波器1的1号端输出后，入射至第二个可调多通道滤波器1的2号 端，经第二个可调多通道滤波器1透射后，从第二个可调多通道滤波器1的1号端输出，入射 至第一个可调多通道滤波器1的4号端，经第一个可调多通道滤波器1的反射，最终从c端口 出射，具体参见图4。
[0062] 当波长为1:的光从b端口入射时，波长心的光会经过第四个可调多通道滤波器1的 反射，从第四个可调多通道滤波器1的2号端输出后，入射至第二个可调多通道滤波器1的4 号端，经第二个可调多通道滤波器1反射后，从第二个可调多通道滤波器1的2号端输出，入 射至第一个可调多通道滤波器1的1号端，经第一个可调多通道滤波器1的透射后，最终从c 端口出射，具体参见图5;
[0063] 当波长为12的光从b端口入射时，波长12的光会经过第四个可调多通道滤波器1的 透射后，从第四个可调多通道滤波器1的3号端输出，入射至第三个可调多通道滤波器1的3 号端，经第三个可调多通道滤波器1的反射后，最终从d端口出射，具体参见图6。
[0064]当波长为人:的光从c端口入射时，波长&的光会经过第三个可调多通道滤波器1透 射后，入射至第二个可调多通道滤波器1的2号端，经第二个可调多通道滤波器1的反射后， 从第二个可调多通道滤波器1的4号端输出，入射至第四个可调多通道滤波器1的2号端，经 第四个可调多通道滤波器1反射后，最终从b端口出射，具体参见图7;
[0065]当波长为12的光从c端口入射时，波长\2的光会经过第一个可调多通道滤波器1的 反射后，从第一个可调多通道滤波器1的4号端输出，入射至第二个可调多通道滤波器1的1 号端，经第二个可调多通道滤波器1透射后，入射至第一个可调多通道滤波器1的1号端，经 第一个可调多通道滤波器1反射后，最终从a端口出射，具体参见图8。
[0066]当波长为人:的光从d端口入射时，波长&的光会经过第三个可调多通道滤波器1的 透射后，入射至第二个可调多通道滤波器1的3号端，经第二个可调多通道滤波器1反射后， 从第二个可调多通道滤波器1的1号端输出，入射至第一个可调多通道滤波器1的4号端，又 经第二个可调多通道滤波器1的透射，最终从a端口出射，具体参见图9;
[0067]当波长为人2的光从d端口入射时，波长人2的光会经过第三个可调多通道滤波器1的 反射后，从第三个可调多通道滤波器1的3号端输出后，入射至第四个可调多通道滤波器13 号端，经第四个可调多通道滤波器1透射后，最终从b端口出射，具体参见图10。
[0068] 即能实现表1所示的本发明所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器功 能，具体参见表1:
[0069] 表1可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器四个通道的输入输出关系
【具体实施方式】 [0071] 二:本实施方式与一所述的可调多通道滤波器构成的 2X 2波长路由器的区别在于，所述的每个可调多通道滤波器1中的3个微环谐振器1-2,在从 左至右的方向上，内径依次为7μπι、7.007μπι和7.014μπι。
【具体实施方式】 [0072] 三:本实施方式与二所述的可调多通道滤波器构成的 2Χ 2波长路由器的区别在于，所述的每个可调多通道滤波器1中的3个微环谐振器1-2,在从 左至右的方向上，相邻的两个微环谐振器1-2间的距离分别为22.002μπι和22.024μπι。
【具体实施方式】 [0073] 四：本实施方式与一所述的可调多通道滤波器构成的 2X2波长路由器的区别在于，所述的每个微环谐振器1-2分别与上、下波导之间的耦合间隙 均为 100nm 至 500nm。
[0074] 本实施方式中，耦合间隙均为100nm至500nm，从而实现光波导与微环谐振器间的 相互耦合。
【具体实施方式】 [0075] 五:本实施方式与二所述的可调多通道滤波器构成的 2X2波长路由器的区别在于，所述的光波导1-1为长方体结构，且光波导1-1的宽为500nm、 厚为205nm，微环谐振器1-2的环的宽度为500nm、厚为205nm〇
[0076] 本实施方式中，波导和微环谐振器都为500nm宽，205nm厚，以支持1.5到1.6μπι波 长，ΤΜ偏振的单模传输。
【具体实施方式】 [0077] 六:本实施方式与二所述的可调多通道滤波器构成的 2 X 2波长路由器的区别在于，所述的波长λ!的取值范围在1.53μπι和1.54μπι之间，波长λ2的取 值范围在1.53μπι和1.54μπι之间。
【具体实施方式】 [0078] 七:本实施方式与四所述的可调多通道滤波器构成的 2X2波长路由器的区别在于，所述的每个微环谐振器1-2与上、下波导之间的耦合间隙均为 300nm〇
[0079] 本实施方式中，微环谐振器与两个波导之间的耦合间隙都是300nm左右时，从而达 到10 %到25 %的能量耦合。
【主权项】
1. 可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，它包括4个可调多通道滤波器（1)，其特 征在于， 每个可调多通道滤波器（1)包括两条光波导（1-1)、3个微环谐振器（1-2)、1号加热器 (1-3)和2号加热器(1-4); 两条光波导（1-1)分别定义为上波导和下波导，两条光波导（1-1)趋近于平行，并与3个 微环谐振器（1-2)相互耦合，相邻的两个微环谐振器（1-2)间存在间距，且1号加热器（1-3) 和2号加热器（1-4)从左至右分别嵌入在相邻的两个微环谐振器（1-2)的上波导上，在从左 至右的方向上3个微环谐振器（1-2)的内径依次递增，每个微环谐振器（1-2)与上、下波导间 均存在间隙，且3个微环谐振器(1-2)与上、下波导之间均存在间隙相同， 每个可调多通道滤波器（1)中的上波导的左、右两端分别定义为1号端和2号端，下波导 的左、右两端分别定义为3号端和4号端， 4个可调多通道滤波器(1)分别定义为第一个至第四个可调多通道滤波器(1)， 其中，第一个和第三个可调多通道滤波器（1)中的1号加热器（1-3)施加的相移为12号 加热器（1-4)施加的相移为0,从而使第一个和第三个可调多通道滤波器（1)对波长λ:的光 透明； 第二个和第四个可调多通道滤波器（1)中的1号加热器（1-3)施加的相移为0,2号加热 器(1-4)施加的相移为π，从而使第二个和第四个可调多通道滤波器(1)对波长λ2的光透明； 入!<人2,且0.005μπι<λι-λ2<0. Ο?μπι, 第一个可调多通道滤波器（1)的1号端与第二个可调多通道滤波器（1)的2号端连接，第 一个可调多通道滤波器(1)的4号端与第二个可调多通道滤波器(1)的1号端连接， 第二个可调多通道滤波器(1)的3号端与第三个可调多通道滤波器(1)的2号端连接， 第二个可调多通道滤波器(1)的4号端与第四个可调多通道滤波器(1)的2号端连接， 第三个可调多通道滤波器(1)的3号端与第四个可调多通道滤波器(1)的3号端连接， 第三个可调多通道滤波器(1)的4号端与第四个可调多通道滤波器(1)的1号端连接， 第一个可调多通道滤波器(1)的3号端定义为2 X 2波长路由器的a端， 第一个可调多通道滤波器(1)的2号端定义为2 X 2波长路由器的c端， 第三个可调多通道滤波器(1)的1号端定义为2 X 2波长路由器的d端， 第四个可调多通道滤波器(1)的4号端定义为2X2波长路由器的b端。2. 根据权利要求1所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的每个可调多通道滤波器（1)中的3个微环谐振器（1-2)，在从左至右的方向上，内径依次为 7μηι、7 · 007μηι和 7 · 014μηι。3. 根据权利要求2所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的每个可调多通道滤波器（1)中的3个微环谐振器（1-2)，在从左至右的方向上，相邻的两个 微环谐振器(1-2)间的距离分别为22.002μπι和22.024μπι。4. 根据权利要求1所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的每个微环谐振器(1-2)分别与上、下波导之间的耦合间隙均为lOOnm至500nm〇5. 根据权利要求2所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的光波导（1-1)为长方体结构，且光波导（1-1)的宽为500nm、厚为205nm，微环谐振器（1-2) 的环的宽度为500nm、厚为205nm〇6. 根据权利要求2所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的波长λι的取值范围在1.53μπι和1.54μπι之间，波长λ 2的取值范围在1.53μπι和1.54μπι之间。7. 根据权利要求4所述的可调多通道滤波器构成的2X2波长路由器，其特征在于，所述 的每个微环谐振器(1-2)与上、下波导之间的耦合间隙均为300nm。
【文档编号】G02B6/12GK106094105SQ201610457845
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】掌蕴东, 张春雨, 吴泳锋, 于长秋, 李慧, 袁萍
【申请人】哈尔滨工业大学