溫度不敏感demux/mux裝置及其制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及光通信技術。更具體地，本發明提供溫度不敏感的DEMUX/MUX硅的硅光子裝置配置以及其方法。
【背景技術】
[0002]在過去的幾十年，通信網絡的使用迅猛發展。在早期的因特網中，流行的應用程序限于電子郵件、公告欄以及主要基于信息和文本的網頁瀏覽，并且所傳輸的數據量通常較小。如今，因特網和移動應用程序需要大量帶寬，用于傳輸照片、視頻、音樂以及其他多媒體文件。例如，社交網絡(例如，Facebook)每天處理超過500TB的數據。對于這樣的高的數據和數據傳輸要求，需要改善現有的數據通信系統以解決這些需要。
[0003]電腦技術的發展(以及摩耳定律的繼續)變得越來越多地取決于微芯片之間以及以內的更快的數據傳輸。光互連可以提供一個前進的方向，并且硅光子被證實，一旦集成在標準硅芯片上，會尤其有用。通過現有單模光纖的40-Gbit/s然后ΙΟΟ-Gbit/s的數據速率波分多路復用(WDM)光傳輸是下一代光纖通信網絡的目標。迄今為止的最大的難題(bighangup)是減慢通信信號速度的類似色散現象的光纖損害。在直到lOGbits/s多一點時，一切都很好的，但是一旦超過這個數據率，失真和衰減會產生一定的影響。針對調制方法建議了許多方法以便針對每個符號傳送兩位或多位，從而可以實現高的通訊速率。馬赫-曾德調制(MZM)可以處理更高的數據速率，但是需要具有寬輸出電壓擺幅的差動式(differential)驅動器。在數據傳輸的光調制以外，光信號的MUX/DEMUX是基于硅光子的光網絡的基本組成部分。
[0004]硅光子裝置可以使用現有的半導體制造技術制成，并且因為絕緣體上的硅已經用作大部分集成電路的基板，所以可以創造光部件和電子部件集成在單個微芯片上的混合裝置。具體地，硅光子裝置已經用于WDM中，尤其密集波分復用(DWDM)，光傳輸網絡，其中DEMUX/MUX波長會由于環境溫度而改變，從而引起通過網絡傳送光信號的問題。傳統地，波長控制可以在使用TEC電路(其通常與高功率消耗相關聯)的陣列波導光柵(AWG)DEMUX中進行。因此，需要具有低得多的功率消耗，對溫度不敏感的DEMUX/MUX裝置的改善的波長控制技術。

【發明內容】

[0005]本發明涉及光通信技術。更具體地，本發明提供用于基于波導的多通道光傳輸的溫度不敏感的DUMUX/MUX硅光子裝置。僅通過舉例，本發明公開溫度不敏感的DEMUX裝置的配置作為不會由周圍溫度改變的，具有相應的多通道波長的WDM光通信的解決方案，盡管其他應用也是可能的。
[0006]在現代電互連系統中，高速串行鏈路代替了并行數據總線，并且由于CMOS技術的演變，所以串行鏈路速度快速增大。遵循摩爾定律，因特網寬帶幾乎每隔兩年就翻倍。但是摩爾定律在今后十年將失效。標準的CMOS硅晶體管在大約5nm時停止擴展。并且，由工藝放大造成的因特網帶寬增大將達到平衡。但是，因特網和移動應用程序繼續需要大量帶寬，來傳輸照片、視頻、音樂以及其他多媒體文件。本公開描述了用于在摩爾定律之外提高通信帶寬的技術和方法。
[0007]在實施方式中，本發明提供用于WDM的溫度不敏感的DEMUX/MUX裝置，該裝置包括:延遲線干涉儀(DLI)，包括:第一MMI耦合器，所述第一MMI耦合器被配置為接收第一輸入光，所述第一輸入光承載多個波長并且分為兩個光分支以分別傳輸通過具有相位延遲的兩個波導。DLI還包括第二 MMI耦合器，被配置為將所述兩個光分支結合以形成穿過出口平面的第一輸出光，其中所述出口平面進一步從所述兩個光分支的焦點位移第一距離。另外，該裝置包括第一自由空間耦合器，具有:與所述第二 MMI耦合器的所述出口平面附接的輸入平面，以將所述第一輸出光作為為承載相同的所述多個波長的第二輸入光接收。該裝置進一步包括一個或多個光纖或波導，用于基于所述多個波長將所述第二輸入光空間地分割。此夕卜，配置為重新聚焦所述空間地分割的光，以在多個輸出通道處分別形成多個第二輸出光，其中所述多個輸出通道的每個攜帶所述多個波長的單個波長。此外，所述第一輸出光在所述出口平面處包括強度峰值位置，所述出口平面在環境溫度改變時，以第二距離遠離所述兩個光分支的所述焦點的投射位置而偏移。所述第二距離是可調諧的，以便使具有相應的單個波長的所述第二輸出光中的每一個在任何環境溫度基本上避免所述對應的輸出通道的任何空間偏移。
[0008]在另外的實施方式中，本發明提供制造用于WDM的溫度不敏感的DEMUX通道的方法。該方法包括在具有多個波長的第一輸入光和DEMUX裝置的輸入端口之間耦接延遲線干涉儀。延遲線干涉儀(DLI)包括:第一 MMI耦合器，配置為接收承載多個波長的所述第一輸入光并且分成兩個光分支。DLI進一步包括兩個波導，該兩個波導被配置為在所述兩個波導中的一個中分別傳輸具有相位延遲的所述兩個光分支。另外，DLI包括第二 MMI耦合器，該第二MMI耦合器被配置為結合所述兩個光分支以形成承載相同的所述多個波長的第一輸出光，所述第一輸出光在出口平面內具有強度峰值位置，其中所述出口平面離開所述兩個光分支的焦點而位移第一距離。該方法進一步包括將所述第一輸出光轉換至輸入到所述DEMUX裝置中的第二輸入光并且通通過光柵光纖或者波導傳輸所述第二輸入光以形成多個第二輸出光，所述第二輸出光的每個承載所述多個波長的單個波長。此外，該方法包括將每個第二輸出光重新聚焦至對應的輸出通道，其中，由于環境溫度的改變導致的每個第二輸出光的遠離所述對應的輸出通道的任何空間偏移，通過在所述第二 MMI耦合器的所述出口平面處轉移所述第一輸出光的所述第一位置而進行補償。
[0009]在又一實施方式中，本發明提供制造用于WDM的溫度不敏感的DEMUX通道的方法。該方法包括添加延遲長度干涉儀，所述延遲長度干涉儀配置為接收具有多路復用的波長的第一光并且輸出具有相同的所述多路復用的波長但是具有偏移的強度峰值位置的第二光。另外，該方法包括將具有偏移的強度峰值位置的所述第二光作為輸入光傳輸通過DEMUX裝置以獲取多個第三光，所述多個第三光的每一個在每個分離的輸出通道處承載單個波長。此外，該方法包括將加熱器附接至所述延遲線干涉儀，用于調諧所述偏移的強度峰值位置以補償各個第三光的遠離各個對應輸出通道的任何溫度引發的偏移。
[0010]本發明在已知的波導激光通信技術的背景下實現了這些和其他優點。然而，通過引用說明書的后半部分以及附圖，可以實現本發明的性質和優點的進一步理解。
【附圖說明】
[0011]以下示圖僅僅是實例，不應當過度限制此處的權利要求的范圍。本領域普通技術人員將認識到許多其他變化、變形或修改。還應該理解，此處描述的實例和實施方式僅用于說明的目的，并且將建議本領域技術人員進行根據其的各種改變或變化并且它們均被包括所附權利要求的精神和該過程的權限(purview of this process)以及范圍以內。
[0012]圖1A是在環境溫度To下傳統的多通道DEMUX裝置的簡化圖。
[0013]圖1B是在環境溫度T1Φ To下圖1A的多通道DEMUX裝置的簡化圖。
[0014]圖2是根據本發明的實施方式的被配置為由于溫度從To轉換至!^而重新設置輸入通道位置的多通道DEMUX裝置的簡化圖。
[0015]圖3A是根據本發明的實施方式的在環境溫度To下的溫度不敏感的多通道DEMUX裝置的簡化圖。
[0016]圖3B是根據本發明的實施方式的在環境溫度T1^To下的溫度不敏感的多通道DEMUX裝置的簡化圖。
[0017]圖4A是根據本發明的實施方式的溫度不敏感的DEMUX裝置的延遲線干涉儀(DLI)中的光結合器的俯視圖。
[0018]圖4B是根據本發明的實施方式的在T= T1下的通過具有偏移聚焦位置的圖4A的光結合器光結合器傳送的光的功率分布的俯視圖。
[0019]圖5是示出根據本發明的實施方式的由于從To至1^的溫度變化導致的光聚焦位置偏移的DLI的輸出光的標準化功率的曲線。
【具體實施方式】
[0020]本發明涉及光通信技術。更具體地，本發明針對基于波導的多通道光傳輸提供溫度不敏感的DUMUX/MUX硅光子裝置。僅通過舉例，本發明公開溫度不敏感的DEMUX裝置的配置作為WDM光通信(其中相應的多通道波長不會由周圍溫度改變)的解決方案，盡管其他應用也是可能的。
[0021]在過去的幾十年，隨著云計算和數據中心的出現，網絡服務器的需要演進。例如，長時間使用的三層配置不再充分或合適，這是因為分布式應用程序需要更平的網絡架構，其中，服務器虛擬化允許服務