[发明专利]基于M级二叉树的1×N光开关的光子集成芯片

权利要求书

1.一种基于M级二叉树的1×N光开关的光子集成芯片，其特征在于，由N-1个集成光子芯片上的1×2光开关组成，且N＝2^M；每个1×2光开关由1个输入端，以及第一输出端和第二输出端构成；M是二叉树的级数；

设第1级有1个1×2光开关，编号1..1；第2级有2个1×2光开关，编号2..1和2..2，其中编号1..1光开关的第一输出端连接编号2..1光开关的输入端，编号1..1光开关的第二输出端连接编号2..2光开关的输入端；以此类推，第j级有2^(j-1)个光开关，编号分别是j..1到j..2^(j-1)，其中上一级编号(j-1)..k的光开关的第一和第二输出端分别连接编号j..(2k-1)和j..2k的光开关的输入端相连，其中j和k都是正整数，且2≤j≤M，1≤k≤2^(j-2)；

设1×2光开关的长度方向为x轴方向，宽度方向为y轴方向；

N-1个1×2光开关在光子芯片沿y轴方向中心对齐，按以下规则A排列成一维阵列，相邻两个1×2光开关的间距相等，且间距恰好通过一条光波导，N-1个1×2光开关之间按以下规则B波导走线；所述1×2光开关的输入波导和输出波导沿x轴方向，且位于所述1×2光开关的x轴方向两侧，光信号在光开关中的传播方向沿+x轴；

所述规则A具体是：

步骤A1.以编号1..1的1×2光开关为中心，即中心坐标(0,0)；

步骤A2.将编号j..(2k-1)和编号j..2k两个光开关分别放在编号(j-1)..k光开关的+y轴一侧和-y轴一侧，且沿y轴对齐，并确保编号j..(2k-1)和j..2k两个光开关相比于其他已排列的光开关更靠近编号(j-1)..k光开关；

步骤A3.依次增大k，重复步骤A2，直到所在的第j级的所有光开关都完成排列；

步骤A4：依次增大j，并重复步骤A2-A3，直到所有级都完成排列；

所述规则B具体是：

步骤B1.将第M级的所有光开关的输出端用相同长度的波导引出，作为1×N光开关的N路输出；

步骤B2：将编号j..(2k-1)和编号j..2k两个光开关的输入端用波导连接到编号(j-1)..k光开关的第一和第二输出端，波导以Z字型的方式分别从紧贴编号(j-1)..k光开关的两侧从光开关阵列中穿过，并避免和已有波导交叉，其中2≤j≤M，1≤k≤2^(j-2)；

步骤B3：依次增大k，重复步骤B2，直到所在的第j级的所有光开关的输入端都完成波导走线，并确保各级之间波导走线等长；

步骤B4：依次减小j，重复步骤B2-B3，直到除编号1..1光开关以外的所有光开关的输入端都完成波导走线；

步骤B5：将编号1..1光开关的输入端用波导引出，作为1×N光开关的输入。

2.根据权利要求1所述的基于M级二叉树的1×N光开关的光子集成芯片，其特征在于，每个1×2光开关还包含有二个金属电极，其中地电极共用，从光开关阵列的右侧，即+x方向一侧引出，并沿y轴方向将电极走线到芯片边缘，另一个控制电极可以从光开关阵列的左侧，即-x方向一侧引出，各自沿y轴方向将电极走线到芯片边缘；或者，

直接在每个1×2光开关的两个金属电极附近制作金属焊盘，利用倒装焊的形式将控制光开关的电芯片与光芯片连接。