[實用新型]一種光開關及光交叉互連器件

有效

• 申請號: 201721204407.1
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN207301404U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張需明;李騰浩;陳慶明
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B6/27
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所44237
• 代理人: 官建紅

技術領域

本實用新型屬于光通訊系統中光信號處理技術領域，更具體地說，是涉及一種光開關及光交叉互連器件。

背景技術

目前，面向移動網絡、高清視頻、云計算等應用的大數據服務正推動光通訊網絡和數據中心的發展。傳統的數據中心和光通訊網絡由于基于光-電-光轉換的交換方式，因而面臨著帶寬瓶頸。為了解決帶寬瓶頸，光交換的概念在20世紀90年代被提了出來，并被視為解決帶寬瓶頸的重要手段，但研發高綜合性能的光交換器件仍是亟待解決的技術問題。

目前，在商業應用方面，光交叉互連器件以MEMS(Microelectromechanical systems，即微機電系統)微鏡陣列或LCoS(Liquid Crystal on Silicon，即硅基液晶)為主流。上述兩種光交叉互連器件均采用自由空間光傳播的方式，對光學對準和環境因素有嚴苛的要求，且器件體積較大，不適用于單片集成。在研究方面，雖然提出了眾多基于平面光波導的光交叉互連器件，例如基于馬赫-陳德爾干涉術的光開關、基于熱光效應的硅基光開關陣列、基于半導體光放大的光開關陣列、基于MEMS可控光波導的光交換器件等，但是這些光交叉互連器件仍未能完整地實現光學損耗、端口擴展性、切換速度、尺寸、能耗、單片集成，以及魯棒性等綜合性能的平衡，因此尚未能在數據中心中得到應用。

以上不足，有待改進。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種光開關，以解決現有技術中存在的器件體積較大、不適于單片集成的技術問題。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：提供一種光開關，所述光開關為層狀結構，包括從下往上依次設置的基底、光開光控制層、工作層和上絕緣層，所述工作層包括對輸入光波偏振態進行控制的旋轉器和基于光波偏振態切換輸出方向的平面波導。

進一步地，所述平面波導包括橫向波導、縱向波導、轉向波導和包覆所述橫向波導、所述縱向波導和所述轉向波導的包層，所述橫向波導與所述縱向波導垂直相交，所述轉向波導的一端與所述橫向連接處連接，所述轉向波導的另一端與所述縱向連接處連接。

進一步地，所述旋轉器包括橫向旋轉器和縱向旋轉器，所述橫向旋轉器包括與所述橫向波導的橫向波導本體連接的橫向液晶波導以及分布在所述橫向液晶波導兩側的橫向電極，所述縱向旋轉器包括與所述縱向波導的縱向波導本體連接的縱向液晶波導以及分布在所述縱向液晶波導兩側的縱向電極。

進一步地，所述橫向液晶波導與所述橫向波導本體通過橫向錐形漸變波導連接，所述縱向液晶波導與所述縱向波導本體通過縱向錐形漸變波導連接。

進一步地，所述轉向波導的材料為雙折射材料，所述橫向液晶波導和所述縱向液晶波導的材料均為雙折射液晶材料，所述橫向波導和所述縱向波導的材料均為折射率與所述雙折射材料的任一折射率相匹配的匹配材料，所述包層的材料的折射率低于所述雙折射液晶材料的折射率、所述雙折射材料的折射率和所述匹配材料的折射率。

進一步地，所述橫向液晶波導和所述縱向液晶波導的材料均為雙折射液晶材料，所述橫向波導和所述縱向波導的材料均為雙折射材料，所述轉向波導的材料為折射率與所述雙折射材料的任一折射率相匹配的匹配材料，所述包層的材料的折射率低于所述雙折射液晶材料的折射率、所述雙折射材料的折射率和所述匹配材料的折射率。

進一步地，所述橫向波導和所述縱向波導的材料均為雙折射液晶材料。

進一步地，所述工作層還包括用于控制所述雙折射液晶材料取向的下取向膜層和上取向膜層，所述下取向膜層設于所述光開關控制層和所述平面波導之間，所述上取向膜層設于所述平面波導和所述上絕緣層之間。

進一步地，所述工作層還包括用于控制所述雙折射液晶材料取向的上層工作電極，所述上層工作電極設于所述平面波導和所述上絕緣層之間；所述光開關控制層還包括下層工作電極，且所述平面波導設于所述下層工作電極和所述上層工作電極之間。

本實用新型提供的一種光開關的有益效果在于：由于光開關為層狀結構，且通過旋轉器和平面波導可動態控制光波的傳輸路徑，使同一束輸入光波可以隨時切換不同的輸出方向，不需分別設計不同的傳輸路徑，使得光開關整體結構緊湊，有效縮小了光開關的尺寸，從而有利于進行單片集成。

本實用新型的目的還在于提供一種光交叉互連器件，包括多個上述光開關，多個所述光開關陣列排布且縱橫交叉連接，每行所述光開關設有一輸入接口，每列所述光開關設有一輸出接口，每個所述光開關可將光信號橫向傳輸或縱向傳輸。