專利名稱：用于光學(xué)信號路由的圓柱形諧振器的制作方法
用于光學(xué)信號路由的圓柱形諧振器
背景技術(shù)：
光束或光學(xué)信號頻繁用于傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。例如，光學(xué)信號在光纖系統(tǒng)中用于進行 長距離電話和互聯(lián)網(wǎng)通信。此外，光學(xué)信號頻繁用于在單個電路板上的電子部件之間或者 在相鄰或附近電路板上的電子部件之間傳輸數(shù)據(jù)。利用光學(xué)通信的系統(tǒng)常常依賴于通常為光束形式的光學(xué)能量的精確操縱以完成 期望任務(wù)。在利用光進行多個節(jié)點之間的高速低能量通信的系統(tǒng)中尤其如此。在這種系統(tǒng) 中，光學(xué)數(shù)據(jù)信號通常通過與各個節(jié)點連接的一個或多個波導(dǎo)行進。為了高效地通過該系統(tǒng)傳遞信息，常常需要組合、分離和路由各種光學(xué)信號。例 如，可能期望從第一波導(dǎo)提取特定光學(xué)信號并且選擇性地將它路由到許多其它波導(dǎo)的任何 一個中。這能夠通過將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號并且然后使用激光器或其它光學(xué)源在期望波 導(dǎo)中重構(gòu)該光學(xué)信號來實現(xiàn)。該技術(shù)具有重要限制電子電路限制信號的最大帶寬。第二方案利用光學(xué)切換裝置將光學(xué)信號從一個波導(dǎo)傳送到另一個波導(dǎo)?？梢酝ㄟ^ 機械手段(例如，物理偏移光纖)來操作光學(xué)開關(guān)從而使得它驅(qū)動一個或多個替代光纖。機 械開關(guān)相對較慢并且僅僅能夠?qū)⒐鈱W(xué)信號偏移到小數(shù)目的替代光纖中。光學(xué)開關(guān)還可以使 用電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)或其它方法。這些光學(xué)開關(guān)能夠比機械致動開關(guān)快很多但它們在不 具有復(fù)雜架構(gòu)和多個切換元件的情況下將光學(xué)信號路由到大量的替代波導(dǎo)的能力仍是有 限的。這些復(fù)雜架構(gòu)的制造成本可能很高，易碎，并且在光子裝置內(nèi)需要相對較大的區(qū)域。


附圖示出了本文所述的原理的各種實施例并且是說明書的一部分。所示的實施例 僅僅是例子并且不限制權(quán)利要求的范圍。圖IA到圖IF是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的說明性光學(xué)路由系統(tǒng)的 操作原理的圖。圖2A到圖2D是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的說明性光學(xué)路由系統(tǒng)的 各種實施例的圖。圖3是根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的形成螺旋體的說明性圓柱形諧振器 的圖。圖4A和圖4B是根據(jù)本文所述的原理的一個示例性實施例的在光學(xué)路由系統(tǒng)內(nèi)使 用的說明性螺旋諧振器的圖。圖5是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的光學(xué)路由系統(tǒng)的各種說明性部 件的圖。圖6A和圖6B是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的用于光學(xué)路由系統(tǒng)的說 明性電極配置的圖。圖7A和圖7B是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的基于磁光原理進行操作 的光學(xué)路由系統(tǒng)的圖。圖8A和圖8B是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的基于磁光原理進行操作的光學(xué)路由系統(tǒng)的圖。圖9是示出根據(jù)本文所述的原理的一個實施例的利用光學(xué)路由系統(tǒng)將光學(xué)能量 從源波導(dǎo)弓丨導(dǎo)至目的地波導(dǎo)的一個方法的說明性流程圖。在所有附圖中，相同標號指定類似但并不一定相同的元件。
具體實施例方式在下面的說明中，為了進行解釋，闡述了大量的特定細節(jié)以便提供對本系統(tǒng)和方 法的徹底理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在沒有這些特定細節(jié)的情況下仍可以實施 本設(shè)備、系統(tǒng)和方法。說明書中對“實施例”、“例子”或者相似語言的引用是指結(jié)合實施例 或例子描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少該一個實施例中但是不一定包含在其它 實施例中。說明書中各個位置處的短語“在一個實施例中”或相似短語的各種實例不一定 全部指代同一實施例。光學(xué)諧振器用于選擇性地對光束進行過濾、切換或調(diào)制。在這種系統(tǒng)中，通常通 過閉環(huán)中的光學(xué)波導(dǎo)形成諧振器，該光學(xué)波導(dǎo)光學(xué)耦合到與該環(huán)切向布置的另一個光學(xué)波 導(dǎo)。通過調(diào)諧諧振器的諧振頻率以與切向波導(dǎo)內(nèi)的光學(xué)能量的頻率匹配，諧振器能夠選擇 性地光學(xué)耦合到切向波導(dǎo)。當這發(fā)生時，調(diào)諧的頻率的切向波導(dǎo)內(nèi)的光學(xué)能量將耦合到或 傳送到諧振器的成環(huán)波導(dǎo)中。例如，在波分復(fù)用中，通過切向波導(dǎo)傳輸?shù)墓鈱W(xué)能量能夠由多個不同波長帶或 “線”構(gòu)成。每條線可以是窄的，寬度的量級是IMHz到1GHz。每個不同線能夠用作用于單 獨數(shù)據(jù)信號的載波。通過將諧振器的諧振頻率調(diào)諧到特定波長，能夠從切向波導(dǎo)提取特定 線內(nèi)的光學(xué)能量。這個光學(xué)能量然后能夠被調(diào)制、檢測、路由至新的波導(dǎo)中或者用于其它相 似操作中。圖IA到圖IF是示出說明性的光學(xué)路由系統(tǒng)的操作原理的圖。圖IA示出了由在 襯底(110)上間隔開的平行脊波導(dǎo)(105)構(gòu)成的波導(dǎo)陣列(102)的端視圖。圖IB示出了相 同波導(dǎo)陣列(102)的側(cè)視圖。每個波導(dǎo)(105)被分配或配置為載送一個或多個頻率的光學(xué) 能量。數(shù)據(jù)信號能夠被編碼到包含在波導(dǎo)(105)內(nèi)的各種頻率的光學(xué)能量中。如上所述， 可能希望對光學(xué)信號進行組合，將光學(xué)信號傳送離開第一波導(dǎo)并進入第二波導(dǎo)，對信號進 行解復(fù)用，以及執(zhí)行其它此類操作。圖IC和圖ID示出了光學(xué)路由系統(tǒng)(100)的一個說明性實施例。在這個實施例中， 圓柱形諧振器(115)位于波導(dǎo)陣列(102)的頂部。圓柱形諧振器(115)是橫桿(cross-bar) 配置，其中，圓柱體(115)跨越許多波導(dǎo)(105)。圓柱形諧振器(115)具有諧振頻率，例如通 過控制施加到諧振器(115)的溫度、機械應(yīng)力、電場或其它參數(shù)能夠選擇性地調(diào)諧該諧振頻率。通常，在圓柱體(115)與波導(dǎo)(105)的上表面之間存在微小間隙。在任何波導(dǎo) (105)內(nèi)行進的光的漸逝光學(xué)場將跨過這個間隙。因此，當圓柱形諧振器(115)使其諧振頻 率調(diào)諧到在波導(dǎo)(105)內(nèi)行進的特定波長的光時，這個特定波長的光可以跨過該間隙進行 傳送并且進入圓柱形諧振器(115)。不同波長的光不受圓柱形諧振器(115)的影響并且繼 續(xù)通過波導(dǎo)(105)。圖IE和圖IF示出了波導(dǎo)(105、107)與圓柱形諧振器(115)之間的這種選擇性光學(xué)耦合。如上所述，波導(dǎo)(105、107)可以包含一個或多個波長的光。當圓柱形諧振器(115) 使其諧振頻率調(diào)諧到特定波長(或頻率)的光時，該光耦合到圓柱形諧振器(115)中。例如， 第一波導(dǎo)(105)包含圓柱形諧振器(115)被調(diào)諧到的目標波長的光(106)。這個目標波長 的光的一部分耦合到圓柱形諧振器(115)中并且包含在圓柱形諧振器(115)內(nèi)作為回音廊 模式(120)。第二波導(dǎo)(107)包含不同波長的光(108)，該光(108)沒有耦合到圓柱形諧振 器(115)中，直到諧振器(115)被調(diào)諧到那個波長為止。在下文中描述用于調(diào)諧圓柱形諧振 器的各種機制。當特定諧振頻率的光被限制在折射率大于包圍它的介質(zhì)的折射率的圓柱形或球 形體積內(nèi)時，出現(xiàn)回音廊模式(120)。在這些波長處，光在體積表面處經(jīng)歷全內(nèi)反射并且在 量級為納秒的時間長度內(nèi)陷入該體積內(nèi)。圖IF示出了圖IE所示的光學(xué)路由系統(tǒng)(100)的 截面圖。回音廊模式(120)被示出為圍繞圖IF中的圓柱形諧振器的周邊的圓圈和圖IE中 的卵形。這些回音廊模式(120)具有在諧振器沒有在幾何上進行限制的維度上擴展的趨勢。 例如，在圓柱形諧振器中，由圓柱體的圓周在二個維度上對模式(120)進行限制，但是模式 (120)可以軸向地沿圓柱體長度進行擴展。圖2A到圖2D是示出使用這些原理的說明性光學(xué)路由系統(tǒng)(200、290、295、298)的 各種實施例的圖。圖2A示出了一種光學(xué)路由系統(tǒng)(200)，其包括上波導(dǎo)陣列(202)、下波導(dǎo) 陣列(102)和夾在這兩個波導(dǎo)陣列之間的圓柱形諧振器(115)。下波導(dǎo)陣列(102)包括在 襯底(110)上均勻間隔開的許多下波導(dǎo)(105)。在下波導(dǎo)(105)之間形成了許多N摻雜電 極(125 )。上波導(dǎo)陣列(202 )相似地包含在襯底(200 )上均勻間隔開的許多上波導(dǎo)(205 )。 在上波導(dǎo)(205)之間的空間內(nèi)形成了許多P摻雜電極(225)。在整個說明書中，引用了 P摻雜和N摻雜電極。通過向半導(dǎo)體材料添加雜質(zhì)原子 以增加自由負電荷載流子的數(shù)目形成N摻雜電極。類似地，通過向半導(dǎo)體添加雜質(zhì)原子以 增加自由正電荷載流子的數(shù)目形成P摻雜電極。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在許多情況下，P 摻雜和N摻雜電極的互補對的位置可以進行互換并且P摻雜或N摻雜指定是任意的。在一 些情況下，其它電極類型可以是可行的(例如，金屬引線)。光學(xué)路由系統(tǒng)(200)能夠用于將光學(xué)能量從源波導(dǎo)(135)路由到目的地波導(dǎo) (232)。為了將圓柱形波導(dǎo)(115)的一部分與源波導(dǎo)(135)進行耦合，對一對電極(130、230) 進行激勵以將電荷載流子注入圓柱形諧振器(115)中。這些電荷載流子改變圓柱形諧振 器(115)的一部分的諧振頻率從而它被調(diào)諧到期望從源波導(dǎo)(135)提取的特定光頻率。該 特定波長的光學(xué)能量然后耦合到這個光學(xué)波導(dǎo)(115)中并且包含在許多回音廊模式(235) 內(nèi)。根據(jù)一個示例性實施例，注入電荷載流子以耦合源波導(dǎo)(135)還調(diào)諧了圓柱形諧振器 (115)與目的地波導(dǎo)(232)之間的界面，目的地波導(dǎo)(232)接受包含在圓柱形諧振器(115) 內(nèi)的光學(xué)能量。這個光學(xué)能量然后行進通過目的地波導(dǎo)(232)的長度。在一些情況下，圖2A表示回音廊模式(235)的理想化表示。如上所述，回音廊模 式(235)自然地沿圓柱形諧振器(115)的長度軸向擴展。如下所述，回音廊模式(235)的擴 展可能是不希望的。圖2B示出了幾何布置與圖2A所示類似的光學(xué)路由系統(tǒng)(290)的一個示例性實 施例。光學(xué)路由系統(tǒng)(290)同樣包括下波導(dǎo)陣列(104)和上波導(dǎo)陣列(204)。圓柱形陣列 (115)夾在上波導(dǎo)陣列(204)與下波導(dǎo)陣列(104)之間。在這個示例性實施例中，電極的摻雜在單個波導(dǎo)陣列上交替從而N摻雜電極(130)處于波導(dǎo)之間的第一空間內(nèi)而P摻雜電極 (140)處于下一對波導(dǎo)之間的空間內(nèi)。在這個例子中，通過激勵上波導(dǎo)陣列(204)中的一對電極(240、250)以及下波導(dǎo) 陣列(104)中的一對電極(140、150)，圓柱形諧振器(115)被調(diào)諧到期望波長。激勵電極對 (140,150 ；240,250)向圓柱形諧振器(115)的一部分中注入電荷載流子。由于電荷載流子 對圓柱形諧振器(115)內(nèi)的光進行了散射，這改變了圓柱形諧振器(115)的折射率。折射率 的變化與圓柱體(115 )內(nèi)的電荷載流子的密度成比例。通過策略地將電極安置在光學(xué)路由系統(tǒng)(290)內(nèi)，能夠?qū)㈦姾奢d流子密度局限在 圓柱形諧振器(115)的期望部分內(nèi)。光學(xué)能量(145)然后跨源波導(dǎo)(142)與圓柱形諧振器 (115)之間的界面進行耦合。這個光學(xué)能量形成包含在圓柱形諧振器(115)內(nèi)的回音廊模 式(240)。如圖解說明中所示，這些回音廊模式(240)進行擴展從而使得它們不再耦合到單 個目的地波導(dǎo)(242)而是由許多輔助波導(dǎo)(255)接收。在一些情況下，回音廊模式的擴展可 能是期望的，但是在大多數(shù)情況下希望精確地將光學(xué)頻率從單個源波導(dǎo)路由到指定的目的 地波導(dǎo)。圖2C示出了具有被設(shè)計為更加精確地包含回音廊模式的各種幾何形狀的圓柱形 諧振器(260、265、270、275)。說明性的光學(xué)路由系統(tǒng)(295)同樣包括上波導(dǎo)陣列(202)和 下波導(dǎo)陣列(102)，在這兩個波導(dǎo)陣列之間夾有各種幾何形狀的圓柱形諧振器。如上所述， 波導(dǎo)陣列由在襯底(110、200 )上形成的許多波導(dǎo)(105、205 )組成。許多電極(155、225 )位 于波導(dǎo)(105、205)之間。各種圓柱形諧振器(260、265、270、275)與兩個或更多個電極進行 電接觸。這些電極向圓柱形諧振器(160、265、270、275)注入電荷載流子。這些電荷載流子 改變折射率并且調(diào)整各個波導(dǎo)與圓柱形諧振器之間的耦合。根據(jù)一個示例性實施例，能夠改變圓柱形諧振器的長度以限制回音廊模式的擴展 量。例如，第一圓柱形諧振器(260)與四個波導(dǎo)和四個電極進行接觸。這限制了包含在圓 柱形波導(dǎo)(260)內(nèi)的光學(xué)能量的分散。第二圓柱形諧振器(265)較短并且僅僅與兩個電極 進行電接觸以及僅僅與兩個波導(dǎo)光學(xué)接近。因此，第二圓柱形諧振器(265)僅僅允許兩個 波導(dǎo)之間的耦合。為了將光學(xué)能量路由到不位于源波導(dǎo)正上方的波導(dǎo)，可能希望形成具有 平行四邊形截面的圓柱形諧振器(270)。這個平行四邊形截面光學(xué)諧振器(270)與四個電 極接觸并且與四個波導(dǎo)光學(xué)接近。能夠縮短平行四邊形光學(xué)諧振器的長度，如更短的平行 四邊形截面圓柱形波導(dǎo)(275)所示，該平行四邊形截面圓柱形波導(dǎo)(275)與單對電極進行 接觸并且將光學(xué)能量沿對角從源波導(dǎo)路由到單個目的地波導(dǎo)。各種其它幾何技術(shù)能夠用于遏制回音廊模式的橫向擴展。作為例子而非進行限 制，圓柱形諧振器可由許多不同材料組成，這些材料對諧振器進行分割并且將光學(xué)能量從 源波導(dǎo)引導(dǎo)至期望的目的地波導(dǎo)。此外，由于回音廊模式主要位于圓柱形諧振器的周邊，所 以許多表面特征(例如，槽、缺口、或條帶(band))可用于引導(dǎo)光學(xué)能量。圖2D示出了用于控制單獨波導(dǎo)與圓柱形諧振器(115)之間的界面的替代電極配 置。圓柱形諧振器(280)的核(285)是P摻雜的并且用作第一電極。各個N摻雜電極(160、 220)包含在上陣列(202)和下陣列(102)內(nèi)。這些電極和波導(dǎo)對間隔開以將由于回音廊模 式的橫向擴展導(dǎo)致的相鄰波導(dǎo)之間的交叉耦合最小化。根據(jù)一個示例性實施例，該電極布 置能夠?qū)е略趩为毥缑嫣幍母叨染植炕碾姾擅芏取?br> 盡管改變諧振器的幾何形狀或者控制電荷載流子密度能夠限制回音廊模式的擴 展和精確引導(dǎo)光學(xué)能量，但是它能夠限制光學(xué)路由系統(tǒng)的靈活性。理想地，光學(xué)路由系統(tǒng)將 能夠從任何波導(dǎo)提取光學(xué)能量并且將它引導(dǎo)至任何其它波導(dǎo)。如下所述，使用一個或多個 圍繞其周邊具有螺旋槽的圓柱形諧振器能夠允許以期望的靈活性路由光學(xué)信號。圖3是使用左向螺旋諧振器(301)的光學(xué)路由系統(tǒng)(300)的圖。在這個說明性 實施例中，光學(xué)路由系統(tǒng)(300)包括波導(dǎo)陣列(105)，波導(dǎo)陣列(105)支撐左向螺旋諧振器
(301)。螺旋諧振器(301)是先前描述的圓柱形諧振器的特殊情況并且遵守相同的通用操 作原理。根據(jù)一個示例性實施例，左向螺旋諧振器(301)包括核(305)，核(305)支撐纏繞 核(305)的左向螺旋體(310)。螺旋體(310)與多個波導(dǎo)(105)對接并且選擇性地將從一個 波導(dǎo)接收的光學(xué)能量路由到大量的其它波導(dǎo)，而同時限制回音廊模式的不期望擴展。在所 示的實施例中，進入光(315)穿過源波導(dǎo)(302)并且耦合到螺旋體(310)中。為了跨該界面 有效地耦合進入光(315)，螺旋體(310)的毗鄰部分應(yīng)該模式匹配或者調(diào)諧到源波導(dǎo)(302) 內(nèi)的光的頻率。光學(xué)能量行進通過螺旋體(310)直到它到達目的地波導(dǎo)(304)。光學(xué)能量 然后耦合到目的地波導(dǎo)(304)中并且沿目的地波導(dǎo)(304)的長度行進。如上所述，螺旋諧振器(301)的部分的諧振頻率必須進行改變以實現(xiàn)源波導(dǎo)
(302)與目的地波導(dǎo)(304)之間的期望耦合量。這個諧振頻率能夠被調(diào)諧以從源波導(dǎo)提取 特定頻率的光學(xué)能量，該特定頻率的光學(xué)能量然后傳遞到給定的目的地波導(dǎo)。除了電荷載 流子注入以外，在下文討論用于模式匹配或者調(diào)諧螺旋體(310)以從期望波導(dǎo)提取光的許 多其它技術(shù)。在其中多個光學(xué)載波信號可能存在于單個光纖中的波分復(fù)用應(yīng)用中，該光學(xué)路由 系統(tǒng)(300)可以是特別有利的。螺旋諧振器可以被調(diào)諧以提取這些波長中的單個波長并且 將它傳送至單獨的目的地波導(dǎo)。該傳送的光學(xué)能量可以與行進通過目的地波導(dǎo)的其它光學(xué) 能量進行組合。螺旋諧振器的單獨部分能夠被調(diào)諧以匹配各個波導(dǎo)內(nèi)的由螺旋體接收并且 路由到一個或多個目的地波導(dǎo)的不同光學(xué)頻率。這個光學(xué)路由能夠完成許多目標，包括將 單個進入光學(xué)信號路由成多個外出光學(xué)信號，對光學(xué)信號進行切換以通過替換波導(dǎo)行進至 它的目的地，復(fù)用，解復(fù)用，或者其它類似操作。圖4A和圖4B是在光學(xué)路由系統(tǒng)(400)內(nèi)采用的說明性螺旋諧振器(402、301)的 圖。在這個示例性實施例中，波導(dǎo)陣列包括在襯底(Iio)上形成的多個波導(dǎo)(105)。位于 波導(dǎo)(105)上方的是左向螺旋諧振器(301)和右向諧振器(402)。左向螺旋諧振器包括核 (305)和左螺旋體(310)。右向螺旋諧振器(402)包括核(405)和右螺旋體(410)。各個波 導(dǎo)(105)緊密接近螺旋體(310、410)的外周邊。通過經(jīng)由電極、磁光效應(yīng)或者通過各種其它 電可控手段注入電荷載流子，螺旋體的外周邊與任何波導(dǎo)之間的界面處的諧振頻率能夠被 調(diào)諧到特定波長。在一些實施例中，多個波長的光能夠同時從不同的源波導(dǎo)路由到一個或 多個目的地波導(dǎo)。圖4B示出了利用一對螺旋體使用許多直角轉(zhuǎn)彎對光學(xué)信號進行重新路由以到達 目的地的一個說明性方法。源波導(dǎo)(415)包含進入光學(xué)能量(430)。左向螺旋諧振器(301) 的一部分耦合到源波導(dǎo)(415)并且接受進入光學(xué)能量。進入光學(xué)能量(430)穿過左螺旋體， 然后進入傳輸波導(dǎo)(425)。傳輸波導(dǎo)(425)將光學(xué)能量傳送到右向螺旋諧振器(402)，在右向螺旋諧振器(402)處它進入右向螺旋體(410)。右向螺旋體(410)將光學(xué)能量傳送到目 的地波導(dǎo)(420)。光學(xué)能量然后進入目的地波導(dǎo)(420)并且沿這個波導(dǎo)傳送至它的下一個 目的地。圖5是光學(xué)路由系統(tǒng)(500)的各種說明性部件的分解視圖。根據(jù)一個示例性實施 例，光學(xué)路由系統(tǒng)(500)包括地址線(502)、電極陣列(520)、右向螺旋諧振器(402)、左向 螺旋諧振器(301)和波導(dǎo)陣列(202)。如上所述，波導(dǎo)陣列(202)包括設(shè)置在襯底(110)上 的若干平行波導(dǎo)(105)。波導(dǎo)陣列(202)的幾何形狀不限于平行脊波導(dǎo)，而是可以適于滿足 各個應(yīng)用的要求。螺旋諧振器(402、301)位于波導(dǎo)(105)上方從而使得螺旋諧振器(402、 301)能夠選擇性地耦合到波導(dǎo)(105)。在所示的實施例中，電極陣列(520)位于螺旋諧振器的上方并且與螺旋體的周邊 電接觸，從而使得電荷載流子能夠被注入以控制螺旋諧振器(402、301)的部分的諧振頻率。 為了選擇性地注入電荷載流子，許多的地址線(502)允許選擇性地致動電極陣列(520)內(nèi) 的各個電極。根據(jù)一個示例性實施例，地址線(502)包括許多行線(510)和許多列線(505)。 這些行線和列線(505、510)可以類似于允許訪問陣列內(nèi)的單獨元件的存儲器陣列中的字線 和位線。在替代實施例中，地址線(502)可以位于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之下。地址線(502)允許選擇并 偏置X-Y點以偏移與波導(dǎo)(105)的特定界面處的螺旋諧振器002，301)的諧振。圖6A和圖6B是示出光學(xué)路由系統(tǒng)(600，602)的各種電極配置的說明性圖。根據(jù) 一個說明性實施例，光學(xué)路由系統(tǒng)(600)可以包括包含波導(dǎo)陣列(202)和電極陣列(520)的 許多元件、夾在波導(dǎo)陣列與電極陣列(520)之間的許多螺旋或圓柱形諧振器(604)、以及地 址線(502)。如上所述，地址線可以包括列線(505)和行線(510)。電信號可以沿這些行線 和列線(505、510)傳遞以尋址電極陣列(520)內(nèi)的單獨元件。根據(jù)一個示例性實施例，電極陣列(520)由許多P摻雜和N摻雜的電極(605、610) 組成。在一個實施例中，P摻雜電極(605)和N摻雜電極(610)與圓柱形或螺旋諧振器(604) 的周邊電接觸。跨電極對施加電壓，該電壓將電荷載流子注入諧振器(604)中。如上所述， 這改變了諧振器(604)的折射率。當諧振器(604)的諧振頻率被調(diào)諧到包含在下面的波導(dǎo) (105)內(nèi)的光學(xué)頻率時，光耦合到諧振器(604)中或者從諧振器(604)耦合出來。圖6B示出了替代電極實施例，其利用附連到N摻雜電極(625)的陣列的許多行線 (620)。不是使用單獨的P摻雜電極，圓柱形或螺旋諧振器(615)的核(630)是P摻雜的并 且用作行線和P摻雜電極二者。這減少了光學(xué)路由系統(tǒng)內(nèi)的單獨元件的數(shù)目。圖7A和圖7B示出了控制圓柱形諧振器與切向波導(dǎo)之間的界面的替代方法。圖7A 是示出用于控制圓柱形諧振器(705)與切向波導(dǎo)(710)之間的光學(xué)耦合的磁光設(shè)備(700) 的圖。在這個說明性方法中，圓柱形諧振器(705)或者它的一部分摻雜有在存在磁場(722) 的情況下改變圓柱形諧振器(705)的光學(xué)特性的雜質(zhì)。作為例子而非進行限制，摻雜雜質(zhì) 可以是順磁鋱(Tb)。施加外部磁場(722)使得鋱雜質(zhì)上的磁矩按序排列(order)，由此在傳 播通過圓柱形諧振器(705)的光學(xué)能量中產(chǎn)生相移。因此，與這個相移成比例地調(diào)諧圓柱 形諧振器(705)的諧振頻率。如上所述，圓柱形諧振器(705)的諧振頻率應(yīng)該與行進通過切 向波導(dǎo)(710)的光學(xué)能量模式匹配，以便跨該界面耦合光學(xué)能量?？梢酝ㄟ^各種方法創(chuàng)建外部磁場(722)。作為例子而非進行限制，藉由將電流 (725)傳送通過接近摻雜的圓柱形諧振器(705)的導(dǎo)電體(720)，可以創(chuàng)建外部磁場。在一個說明性實施例中，導(dǎo)電體(720)穿過圓柱形諧振器(705)的中心部分。當如圖所示電流 (725 )從右向左通過導(dǎo)電體(720 )時，在第一取向上產(chǎn)生磁場(722 )。這種取向的磁場(722 ) 在摻雜的圓柱形諧振器(705)內(nèi)產(chǎn)生光學(xué)相移。改變穿過導(dǎo)電體(720 )的電流(725 )的量改變磁場(722 )的幅值，這改變了圓柱形 諧振器(705)內(nèi)的相移的幅值。因此，通過改變穿過導(dǎo)電體(720)的電流(725)的量，圓柱 形諧振器(705)的諧振頻率可以被調(diào)諧為將期望波長的光耦合到圓柱形諧振器(705)中。 通過反轉(zhuǎn)導(dǎo)電體(722)內(nèi)的電流(725)的方向(這反轉(zhuǎn)磁場(722)和所得光學(xué)相移的極性)， 能夠獲得調(diào)諧圓柱形諧振器的附加靈活性。根據(jù)一個示例性實施例，通過接近圓柱形諧振器(705)附連鐵磁材料可以操縱由 電流(725)產(chǎn)生的磁場(722)。根據(jù)一個示例性實施例，鐵磁材料是坡莫合金片(715)，其 附連到圓柱形諧振器(705)的側(cè)面。坡莫合金是具有高導(dǎo)磁率(在存在施加磁場的情況下 具有高度的磁性)和低矯頑性(當去除施加的磁場時具有低的殘留磁性)的鎳鐵磁性合金。 來自坡莫合金片(715)的雜散磁場在期望位置對磁場(722)進行放大/集中。坡莫合金片 (715)減小了將圓柱形諧振器調(diào)諧到給定諧振頻率所需的電流量。此外，在一些實施例中， 坡莫合金片可以增大可以對圓柱形諧振器進行調(diào)諧的頻率范圍。圖7B是示出用于控制螺旋諧振器(735)與各個波導(dǎo)(750、752、7M)之間的多個界 面的一個說明性實施例的圖。在這個實施例中，可單獨尋址的導(dǎo)電體(760、762、764)穿過螺 旋諧振器(735)的中心部分。為了創(chuàng)建通過螺旋諧振器(735)的中心部分的通道，可以去除 支撐核(740)的部分，保持螺旋體(745)不受干擾。如上所述，能夠使用控制導(dǎo)線的互補柵 格對導(dǎo)電體(760、762、764)進行尋址?？梢允褂酶鞣N導(dǎo)體配置以產(chǎn)生期望的磁場。作為例 子而非限制，導(dǎo)電體可以圍繞圓柱形諧振器纏繞多次或者成形為靠近光學(xué)界面的線圈。此 外，坡莫合金片或其它鐵磁材料可以并入該設(shè)計內(nèi)以幫助對所得的磁場進行成形。除了上述的用于將圓柱形諧振器與切向波導(dǎo)進行耦合和去耦合的方法以外，還可 以使用各種其它方法。作為例子而非進行限制，可以使用各種光電效應(yīng)。例如，可以使用普 克爾斯效應(yīng)(其中某些結(jié)晶固體的折射率與施加的電場成比例線性變化)或克爾效應(yīng)(折射 率的變化與電場的平方成比例)改變圓柱形諧振器材料的折射率。吸收變化也能夠強烈影 響光學(xué)材料的吸收邊沿附近的波長的折射率。使用弗朗茲-凱爾迪什(Franz-Keldysh)效 應(yīng)、斯塔克(Stark)效應(yīng)、量子約束斯塔克效應(yīng)、或者各種其它電吸收或電色效應(yīng)可以引起 吸收變化。圖8A和圖8B示出了用于控制圓柱形諧振器與切向波導(dǎo)之間的界面的替代設(shè)備和 方法。圖8A是示出磁光設(shè)備(800)的部分切掉的截面的圖。圖8B是同一設(shè)備(800)的頂 視圖。磁光設(shè)備(800)包括基座(818)，在該基座(818)上形成了多個脊波導(dǎo)(810、812)。在 脊波導(dǎo)(810、812)的每一個上方安置了環(huán)形諧振器(802、804)。在相鄰脊波導(dǎo)之間，橋接元 件(806 )在兩個環(huán)形諧振器(802、804 )之間進行直接光學(xué)連接。為了清楚地說明，僅僅示出了磁光設(shè)備(800)的一小部分。在襯底上形成的陣列 中可能存在大量的脊波導(dǎo)，其中對應(yīng)數(shù)目的環(huán)形諧振器通過橋接元件鏈接在一起。這些橋 接元件被配置為在兩個相鄰波導(dǎo)之間進行直接透射光學(xué)耦合。這些橋接元件可以采取各種 形式(包括螺旋體、環(huán)形、圓柱形和其它幾何形狀的部分)。通過橋接元件連接的環(huán)形諧振器 的這種配置可用于各種設(shè)計和應(yīng)用中。例如，通過橋接元件進行連接的環(huán)形諧振器可以替代圖1和圖2所示的圓柱形諧振器或者圖3到圖5所示的螺旋諧振器。此外，通過橋接元 件進行連接的環(huán)形諧振器可以利用關(guān)于其它說明性實施例描述的各種電極、尋址或耦合配 置中的任何一個。如上所述，光學(xué)能量可以從脊波導(dǎo)(810、812)耦合出來并且耦合到環(huán)形諧振器 (802,804)中。在圖8A和圖8B所示的實施例中，環(huán)形諧振器已經(jīng)摻雜了例如順磁鋱的雜 質(zhì)，該雜質(zhì)在存在磁場的情況下改變圓柱形諧振器的光學(xué)特性。施加外部磁場(814、822)使 得在鋱雜質(zhì)上的磁矩按序排列，從而在傳播通過圓柱形諧振器(802、804)的光學(xué)能量中生 成相移。與這個相移成比例地調(diào)諧環(huán)形諧振器(802、804)的諧振頻率以選擇性地將給定的 環(huán)形諧振器與波導(dǎo)進行耦合和去耦合。根據(jù)一個示例性實施例，通過在基座(818)內(nèi)嵌入導(dǎo)體的柵格可以尋址環(huán)形諧振 器與脊波導(dǎo)之間的各種界面。例如，一系列平行導(dǎo)體(820、824)可以穿過基座(818)的上 部。這些導(dǎo)體(820、擬4)形成柵格的列。一系列垂直的平行導(dǎo)體(816)可以穿過基座(818) 的下部以形成柵格的行。為了尋址特定界面，使電流(擬6、擬8)穿過恰當?shù)牧?824)和行 (816)。在選擇的行與選擇的列之間的結(jié)處，磁通量被集中以在目標界面上生成期望的耦合 或去耦合效應(yīng)。圖9是示出利用光學(xué)路由系統(tǒng)將光學(xué)能量從源波導(dǎo)引導(dǎo)至目的地波導(dǎo)的一個方 法的說明性流程圖。在第一步驟中，定義期望操作(步驟S900)。這可以包括選擇要操縱的 光學(xué)能量的頻率和位置以及選擇的光學(xué)能量要遵照的期望路徑。第一節(jié)點或界面被調(diào)諧為 將光學(xué)能量從源波導(dǎo)提取出來并且進入螺旋或圓柱形波導(dǎo)(步驟910)。第二界面被調(diào)諧為 將光學(xué)能量從螺旋或圓柱形波導(dǎo)沉積到目的地波導(dǎo)中(920)。光學(xué)能量然后經(jīng)由螺旋或圓 柱形諧振器從源波導(dǎo)傳遞到目的地波導(dǎo)(930)?？偠灾诓▽?dǎo)陣列上安置圓柱形諧振器。通過對諧振器的部分的諧振頻率進 行偏移，傳播通過波導(dǎo)的漸逝光能夠選擇性地耦合到諧振器中。能夠通過多種方式(包括電 荷載流子散射、光電和光磁手段)控制諧振器的諧振頻率。通過選擇性地調(diào)諧諧振器的鄰近 部分在圓柱形諧振器與期望目標波導(dǎo)之間的界面處從諧振器提取光。在一個說明性實施例 中，光學(xué)路由系統(tǒng)被配置為將光學(xué)信號從波導(dǎo)陣列內(nèi)的任何波導(dǎo)路由到陣列內(nèi)的任何其它 波導(dǎo)。這個光學(xué)路由系統(tǒng)的緊湊特征導(dǎo)致芯片或系統(tǒng)不動產(chǎn)的明顯節(jié)省。上述說明僅僅用于說明和描述所述原理的實施例和例子。這個說明并不打算是窮 盡的或者將這些原理限制到公開的任何精確形式?；谝陨辖淌?，許多修改和變化是可能 的。
權(quán)利要求
1.一種用于路由光學(xué)信號(235)的系統(tǒng)(100)，包括波導(dǎo)陣列(102、202)，其包括源波導(dǎo)(135)和目的地波導(dǎo)(232)；圓柱形諧振器(115)，所述圓柱形諧振器(115)橫跨所述源波導(dǎo)(135)和所述目的地波 導(dǎo)(232)，所述圓柱形諧振器(115)與所述源波導(dǎo)(135、232)和所述目的地波導(dǎo)(232)的每 一個具有單獨的切向界面；所述單獨的切向界面能夠進行獨立控制從而使得光學(xué)信號(235)能夠選擇性地從所述 源波導(dǎo)(135)耦合到所述圓柱形諧振器(115)中并且選擇性地從所述圓柱形諧振器(115) 耦合到所述目的地波導(dǎo)(232)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述波導(dǎo)陣列(102、202)包括多個波導(dǎo)(135、232)， 所述系統(tǒng)被配置為將光學(xué)信號從所述多個波導(dǎo)(135、232)中的任何一個路由到所述多個波 導(dǎo)(135、232)中的任何其他波導(dǎo)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，通過電荷載流子注入和磁光效應(yīng)之一對所述單獨的 切向界面進行電控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，還包括第一電極(130)和第二電極(230)；所述第一電極 (130)和所述第二電極(230)與所述圓柱形諧振器(115)電接觸，跨所述第一電極(130) 與所述第二電極(230)設(shè)置電壓差從而使得電荷載流子被注入到所述圓柱形諧振器(115) 中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，所述第一電極(130)和所述第二電極(230)插入在所 述多個波導(dǎo)(135、232 )之間的間隙內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，所述圓柱形諧振器(115)包括核(280)，所述核(280) 構(gòu)成所述第一電極(285)；所述第二電極(220)接觸所述圓柱形諧振器(115)的外周邊。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，通過所述磁光效應(yīng)對所述單獨的切向界面進行電控 制，通過用雜質(zhì)元素對所述圓柱形諧振器(115)進行摻雜實現(xiàn)所述磁光效應(yīng)；所述雜質(zhì)元 素響應(yīng)于施加的磁場(722)改變所述圓柱形諧振器(115)的光學(xué)特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，通過使電流(725)穿過導(dǎo)體(720)來產(chǎn)生所述施加的 磁場(722)；所述導(dǎo)體(720)接近所述圓柱形諧振器(115)和鐵磁片(715)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述圓柱形諧振器(115)是螺旋諧振器(301)，所述 螺旋諧振器(301)包括核(305)和螺旋體(310)，所述核(305)沿軸向穿過所述螺旋體(310) 的中心并且與所述螺旋體(310)連結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括多個螺旋諧振器(301)，所述螺旋諧 振器的第一部分包括左向螺旋諧振器(301)，以及所述螺旋諧振器的第二部分包括右向螺 旋諧振器(402)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述圓柱形諧振器(115)是直圓柱體(115)，所述直 圓柱體(115)具有長度和直徑，所述長度顯著大于所述直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述波導(dǎo)陣列(102)包括傳輸多個頻率的光學(xué)能 量的多個波導(dǎo)(105)，所述圓柱形諧振器(115)被配置為同時將第一光學(xué)頻率從第一波導(dǎo) (415)路由到第二波導(dǎo)(425)中以及將第二光學(xué)頻率從第三波導(dǎo)(425)路由到第四波導(dǎo) (420)中。
13.一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)，包括波導(dǎo)陣列(102)，所述波導(dǎo)陣列(102)包括多個脊波導(dǎo)(105)；圓柱形諧振器(115)，所述圓柱形諧振器(115)的軸與所述多個脊波導(dǎo)(105)的長度垂 直并且所述圓柱形諧振器(115)橫跨所述多個脊波導(dǎo)(105);所述圓柱形諧振器(115)與所 述多個脊波導(dǎo)(105)中的每一個具有單獨的切向界面，所述切向界面能夠進行電控制從而 使得光學(xué)能量能夠從所述多個所述脊波導(dǎo)(105)中的任何一個選擇性地耦合到所述圓柱形 諧振器(115)中并且選擇性地從所述圓柱形諧振器(115)耦合出來并耦合到一個或多個目 的地脊波導(dǎo)(105);以及多個電極對(130、230 )，所述電極對(130、230 )能夠進行電尋址從而使得所述切向界 面的每一個能夠被獨立控制。
14.一種選擇性地在波導(dǎo)(415、425)之間路由光學(xué)信號(430)的方法，包括選擇光學(xué)信號(430)以進行路由；確定所述光學(xué)信號(430)的期望路徑；調(diào)諧圓柱形諧振器(301)與源波導(dǎo)(415)之間的第一可控界面以從所述源波導(dǎo)(415) 提取所述光學(xué)信號(430);調(diào)諧所述圓柱形諧振器(301)與目的地波導(dǎo)(425)之間的第二獨立可控界面以將所述 光學(xué)信號沉積到所述目的地波導(dǎo)(425)中；以及將所述光學(xué)信號(430)從所述源波導(dǎo)(415)傳遞到所述目的地波導(dǎo)(425)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，一個或多個圓柱形諧振器(301、402)被配置為在 包含在一個或多個波導(dǎo)陣列(102)內(nèi)的多個波導(dǎo)(415、425)之間形成可控界面，所述方法 還包括同時將一個或多個光學(xué)信號(430)從所述多個波導(dǎo)(415、425)中的一個或多個波導(dǎo) 中路由出來并且通過所述圓柱形諧振器(301、402)路由到所述多個波導(dǎo)(415、425)中的兩 個或更多波導(dǎo)中。
全文摘要
一種用于路由光學(xué)信號(235)的系統(tǒng)(100)包括波導(dǎo)陣列(102、202)和橫跨波導(dǎo)陣列(102、202)的圓柱形諧振器(115)，該圓柱形諧振器(115)與波導(dǎo)陣列(102、202)內(nèi)的每個波導(dǎo)具有獨立可控的切向界面。一種選擇性地在波導(dǎo)(415、425)之間路由光學(xué)信號(430)的方法，包括選擇光學(xué)信號(430)以進行路由；確定該光學(xué)信號(430)的期望路徑；調(diào)諧圓柱形諧振器(301)與源波導(dǎo)(415)之間的第一可控界面以從該源波導(dǎo)(415)提取該光學(xué)信號(430)；以及調(diào)諧該圓柱形諧振器(301)與目的地波導(dǎo)(425)之間的第二獨立可控界面以將該光學(xué)信號沉積到該目的地波導(dǎo)(425)。
文檔編號H01S3/08GK102119473SQ200880130654
公開日2011年7月6日 申請日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者A.M.布拉特科夫斯基, T.莫里斯 申請人:惠普開發(fā)有限公司