專利名稱：基于微環(huán)諧振器的五端口無阻塞光學(xué)路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片上光互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)互連技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的處理器正朝著多核心的方向發(fā)展，然而，隨著處理器核心數(shù)量的不斷増加，主頻不斷升高，核與核之間通信需要的帶寬也不斷増加。傳統(tǒng)的電學(xué)互連功耗高、延時(shí)高、信號(hào)失真大，以及帶寬受限，已經(jīng)不能適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，采用片上光互連網(wǎng)絡(luò)的方案有望能夠很好的解決這個(gè)問題。路由器是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的核心器件，目前片上光學(xué)路由器有基于波長(zhǎng)選擇的波長(zhǎng)路由器和基于光開關(guān)動(dòng)態(tài)配置的路由器，前者的擴(kuò)展性較差，波長(zhǎng)數(shù)與通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)成正比，需要的光源多，系統(tǒng)復(fù)雜，而基于光開關(guān)的光學(xué)路由器具有較好的擴(kuò)展性。微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)在1969年被Marcatili提出，限于當(dāng)時(shí)的制造エ藝，一直沒有被人們所關(guān)注。直到近幾十年，隨著半導(dǎo)體エ藝的不斷發(fā)展，人們又重新對(duì)微環(huán)諧振器進(jìn)行了深入而廣泛的研究，基于微環(huán)諧振器特別是硅基微環(huán)諧振器的器件如雨后春筍般的出現(xiàn)。硅基波導(dǎo)的芯層硅和包層ニ氧化硅具有較高的折射率差，使得硅基波導(dǎo)能夠?qū)⒐鈭?chǎng)限制在亞微米量級(jí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的鈮酸鋰體系，基于硅基波導(dǎo)的器件具有較小的尺寸。因此用微環(huán)諧振器來實(shí)現(xiàn)光開關(guān)，具有面積小，功耗小的優(yōu)點(diǎn)，加之其與傳統(tǒng)的CMOSエ藝相兼容，將硅基光子器件與電子器件混合集成到同一芯片上完成片上光電混合網(wǎng)絡(luò)將有望實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，以實(shí)現(xiàn)片上光互連網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)處5個(gè)雙向端ロ的無阻塞的自由通信，同時(shí)經(jīng)過拓?fù)湓O(shè)計(jì)，降低鏈路的平均損耗和串?dāng)_，使片上光網(wǎng)絡(luò)具有更好的擴(kuò)展性。( ニ )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 ;以及第一、第ニ、第三、第四和第五光波導(dǎo)16、17、18、19、20 ;其中，該第一光波導(dǎo)16分別通過第一、第二和第三微環(huán)諧振器1、2、3耦合至第三、第四和第五光波導(dǎo)18、19、20 ;該第二光波導(dǎo)17分別通過第四、第五和第六微環(huán)諧振器4、5、6 f禹合至第四、第五和第一光波導(dǎo)19、20、16 ;該第三光波導(dǎo)18分別通過第七、第八和第九微環(huán)諧振器7、8、9耦合至第五、第一和第二光波導(dǎo)20、16、17 ;該第四光波導(dǎo)19分別通過第十、第十一和第十二微環(huán)諧振器10、11、12耦合至第一、第二和第三光波導(dǎo)16、17、18 ;該第五光波導(dǎo)20分別通過第十三、十四和十五微環(huán)諧振器13、14、15稱合至第二、第三和第四光波導(dǎo)17、18、19 ;該第一光波導(dǎo)16的一端為第一輸入端，另一端為第五輸出端；該第二光波導(dǎo)17的一端為第二輸入端，另一端為第一輸出端；該第三光波導(dǎo)18的一端為第三輸入端,另一端為第二輸出端；該第四光波導(dǎo)19的一端為第四輸入端，另一端為第三輸出端；該第五光波導(dǎo)20的一端為第五輸入端,另一端為第四輸出端。
上述方案中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i 、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15具有相同的半徑。上述方案中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i 、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的工作波長(zhǎng)一致。上述方案中，通過改變所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i 、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的諧振波長(zhǎng),從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任ー輸出端，并且從各個(gè)輸入端輸入的光信號(hào)互不阻塞。上述方案中，所述從第一至第五輸入端中任ー輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任ー輸出端，包括從第一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第二、第三、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或從第二輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第三、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或從第三輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或從第四輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第五輸出端中的任ー輸出端；或從第五輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第四輸出端中的任ー輸出端。上述方案中，第一輸入端與第一輸出端相鄰，第二輸入端與第二輸出端相鄰，第三輸入端與第三輸出端相鄰，第四輸入端與第四輸出端相鄰，第五輸入端與第五輸出端相鄰。上述方案中，該五端ロ無阻塞光學(xué)路由器是通過對(duì)絕緣體上硅SOI的頂層硅進(jìn)行刻蝕制作而成的。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、鏈路的平均損耗和串?dāng)_的減少都是由于該路由器的設(shè)計(jì)采用了比較少的光波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)，而光波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)會(huì)引入光學(xué)損耗和串?dāng)_。利用本發(fā)明，由于減少了波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)，所以減小了鏈路的平均損耗和串?dāng)_，從而降低了對(duì)于探測(cè)器靈敏度的要求和提高了探測(cè)端的信噪比，進(jìn)而提高了光網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。2、利用本發(fā)明，由于減少了微環(huán)諧振器的數(shù)量，而微環(huán)諧振器的工作需要消耗能量，所以降低了器件功耗。


圖Ia是輸入光波波長(zhǎng)不等于微環(huán)諧振器諧振波長(zhǎng)的示意圖；圖Ib是輸入光波波長(zhǎng)等于微環(huán)諧振器諧振波長(zhǎng)的示意圖2是本發(fā)明提供的基于微環(huán)諧振器的五端口無阻塞光學(xué)路由器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a至圖3d是本發(fā)明提供的五端口無阻塞光學(xué)路由器的制作工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。首先，描述微環(huán)諧振器的工作原理。如圖Ia所示，圖Ia是輸入光波波長(zhǎng)不等于微環(huán)諧振器諧振波長(zhǎng)的示意圖，圖Ib是輸入光波波長(zhǎng)等于微環(huán)諧振器諧振波長(zhǎng)的示意圖。當(dāng)輸入的波長(zhǎng)不等于微環(huán)諧振器的諧振波長(zhǎng)時(shí)光信號(hào)將在O2輸出，否則的話將在O1輸出。 通過對(duì)微環(huán)諧振器外加電壓可以改變微環(huán)諧振器的諧振波長(zhǎng)，即控制微環(huán)諧振器的開關(guān)狀態(tài)，從而控制光波的輸出端口，這樣通過控制不同的微環(huán)諧振器加電與否可以實(shí)現(xiàn)五端口路由器不同輸入端的輸入光波在不同的輸出端口輸出。圖2示出了本發(fā)明提供的基于微環(huán)諧振器的五端口無阻塞光學(xué)路由器的結(jié)構(gòu)示意圖，該五端口無阻塞光學(xué)路由器包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第^ 、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、
12、13、14、15 ;以及第一、第二、第三、第四和第五光波導(dǎo)16、17、18、19、20 ;其中，該第一光波導(dǎo)16分別通過第一、第二和第三微環(huán)諧振器1、2、3耦合至第三、第四和第五光波導(dǎo)18、19,20 ;該第二光波導(dǎo)17分別通過第四、第五和第六微環(huán)諧振器4、5、6耦合至第四、第五和第一光波導(dǎo)19、20、16 ;該第三光波導(dǎo)18分別通過第七、第八和第九微環(huán)諧振器7、8、9耦合至第五、第一和第二光波導(dǎo)20、16、17 ;該第四光波導(dǎo)19分別通過第十、第十一和第十二微環(huán)諧振器10、11、12稱合至第一、第二和第三光波導(dǎo)16、17、18 ;該第五光波導(dǎo)20分別通過第十三、十四和十五微環(huán)諧振器13、14、15耦合至第二、第三和第四光波導(dǎo)17、18、19;該第一光波導(dǎo)16的一端為第一輸入端，另一端為第五輸出端；該第二光波導(dǎo)17的一端為第二輸入端，另一端為第一輸出端；該第三光波導(dǎo)18的一端為第三輸入端，另一端為第二輸出端；該第四光波導(dǎo)19的一端為第四輸入端，另一端為第三輸出端；該第五光波導(dǎo)20的一端為第五輸入端，另一端為第四輸出端。其中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i^一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15具有相同的半徑。其中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i^一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的工
作波長(zhǎng)一致。其中，通過改變所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第i 、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的諧振波長(zhǎng),從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任一輸出端，并且從各個(gè)輸入端輸入的光信號(hào)互不阻塞。所述從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任一輸出端，包括從第一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第二、第三、第四和第五輸出端中的任一輸出端；或從第二輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第三、第四和第五輸出端中的任一輸出端；或從第三輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第四和第五輸出端中的任一輸出端；或從第四輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第五輸出端中的任一輸出端；或從第五輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第四輸出端中的任一輸出端。其中，第一輸入端與第一輸出端相鄰，第二輸入端與第二輸出端相鄰，第三輸入端與第三輸出端相鄰，第四輸入端與第四輸出端相鄰，第五輸入端與第五輸出端相鄰。上述第一至第五輸入端口和第一至第五輸出端口也可以被稱為5個(gè)雙向端口，SP 東、西、南、北和本地的輸入和輸出端口。這里之所以稱為雙向端口是指在東、西、南、北和本地處既有輸入端口又有輸出端口，這里的東、西、南、北和本地是五個(gè)地位平等的端口，對(duì)應(yīng)于圖2中的第一至第五輸入端口和第一至第五輸出端口。需要說明的是由于東、西、南、北和本地的低位平等，其與圖2中各個(gè)端口的對(duì)應(yīng)原則上沒有限制，但是可以簡(jiǎn)單的按照實(shí)際的東、西、南、北、方位對(duì)應(yīng)，圖2中右下方的端口一般可以對(duì)應(yīng)為本地端口。基于圖2所示的五端口無阻塞光學(xué)路由器，圖3a至圖3d示出了該五端口無阻塞光學(xué)路由器的制作工藝流程，該五端口無阻塞光學(xué)路由器是通過對(duì)絕緣體上硅SOI的頂層硅進(jìn)行刻蝕制作而成的，其制作工藝如下步驟I :如圖3a所示，選取頂層Si厚220nm，埋層SiO2厚2 iim的八英寸SOI Wafer,首先用深紫外光刻+干法刻蝕制作器件的硅波導(dǎo)層，硅的刻蝕深度為150nm，得到圖3b所示的結(jié)構(gòu)；步驟2 :如圖3c所示，淀積I. 5 ii m厚的SiO2作為波導(dǎo)與熱極之間的隔離層，接著淀積150nm金屬化合物TiN,制作熱極(通過給熱極加電改變娃波導(dǎo)的溫度，從而改變其折射率，進(jìn)一步改變其諧振波長(zhǎng))；步驟3 :如圖3d所示,淀積300nm SiO2,并開熱極引線孔,并淀積一層I ii m厚的金屬鋁電極(通過電極給熱極加電)。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其特征在于，包括 第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15);以及 第一、第二、第三、第四和第五光波導(dǎo)(16、17、18、19、20)； 其中，該第一光波導(dǎo)(16)分別通過第一、第二和第三微環(huán)諧振器(1、2、3)耦合至第三、第四和第五光波導(dǎo)(18、19、20);該第二光波導(dǎo)(17)分別通過第四、第五和第六微環(huán)諧振器(4、5、6) I禹合至第四、第五和第一光波導(dǎo)(19、20、16);該第三光波導(dǎo)(18)分別通過第七、第八和第九微環(huán)諧振器(7、8、9) I禹合至第五、第一和第二光波導(dǎo)(20、16、17);該第四光波導(dǎo)(19)分別通過第十、第十一和第十二微環(huán)諧振器(10、11、12)耦合至第一、第二和第三光波導(dǎo)(16、17、18);該第五光波導(dǎo)(20)分別通過第十三、十四和十五微環(huán)諧振器(13、14、15)耦合至第二、第三和第四光波導(dǎo)(17、18、19)； 該第一光波導(dǎo)(16)的一端為第一輸入端，另一端為第五輸出端；該第二光波導(dǎo)(17)的一端為第二輸入端，另一端為第一輸出端；該第三光波導(dǎo)(18)的一端為第三輸入端，另ー端為第二輸出端；該第四光波導(dǎo)(19)的一端為第四輸入端，另一端為第三輸出端；該第五光波導(dǎo)(20)的一端為第五輸入端,另一端為第四輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)具有相同的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)的工作波長(zhǎng)一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中通過改變所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)的諧振波長(zhǎng)，從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任ー輸出端，并且從各個(gè)輸入端輸入的光信號(hào)互不阻塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中所述從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向除與該輸入端對(duì)應(yīng)的輸出端外的其它四個(gè)輸出端中的任ー輸出端，包括 從第一輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第二、第三、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或 從第二輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第三、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或 從第三輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第四和第五輸出端中的任ー輸出端；或 從第四輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第五輸出端中的任ー輸出端；或 從第五輸入端輸入的光信號(hào)被導(dǎo)向第一、第二、第三和第四輸出端中的任ー輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中第一輸入端與第一輸出端相鄰，第二輸入端與第二輸出端相鄰，第三輸入端與第三輸出端相鄰，第四輸入端與第四輸出端相鄰，第五輸入端與第五輸出端相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于微環(huán)諧振器的五端ロ無阻塞光學(xué)路由器，其中該五端ロ無阻塞光學(xué)路由器是通過對(duì)絕緣體上硅SOI的頂層硅進(jìn)行刻蝕制作而成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微環(huán)諧振器的五端口無阻塞光學(xué)路由器，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四和第十五微環(huán)諧振器；第一、第二、第三、第四和第五光波導(dǎo)；其中，該第一光波導(dǎo)的一端為第一輸入端，另一端為第五輸出端；該第二光波導(dǎo)的一端為第二輸入端，另一端為第一輸出端；該第三光波導(dǎo)的一端為第三輸入端，另一端為第二輸出端；該第四光波導(dǎo)的一端為第四輸入端，另一端為第三輸出端；該第五光波導(dǎo)的一端為第五輸入端，另一端為第四輸出端。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了東、南、西、北和本地的無阻塞的自由通信，降低了鏈路的平均損耗和串?dāng)_，使片上光網(wǎng)絡(luò)具有更好的擴(kuò)展性。
文檔編號(hào)G02B6/293GK102645706SQ20121014267
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者楊林, 閔銳, 陳紅濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所