[发明专利]一种基于液晶电光波导的光学交叉互连器件

说明书

本发明公开了一种基于液晶电光波导的光学交叉互连器件，包括光学交叉互连器件本体，所述光学交叉互连器件本体由基于液晶电光波导的光开关阵列组成，各个所述光开关通过驱动电压控制液晶电光波导的形成和消失，切换光束传播路径，实现N x N多端口光信号的交换。本发明在保证实现与MEMS器件相当的光学损耗、端口扩展性和切换速度的基础上，具有更小的器件尺寸、低驱动电压和能耗、良好的单片集成，以及更强的鲁棒性等优势，可以实现高性能的多端口光交换，以及良好的单片集成，适用于数据中心的交换应用，从而具有推广应用价值。

技术领域

本发明涉及光开关技术领域，具体为一种基于液晶电光波导的光学交叉互连器件。

背景技术

近几年，面向移动网络、高清视频、云计算等应用的大数据服务正推动光通讯网络和数据中心的发展。目前，商用的多端口(例如8x 8)光交叉互连器件以MEMS微镜阵列或LCoS为主流。该两种器件皆采用自由空间光传播的方式，对光学对准和环境因素有严苛的要求，且器件体积较大，不适用于单片集成。面向数据中心的交换应用，已有研究提出和验证采用MEMS器件实现光电混合交换的可行性和有效性。

在研究方面，一系列基于平面光波导的光交叉互连器件得到提出，例如基于马赫-陈德尔干涉术(MZI)的光开关，基于热光效应的硅基光开关阵列，基于半导体光放大的光开关阵列，基于MEMS可控光波导的光交换器件等等。但是，现有的这些光交叉互连器件仍未能完整地实现光学损耗、端口扩展性、切换速度、尺寸、能耗、单片集成，以及鲁棒性等综合性能的平衡，尚未能在数据中心中得到应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于液晶电光波导的光学交叉互连器件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种基于液晶电光波导的光学交叉互连器件，包括光学交叉互连器件本体，所述光学交叉互连器件本体由基于液晶电光波导的光开关阵列组成，每个所述光开关可配置连接一个输入端口和一个输出端口，所述光学交叉互连器件本体的表层设为上层SiO₂层，所述上层SiO₂层的下方设有共地层，所述共地层的下方设有上层取向膜层，所述上层取向膜层的下方设有液晶层，所述液晶层的下方设有下层取向膜层，所述下层取向膜层的下方设有绝缘层，所述绝缘层的内部设有驱动电极层、金属防护层和CMOS电开关阵列层，所述驱动电极层与CMOS电开关阵列层平行间隔设置，所述驱动电极层与CMOS电开关阵列层之间设有金属防护层，所述CMOS电开关阵列层设置在硅基底的上表面上。

优选的，所述光开关阵列集成于同一具有CMOS电路的硅基底。

优选的，每个所述光开关均由液晶电光波导和液晶芯波导两部分级联构成，所述液晶电光波导和液晶芯波导平行间隔设置在多聚物包层的内部。

优选的，所述液晶电光波导部分设为一层连续的液晶层，且液晶电光波导的结构和路径由驱动电极的形状和路径进行定义。

优选的，所述液晶芯波导的结构为在低折射率多聚物包层中填充液晶，所述多聚物包层包括多聚物包层本体，所述多聚物包层本体的内部设有与液晶芯波导相对应的液晶流道、与液晶电光波导相对应的液晶空腔，以及上一级电开关的液晶芯波导。

优选的，所述驱动电极层的绝缘部分内设有直波导驱动电极，相邻两个所述直波导驱动电极之间两个分支波导驱动电极连接。

本发明所达到的有益效果是：本发明在保证实现与MEMS器件相当的光学损耗、端口扩展性和切换速度的基础上，具有更小的器件尺寸、低驱动电压和能耗、良好的单片集成，以及更强的鲁棒性等优势，可以实现高性能的多端口光交换，以及良好的单片集成，适用于数据中心的交换应用，从而具有推广应用价值。

附图说明