[发明专利]用于光学输入/输出阵列的系统和方法

说明书

本申请要求享受2014年9月2日提交的申请号为14/475145、发明名称为“用于光学输入/输出阵列的系统和方法”的美国非临时申请的权益，该申请在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种集成光子系统，并且，在具体的实施例中，涉及具有大量且高密度的光学输入/输出(I/O)的光学系统中，用于波导的高效路由的系统和装置。

背景技术

光子集成电路(PIC)技术有望在光通信、图像处理、计算和传感系统中发挥越来越重要的作用，这将有望显著降低这些系统的成本和重量。这项技术的未来发展很大程度上依赖于对该技术进行更好可扩展性、可测性、高性能以及成本效益开发的能力。

片上表面光栅耦合器(grating coupler，GC)光学I/O接口组件对于每一个PIC互连都很关键。最新的发展已经产生了有效地将光耦合至标准光纤以及从标准光纤耦合到光的紧凑型GC。通过在阵列配置中排列纤维和光学I/O并引入光学反馈环路，该光学对准过程可以变得更有效，但成本较大。光纤阵列和GC光学I/O都应当具有相同的公认标准栅距127微米(μm)，这既限制了PIC芯片密度也增加了总成本。此外，现有光学反馈环路的配置不允许灵活的光学互连。当每个芯片需要大量的光学I/O时，由于光学I/O覆盖区可能变得异常昂贵，问题也变得更加严重。此外，这会阻止晶圆级自动化测试和验证。

发明内容

根据一种实施例，一种PIC芯片包括多个第一光学I/O元件以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，并且其中所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。

根据一种实施例，一种配置为发送和接收光信号的网络组件包括输入接口；输出接口；以及控制器和开关元件中的至少一个，其中，所述输入接口、所述输出接口以及所述控制器和开关元件中的至少一个中的至少一个包括PIC芯片，其中所述PIC芯片包括多个第一光学I/O元件；以及多个第二光学I/O元件，其中，一排I/O元件包括交替排列的所述第一光学I/O元件和所述第二光学I/O元件，并且其中所述PIC芯片被配置为使得第一光学元件从所述PIC芯片的第一侧与所述第一光学I/O元件耦合，并且第二光学元件从所述PIC芯片的第二侧与所述第二光学I/O元件耦合。

根据一种实施例，一种光子芯片，包括片上光学I/O元件的第一阵列；以及片上光学I/O元件的第二阵列，其中，所述第一阵列和所述第二阵列互锁，使得所述第一阵列中的I/O元件与所述第一阵列中的另一I/O元件通过所述第二阵列中的I/O元件相分离，并使得所述第二阵列中I/O元件与所述第二阵列中另一I/O元件通过所述第一阵列中的I/O元件相分离。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，请结合附图参考如下描述，其中：

图1是一种实施例的具有光学I/O阵列的PIC芯片的示意图；

图2是一种实施例的具有光学阵列和反馈环路波导的PIC的示意图；

图3是PIC的布局图，示出了相对于现有技术系统，由根据所公开的系统排列的光学I/O组件占据的PIC的覆盖区面积的差别；以及

图4是一种实施例的光学数据路由器的框图。

具体实施方式

下面将对优选实施例的形成和使用进行详细讨论。然而，应理解，本发明提供了很多可适用的发明构思，这些发明构思可以在各种各样的特定背景下体现。讨论的具体实施例仅仅是以示意性的具体方式来形成和使用本发明，并不限制本发明的范围。

针对光学I/O阵列，现有方案提供了有限的密度。阵列中相邻GC元件之间的密度被固定在127μm并由光纤阵列栅距决定。将光纤阵列栅距减少到127μm以下成本非常高。当阵列中需要保偏光纤时，问题就更大。

此外，光学反馈环路的现有方案只允许从阵列的一侧(顶部或底部)连接。在加倍密度阵列中使用现有技术，如本文所述，需要添加若干波导交叉组件，这会引入额外的光损耗。