專利名稱：基于微環諧振器的五端口無阻塞光學路由器的制作方法
技術領域：
本發明涉及片上光互連網絡系統中節點互連技術領域，特別是指一種基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器。
背景技術：
當今的處理器正朝著多核心的方向發展，然而，隨著處理器核心數量的不斷増加，主頻不斷升高，核與核之間通信需要的帶寬也不斷増加。傳統的電學互連功耗高、延時高、信號失真大，以及帶寬受限，已經不能適應這種發展趨勢，采用片上光互連網絡的方案有望能夠很好的解決這個問題。路由器是構建網絡的核心器件，目前片上光學路由器有基于波長選擇的波長路由器和基于光開關動態配置的路由器，前者的擴展性較差，波長數與通信的節點數成正比，需要的光源多，系統復雜，而基于光開關的光學路由器具有較好的擴展性。微環諧振器的結構在1969年被Marcatili提出，限于當時的制造エ藝，一直沒有被人們所關注。直到近幾十年，隨著半導體エ藝的不斷發展，人們又重新對微環諧振器進行了深入而廣泛的研究，基于微環諧振器特別是硅基微環諧振器的器件如雨后春筍般的出現。硅基波導的芯層硅和包層ニ氧化硅具有較高的折射率差，使得硅基波導能夠將光場限制在亞微米量級，相對于傳統的鈮酸鋰體系，基于硅基波導的器件具有較小的尺寸。因此用微環諧振器來實現光開關，具有面積小，功耗小的優點，加之其與傳統的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絡將有望實現。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提出一種基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，以實現片上光互連網絡中節點處5個雙向端ロ的無阻塞的自由通信，同時經過拓撲設計，降低鏈路的平均損耗和串擾，使片上光網絡具有更好的擴展性。( ニ )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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16、17、18、19、20 ;其中，該第一光波導16分別通過第一、第二和第三微環諧振器1、2、3耦合至第三、第四和第五光波導18、19、20 ;該第二光波導17分別通過第四、第五和第六微環諧振器4、5、6 f禹合至第四、第五和第一光波導19、20、16 ;該第三光波導18分別通過第七、第八和第九微環諧振器7、8、9耦合至第五、第一和第二光波導20、16、17 ;該第四光波導19分別通過第十、第十一和第十二微環諧振器10、11、12耦合至第一、第二和第三光波導16、17、18 ;該第五光波導20分別通過第十三、十四和十五微環諧振器13、14、15稱合至第二、第三和第四光波導17、18、19 ;該第一光波導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諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的工作波長一致。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諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的諧振波長,從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任ー輸出端，并且從各個輸入端輸入的光信號互不阻塞。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被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任ー輸出端，包括從第一輸入端輸入的光信號被導向第二、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、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路由器是通過對絕緣體上硅SOI的頂層硅進行刻蝕制作而成的。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果I、鏈路的平均損耗和串擾的減少都是由于該路由器的設計采用了比較少的光波導交叉結構，而光波導交叉結構會引入光學損耗和串擾。利用本發明，由于減少了波導交叉結構，所以減小了鏈路的平均損耗和串擾，從而降低了對于探測器靈敏度的要求和提高了探測端的信噪比，進而提高了光網絡的可擴展性。2、利用本發明，由于減少了微環諧振器的數量，而微環諧振器的工作需要消耗能量，所以降低了器件功耗。
圖Ia是輸入光波波長不等于微環諧振器諧振波長的示意圖；圖Ib是輸入光波波長等于微環諧振器諧振波長的示意圖2是本發明提供的基于微環諧振器的五端口無阻塞光學路由器的結構示意圖；圖3a至圖3d是本發明提供的五端口無阻塞光學路由器的制作工藝流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。首先，描述微環諧振器的工作原理。如圖Ia所示，圖Ia是輸入光波波長不等于微環諧振器諧振波長的示意圖，圖Ib是輸入光波波長等于微環諧振器諧振波長的示意圖。當輸入的波長不等于微環諧振器的諧振波長時光信號將在O2輸出，否則的話將在O1輸出。 通過對微環諧振器外加電壓可以改變微環諧振器的諧振波長，即控制微環諧振器的開關狀態，從而控制光波的輸出端口，這樣通過控制不同的微環諧振器加電與否可以實現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示出了本發明提供的基于微環諧振器的五端口無阻塞光學路由器的結構示意圖，該五端口無阻塞光學路由器包括第一、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16、17、18、19、20 ;其中，該第一光波導16分別通過第一、第二和第三微環諧振器1、2、3耦合至第三、第四和第五光波導18、19,20 ;該第二光波導17分別通過第四、第五和第六微環諧振器4、5、6耦合至第四、第五和第一光波導19、20、16 ;該第三光波導18分別通過第七、第八和第九微環諧振器7、8、9耦合至第五、第一和第二光波導20、16、17 ;該第四光波導19分別通過第十、第十一和第十二微環諧振器10、11、12稱合至第一、第二和第三光波導16、17、18 ;該第五光波導20分別通過第十三、十四和十五微環諧振器13、14、15耦合至第二、第三和第四光波導17、18、19;該第一光波導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諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的工
作波長一致。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諧振器1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15的諧振波長,從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任一輸出端，并且從各個輸入端輸入的光信號互不阻塞。所述從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任一輸出端，包括從第一輸入端輸入的光信號被導向第二、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、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、北和本地是五個地位平等的端口，對應于圖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中各個端口的對應原則上沒有限制，但是可以簡單的按照實際的東、西、南、北、方位對應，圖2中右下方的端口一般可以對應為本地端口。基于圖2所示的五端口無阻塞光學路由器，圖3a至圖3d示出了該五端口無阻塞光學路由器的制作工藝流程，該五端口無阻塞光學路由器是通過對絕緣體上硅SOI的頂層硅進行刻蝕制作而成的，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層，硅的刻蝕深度為150nm，得到圖3b所示的結構；步驟2 :如圖3c所示，淀積I. 5 ii m厚的SiO2作為波導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的溫度，從而改變其折射率，進一步改變其諧振波長)；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)。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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(16、17、18、19、20)； 其中，該第一光波導(16)分別通過第一、第二和第三微環諧振器(1、2、3)耦合至第三、第四和第五光波導(18、19、20);該第二光波導(17)分別通過第四、第五和第六微環諧振器(4、5、6) I禹合至第四、第五和第一光波導(19、20、16);該第三光波導(18)分別通過第七、第八和第九微環諧振器(7、8、9) I禹合至第五、第一和第二光波導(20、16、17);該第四光波導(19)分別通過第十、第十一和第十二微環諧振器(10、11、12)耦合至第一、第二和第三光波導(16、17、18);該第五光波導(20)分別通過第十三、十四和十五微環諧振器(13、14、15)耦合至第二、第三和第四光波導(17、18、19)； 該第一光波導(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(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(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(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(20)的一端為第五輸入端,另一端為第四輸出端。
2.根據權利要求I所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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.根據權利要求I所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)的工作波長一致。
4.根據權利要求I所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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諧振器(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)的諧振波長，從第一至第五輸入端中任一輸入端輸入的光信號被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任ー輸出端，并且從各個輸入端輸入的光信號互不阻塞。
5.根據權利要求4所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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被導向除與該輸入端對應的輸出端外的其它四個輸出端中的任ー輸出端，包括 從第一輸入端輸入的光信號被導向第二、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、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被導向第一、第二、第三和第四輸出端中的任ー輸出端。
6.根據權利要求I所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，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.根據權利要求I所述的基于微環諧振器的五端ロ無阻塞光學路由器，其中該五端ロ無阻塞光學路由器是通過對絕緣體上硅SOI的頂層硅進行刻蝕制作而成的。
全文摘要
本發明公開了一種基于微環諧振器的五端口無阻塞光學路由器，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諧振器；第一、第二、第三、第四和第五光波導；其中，該第一光波導的一端為第一輸入端，另一端為第五輸出端；該第二光波導的一端為第二輸入端，另一端為第一輸出端；該第三光波導的一端為第三輸入端，另一端為第二輸出端；該第四光波導的一端為第四輸入端，另一端為第三輸出端；該第五光波導的一端為第五輸入端，另一端為第四輸出端。利用本發明，實現了東、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擾，使片上光網絡具有更好的擴展性。
文檔編號G02B6/293GK102645706SQ20121014267
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月9日 優先權日2012年5月9日
發明者楊林, 閔銳, 陳紅濤 申請人:中國科學院半導體研究所