具有热隔离和热限制的支柱的集成热光开关的制作方法
具有热隔离和热限制的支柱的集成热光开关的制作方法
【专利说明】
[0001 ]本申请要求享有于2014年3月5日提交的、申请号为14/197，301、名称为"具有热隔 离和热限制的支柱的集成热光开关"的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合 在本申请中。
技术领域
[0002] 本发明设及一种热光开关，尤其设及一种热隔离热光开关的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 光开关是一种可使光纤或集成光路（IOCs)中的信号可选择地从一个光路切换到 另一光路的开关。它们广泛应用于电信产业。1x2和/或2x2光开关是波分复用(WDM)系统中 的重要组件，尤其是在可重配置的结构中。光网络具有超大的容量，但是光传输设备的高封 装成本限制了光网络的应用。增加集成度能够降低光子集成电路(PICs)和封装的成本。高 集成度可W通过降低各光学组件的功耗来实现。因此，需要开发一种超低功耗的光开关。
【发明内容】
[0004] 依照本发明的一个实施例，一种热光开关包括光波导；与所述光波导的表面热接 触的加热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动 限制支柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之 间形成的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支 柱的支撑结构。
[0005] 依照本发明的一个实施例，一种用于控制光信号的网络组件包括:处理器;连接于 所述处理器的接收器；W及连接于所述接收器的光子集成电路(PIC)，所述PIC包括多个热 光开关，各所述热光开关包括:光波导；与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；W及连 接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述光波 导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所述衬 底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。
[0006] 依照本发明的一个实施例，一种光子集成电路(PIC)包括多个光输入；W及连接于 所述输入的多个热光开关，各所述热光开关包括:光波导;与所述光波导的表面热接触的加 热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支 柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成 的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支 撑结构。
【附图说明】
[0007] 为了更完整地理解本发明W及本发明的优点，现结合附图进行描述，其中：
[000引图1为一实施例的热光开关元件的俯视图；
[0009] 图2为一实施例的热光开关元件沿A-A线的剖视图；
[0010] 图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图；
[0011] 图4示出了一实施例的热流动限制支柱；
[0012]图5示出了一实施例的1X2MZI TO开关的平面俯视图；
[001引图6示出了 一实施例的显示热阻RthSi日2图示的热流动限审Ij支柱；
[0014] 图7示出了一实施例的MZI TO开关的一个臂和相邻开关的一部分的细节示意图；
[0015] 图8-10示出了一实施例的标记有等效电路的TO开关元件；
[0016] 图11示出了一实施例的TO开关元件的等效电路；
[0017] 图12为一实施例的光子集成电路(PIC)的方框图；W及
[0018] 图13为一实施例的光数据路由器的方框图。
【具体实施方式】
[0019] W下对本发明优选实施例的制作和应用进行详细讨论。但应理解的是，本发明提 供了许多可应用的发明构思，其可W体现在各种特定的环境中。所讨论的具体实施例仅是 为了说明制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
[0020] 当前的PIC忍片包括马赫-岑德尔干设仪(MZI)型热光(TO)开关，其开关单元尺寸 约为200微米(皿）X 530皿(即约0.106mm2)。运种开关的功耗约为20-40毫瓦特(mW)。本发明 实施例中公开的光开关，各开关单元尺寸约为IOOjim X 400]im，开关功耗约为0.3-0.5mW，使 得每个忍片上可集成超过6000个开关。
[0021] 相比于现有技术的光开关，本发明公开的光开关明显降低了改变开关状态所需的 功耗。进一步地，相比于现有技术的光开关，本发明实施例中公开的光开关增加了光开关的 密度，降低了切换时间和光开关的插入损耗，并且提高了光开关的机械稳定性和操作寿命。
[0022] 本发明公开的是一种包括用于支撑相位调谐元件的热流动限制支柱的热光开关， 或一种在二氧化娃(Si〇2)(也称为娃石)上具有减少热量的深沟槽W将热流动限制支柱彼 此热隔离的热光(TO)开关元件。运提供了具有增强的高热阻值(Rth)路径的装置，增加了 TO 开关元件的热量限制，由此实现了整体功耗和器件尺寸的减小。
[0023] 图1为一实施例的热光开关元件100的俯视图。图2为一实施例的热光开关元件沿 A-A线的剖视图。图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图。TO开关元件100包括娃 衬底114、二氧化娃层102、104、实质上独立的绝缘娃片（SOI)波导122、W及覆盖该SOI波导 122的一部分的热条式加热器110。在一个实施例中，热条式加热器110是金属，例如销。在一 个实施例中，热条式加热器110约为200纳米(nm)，其宽度约为2.9微米，长度约为100微米。 在一个实施例中，该TO开关元件100包含于马赫-岑德尔干设仪(MZI)型TO开关中。在一个实 施例中，热条式加热器110覆盖SOI波导122的顶部的一部分，其中顶部表示与衬底所在的、 被认为是底面相对的面。在其他实施例中，热条式加热器110也可W位于SOI波导122除顶部 之外的其它一面上。
[0024] SOI波导122包括内嵌于二氧化娃包层120的娃忍106,并由多个热限制支柱108支 撑，W使该SOI波导122通过间隙和沟槽116与周围的二氧化娃包层102、104W及娃衬底114 实质上热隔离。支柱108为SOI波导122提供稳定性，同时实质上最小化热接触面积，从而减 少流入二氧化娃区域102、104和娃衬底114的热量。间隙和沟槽116可为真空或者可W被不 传导热量的材料填充，例如空气。如图2所示，支柱108的一部分位于娃柱上。在一个实施例 中，支柱108从二氧化娃区域102、104向该SOI波导122的侧面延伸，使得接触该SOI波导122 的面积实质上小于该支柱108另一端的面积。在一个实施例中，支柱108实质上为梯形形状 或结构。在其它实施例中，支柱108实质上为圆锥形形状或结构。该热限制支柱108最小化了 与SOI波导122的热接触，从而大幅减少了从该SOI波导122流入二氧化娃包层102、104和娃 衬底114的热量。该热限制支柱108还可W提高TO开关的机械稳定性使用寿命。热限制支柱 108被连接到位于衬底116上方的支撑结构130。
[0025] 在一个实施例中，SOI波导122的底部(例如，最接近娃衬底的部分)不与娃衬底接 触，并且除基本不传导热量的材料W外，例如空气，不与任何材料热接触。在一个实施例中， 除支柱108与该SOI波导122接触的小面积外，该SOI波导122的侧面不与二氧化娃区域102、 104热接触，。在一个实施例中，该SOI波导122的端部124、126可与另一波导或其它材料接 触。
[0026] 在一个实施例中，SOI波导122的宽度W为约2.0微米至约3.0微米之间。在另一个实 施例中，SOI波导122的宽度W为约2.9微米。在一个实施例中，SOI波导122的高度h为约1.5微 米至约2.5微米之间。在另一实施例中，SOI波导122的高度h为约2.1微米。
[0027] 图4示出了一实施例的热限制支柱108。在一个实施例中，与SOI波导的一部分连接 的热限制支柱108的面或表面402的宽度t，小于与支撑结构连接的另一面404的宽度b。热限 制支柱108还具有从SOI波导122的边缘到支承结构130的长度1。在一个实施例中，t为约1微 米，b在约1.8微米至约2.5微米的范围内，1在约2微米至约3微米的范围内。运种形状大幅减 小了与SOI波导的接触，由此减少了从SOI波导流到周围支撑结构和衬底的热量。如图所示， 在一个实施例中，热限制支柱108大体上为梯形。
[0028] 图5示出了一个实施例的一个lx2MZI TO开关500的平面俯视图。该MZI TO开关500 包括两个TO区域502、电气焊盘508W及跟踪连接器510。跟踪连接器510(例如电线）允许电 流从电源焊盘508流向热条式电阻加热器506。各 TO区域502包括TO开关元件，例如图1-3中 描述的TO开关元件100。该MZI TO开关500包括一个分裂的光波导504,使得光信号可W传播 到两个TO区域502。各TO区域502包括热条式加热器506。如图所示，相位调谐可W在胞1的两 个臂分别进行。在其他实施例中，也可W仅在一个臂进行相位调谐。
[0029] 根据本发明的实施例，使得能够在具有TO元件的MZI忍片的每一平方英寸上排布 大量(根据具体应用，例如为6000-25000)的光开关元件，其可W按照1x2或2x2的单元格来 排布。本发明的实施例集成了 TO开关单元与SOI技术。
[0030] 相移A與与输出功率Pl和P2是相关的。由MZI TO开关500提供的光信号的相移A巧 由下式表示：
[0032] 其中
是波导504的热光系数，A T是波导504的溫度变化，A是该光信号的波长W 及L是热条式加热器506的长度。输出功率Pl和P2由下式表不：
[0034] 娃具有相对较大的热光系数
，其中K是一个开尔文，相移 n需要只有几度的A TdPI和P2是MZI TO开关500的各输出的光功率。输出可W是2 X 2多模干 设(匪I)设备或2X2定向禪合器(分路器）。扣是输入光功率。
[0035] 图6示出了一实施例的显示热阻RthSi〇2图示的热流动限制支柱。由于电损耗(焦耳 效应），电阻（即热限制支柱108)消耗热量，从而导致A T化)上升。类似于电传导的欧姆定 律，溫度梯度导致的热流动主要取决于器件的热阻。热阻Rth取决于热导率、器件的几何形状 W及路径配置。因此，热阻Rth可表示为：
[0037] 在一个实施例中，热流动限制支柱，例如热限制支柱108通过减少与悬接的波导接 触的表面积来增加 Rth。增加与支撑基底接触的表面积提高机械强度和刚性。热限制支柱108 与SOI波导122的热隔离通过将空气(或其它高kth)引入热流动路径来增加 Rth。
[0038] 图7示出了一实施例的MZI TO开关700。在一个实施例中，MZI TO开关700被实施为 图5中所描述的MZI TO开关500。所示为TO区域702的扩大的平面俯视图。该TO区域702包括 悬接于娃衬底（未示出）上方的光波导720的热限制支柱704,使得光波导720不与衬底热接 触。热限制支柱704由设置在娃衬底上的Si化支撑结构所支撑。光波导702包括内嵌于二氧 化娃包层的娃忍706,热条式加热器708覆盖该二氧化娃包层。各热限制支柱704通过热隔离 深蚀刻沟槽710与其它热限制支柱相分隔，并且光波导720通过热隔离深蚀刻沟槽714与 Si化支撑结构和娃衬底相分隔。相邻的TO开关元件也通过热隔离深蚀刻沟槽712相分隔。热 隔离深蚀刻沟槽710、712、714增加了路径热阻。
[0039] 图8-10示出了一实施例的标记有等效电路的TO开关元件800。图11示出了一实施 例的TO开关元件800的等效电路802。在一个实施例中，TO开关元件被实施为图1所示的TO开 关元件100。在一个实施例中，元件804、806、808、810、812^及814对应于图1中的相似元件 108、106、110、120、112 W及114。各热限制支柱804的热阻为Rthsi〇2。光波导810中的娃忍806 的热阻为RthSi。光波导810上的包层的热阻为Rth Ciad。衬底的热阻为Rth Sub。热条式加热器808 的功率为PHeatereRthSi日2成为向衬底814传播热量的主要路径。增加 RthSi日2值会影响整体功率 预算。Rth Air通过Si化热限制支柱804分割热路径。Rth wire代表通过连接电热器与外部环境的 电线流动的热量。运可能是通过引线接合或倒装忍片接合。
[0040] 图12为一实施例的口1(：1200的方框图。口1(：1200包括多个开关单元1202、1204、 1206。开关单元的1202、1204、1206中的一些包括一个W上的开关单元。例如，在一个实施例 中，为改善串扰，开关单元1206包含四个1x2开关单元。PIC1200还可W包括其它未示出的组 件。在一个实施例中，开关单元1202、1204、1206中的一个或多个包括如上所述的具有热隔 离和热限制支柱的热光开关。在一个实施例中，各开关单元的尺寸为约100微米乘W约400 微米。在一个实施例中，各开关的切换功率为约0.3毫瓦至约0.5毫瓦。在一个实施例中，在 每一平方英寸忍片上可包括超过6000个开关单元。
[0041] 图13为一实施例的光数据路由器1300的方框图。光数据路由器1300可W用于执行 本发明所公开的设备和方法。具体设备可W使用示出的所有组件，或仅使用该些组件的一 个子集，并且集成度根据设备不同而不同。此外，设备可包含一个组件的多个实例。路由器 1300包括一个或多个分离器1304、输入接口 1306、开关元件1308、输出接口 1310、控制器 1312W及一个或多个组合器1314。各分离器1304用于分离通过通信链路1302通信的输入光 信号1303。分离器1304例如可包括波分多路复用器。在本文中所使用的术语"波分多路复 用"和"波分多路分解器"可包括能够处理波分复用信号和/或密集波分复用信号的任何光 学和/或电气组件--包括任何硬件、软件和/或固件。在一个实施例中，输入接口 1306、开关 元件1308、和/或输出接口 1310包括将所公开的热光开关与热隔离和热限制支柱相结合的 PIC。
[0042] 通信链路1302可W包括，例如，标准单模光纤(SMF)，色散位移光纤(DSF)，非零色 散位移光纤(NZDSF)，色散补偿光纤(DCF)，或其它光纤类型或光纤类型的组合。在一些实施 例中，通信链路1302用于将路由器1300禪合至其他光学和/或电-光组件。例如，链路1302可 W将路由器1300禪合至一个交叉连接或另一能够终止、开关、路由、处理、和/或提供到和/ 或从通信链路1302的访问的设备，W及另一个通信链路或通信设备。在本文中所使用的术 语"禪合"或"禪合的"，指的是两个或更多元件之间的任何直接或间接的通信，不论运些元 件在物理上是否彼此连接。在一些实施例中，通信链路1302可W包括一个点对点通信链路， 或一个较大的通信网络的一部分，例如环形网络，网状网络，星形网络，或者其他网络配置。
[0043] 光信号1303可包括多波长光信号。例如，光信号1303可包括至少5个波长信道，至 少100个波长信道，或至少250个波长信道。在一个具体的实施例中，光信号1303包括100纳 米(nm)的光谱窗口中间隔50千兆赫(G化）的250个波长。在该实例中，该IOOnm的光谱窗口可 W位于与光纤相关联的1400纳米至1650纳米的低损耗窗口内。在各种实施例中，光信号 1303可W实现一种或多种数据格式，例如极化移键控(PLSK)、脉冲位置调制(PPM)、多协议 标签交换(M化S)、通用多协议标签交换(GMPLS)、非归零(NRZ)、归零(RZ)、差分相移键控 (DPSK)或运些的组合或其他类型的格式。
[0044] 在一个实施例中，分离器1304被配置或操作用于将光信号1303分离成单独的波长 信道1305并且将各波长信道1305禪合至输入接口 1306。在一个替代实施例中，分离器1304 可W将光信号1303分离为单独的多波长通道并且将运些多波长信道禪合至输入接口 1306。 波长信道1305可包括，例如，互联网协议（IP)分组、语音数据、视频数据或任何其他数据类 型和/或数据格式。在具体实施例中，各波长信道1305实现了一种帖格式，其包括一个或多 个成帖比特、在分组数据之前的第一分组标签W及在分组数据之后的第二分组标签。使用 分组标签包围分组数据有利于在与各波长信道1305相关的目的地进行相对简单的错误检 查，但是该格式不是必需的。在本示例中，各波长信道1305在第一和第二分组标签中实施通 用多协议标签交换(GMPLS)路由协议。虽然本示例中实施了 GMPLS路由协议，也可W使用其 他路由协议或数据格式，而不偏离本发明的范围。
[0045] 在一个实施例中，输入接口 1306用于接收并处理与光信号1303相关联的每个波长 信道1305。输入接口 1306可W包括任何能够处理、转换、复制、更新、和/或交换与各波长信 道1305相关联的一个或多个分组标签的光学和/或电气组件-包括任何硬件，软件和/或固 件。在各种实施例中，输入接口 1306可确定与各波长信道1305相关联的分组数据所需的路 由并且可W使用全光学标签交换技术来更新第一和/或第二分组标签。术语"全光学"是指 所需功能实质上不包含光-电或电-光转换。"全光学"的功能并不禁止有助于设备的整体功 能的控制电路使用光-电或电-光转换。举例来说，输入接口 1306可包括一控制器，用于接收 分组标签的电气表达，并生成用于将 交换序列调制到光信号上的控制信号。
[0046] 开关元件1308用于处理与波长信道1305相关联的一个或多个分组数据，其中波长 信道1305接收自输入接口 1306并且将运些分组数据引导到期望的目的地。开关元件1308可 包括能够交换、路由、错误检查和/或管理与各波长信道1305相关联的一个或多个分组数据 或分组标签的任何光学和/或电气组件-包括任何硬件、软件和/或固件。在一个实施例中， 开关元件1308可包括具有一个或多个核屯、路由器节点和至少一个管理节点的环形结构。虽 然本实施例实施了一种环形配置，开关元件1308也可W施网状结构、星形结构或任何其它 结构，而不偏离本发明的范围。在各种实施例中，开关元件1308可W操作为处理波长信道 1305,处理速度例如为至少10千兆比特/秒(Gb/s)、至少40化/s、至少lOOGb/s或至少160Gb/ 秒。
[0047] 在一个实施例中，开关元件1308用于将与波长信道130相关联的一个或多个分组 数据路由至输出接口 1310。输出接口 1310可W包括能够为来自路由器1300的通信准备与波 长信道1305相关联的一个或多个分组数据的任何光学和/或电气组件-包括任何硬件、软件 和/或固件。在该示例中，输出接口 1310操作为通过适当的波长信道1313实现一个或多个分 组数据从路由器1300至所需目的地的通信。
[004引在一个实施例中，每个合成器1314用于将输出波长信道1313合并为一个或多个输 出光信号1315, W通过通信链路1316通信。在一个实施例中，合成器1314例如包括波分多路 复用器。通信链路1316的结构和功能可W大体与通信链路1302的结构和功能基本类似。在 该示例中，通信链路1316操作为将路由器1300禪合至其他光学和/或电-光组件。
[0049] 在该示例中，控制器1312也能够至少部分地有助于控制一个或多个与路由器1300 相关联的功能。即，控制器1312不需要能够独自执行所需的功能，其可作为较大设备的一部 分有助于该功能的执行。控制器1312可包括任何通信和/或计算设备或多个设备，包括任何 硬件、软件、固件或其组合。
[0050] 在一个实施例中，在操作中，与波长信道1305相关联的分组数据对于路由器1300 的处理功能是透明的。也就是，在操作中，路由器1300不检查与各波长信道1305相关联的分 组数据的内容。在一些情况下，路由器1300不检查与波长信道1305相关联的一个或多个分 组标签和/或帖结构的其他元素。在大多数情况下，路由器1300操作为在光域维护与波长信 道1305相关联的分组数据。也就是说，与各波长信道1305相关联的分组数据相关联的分组 数据不经过路由器1300的光-电转换。在一些情况下，与波长信道1305相关联的一个或多个 分组标签和/或帖格式的其他元素可W经过一次或多次光-电和/或电-光转换。在各种实施 例中，路由器1300可具有例如至少巧比特/秒(Tb/s)、至少25化/s、至少50化/s或至少 i〇(yrb/s的聚集能力。
[0051] 在一个实施例中，路由器1300可操作为最小化和/或避免在开关元件1308和/或通 信链路1302和1316内，与光信号1303和1315和/或波长信道1305相关的分组数据之间的竞 争。本文所用的术语"竞争"是指分组数据与其他分组数据竞争使用特定波长通信的过程。 在一些情况下，可通过例如实施一个环形网络构架或执行波长转换来最小化竞争。最小化 和/或避免竞争可降低与光信号波长相关联的拥塞。
[0052]尽管说明书已经作了详细描述，但是应该理解的是，在不偏离所附权利要求所限 定的本发明的精神和范围的情况下，可W做出多种改变、替换和变更。此外，所描述的具体 实施例并不用于限定本发明的范围，本领域普通技术人员基于本发明能够容易理解，当前 存在的或W后待开发的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法、或者步骤可执行与本发明 实施例实质相同的功能或获得实质相同的结果。因此，所附权利要求旨在将此类过程、机 器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。
【主权项】
1. 一种热光开关，其特征在于，包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。2. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。3. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。4. 根据权利要求3所述的热光开关，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真空 之一。5. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面小 于各所述支柱远离所述光波导的表面。6. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。7. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱实质上为圆锥形。8. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。9. 一种用于控制光信号的网络组件，其特征在于，所述网络组件包括： 处理器； 连接于所述处理器的接收器；以及 连接于所述接收器的光子集成电路PIC，所述PIC包括多个热光开关，各所述热光开关 包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。10. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。11. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。12. 根据权利要求11所述的网络组件，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真 空之一〇13. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面 小于各所述支柱远离所述光波导的表面。14. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。15. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱实质上包为圆锥形。16. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。17. -种光子集成电路PIC，其特征在于，包括： 多个光输入；以及 连接于所述输入的多个热光开关，各所述热光开关包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。18. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。19. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。20. 根据权利要求19所述的PIC，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真空之 〇21. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面小于 各所述支柱远离所述光波导的表面。22. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。23. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱实质上为圆锥形。24. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。
【专利摘要】本发明提供一种关于具有热隔离和热限制支柱(108)的热光开关(100)的系统和方法，该系统和方法能够增加光子集成芯片(PICs)的集成度、降低功耗、提高开关速度，并延长芯片寿命。一光波导(122)；与所述光波导(122)的表面热接触的电阻加热器(110)；以及连接于所述光波导(122)的侧面的多个热流动限制支柱(108)，所述多个热流动限制支柱(108)支撑所述光波导，以使所述光波导(122)通过所述光波导(122)与位于所述光波导(122)下方的衬底(114)之间形成的间隙与所述衬底(114)实质上热隔离，所述支柱(108)限制热量从所述光波导(122)流向支撑所述支柱(108)的支撑结构。
【IPC分类】G02B6/12
【公开号】CN105492944
【申请号】CN201580001656
【发明人】德瑞坦·瑟娄
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】EP3047320A1, US20150253510, WO2015131805A1
【专利说明】
[0001 ]本申请要求享有于2014年3月5日提交的、申请号为14/197，301、名称为"具有热隔 离和热限制的支柱的集成热光开关"的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合 在本申请中。
技术领域
[0002] 本发明设及一种热光开关，尤其设及一种热隔离热光开关的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 光开关是一种可使光纤或集成光路（IOCs)中的信号可选择地从一个光路切换到 另一光路的开关。它们广泛应用于电信产业。1x2和/或2x2光开关是波分复用(WDM)系统中 的重要组件，尤其是在可重配置的结构中。光网络具有超大的容量，但是光传输设备的高封 装成本限制了光网络的应用。增加集成度能够降低光子集成电路(PICs)和封装的成本。高 集成度可W通过降低各光学组件的功耗来实现。因此，需要开发一种超低功耗的光开关。
【发明内容】
[0004] 依照本发明的一个实施例，一种热光开关包括光波导；与所述光波导的表面热接 触的加热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动 限制支柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之 间形成的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支 柱的支撑结构。
[0005] 依照本发明的一个实施例，一种用于控制光信号的网络组件包括:处理器;连接于 所述处理器的接收器；W及连接于所述接收器的光子集成电路(PIC)，所述PIC包括多个热 光开关，各所述热光开关包括:光波导；与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；W及连 接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述光波 导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所述衬 底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。
[0006] 依照本发明的一个实施例，一种光子集成电路(PIC)包括多个光输入；W及连接于 所述输入的多个热光开关，各所述热光开关包括:光波导;与所述光波导的表面热接触的加 热电阻丝；W及连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支 柱支撑所述光波导，W使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成 的间隙与所述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支 撑结构。
【附图说明】
[0007] 为了更完整地理解本发明W及本发明的优点，现结合附图进行描述，其中：
[000引图1为一实施例的热光开关元件的俯视图；
[0009] 图2为一实施例的热光开关元件沿A-A线的剖视图；
[0010] 图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图；
[0011] 图4示出了一实施例的热流动限制支柱；
[0012]图5示出了一实施例的1X2MZI TO开关的平面俯视图；
[001引图6示出了 一实施例的显示热阻RthSi日2图示的热流动限审Ij支柱；
[0014] 图7示出了一实施例的MZI TO开关的一个臂和相邻开关的一部分的细节示意图；
[0015] 图8-10示出了一实施例的标记有等效电路的TO开关元件；
[0016] 图11示出了一实施例的TO开关元件的等效电路；
[0017] 图12为一实施例的光子集成电路(PIC)的方框图；W及
[0018] 图13为一实施例的光数据路由器的方框图。
【具体实施方式】
[0019] W下对本发明优选实施例的制作和应用进行详细讨论。但应理解的是，本发明提 供了许多可应用的发明构思，其可W体现在各种特定的环境中。所讨论的具体实施例仅是 为了说明制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
[0020] 当前的PIC忍片包括马赫-岑德尔干设仪(MZI)型热光(TO)开关，其开关单元尺寸 约为200微米(皿）X 530皿(即约0.106mm2)。运种开关的功耗约为20-40毫瓦特(mW)。本发明 实施例中公开的光开关，各开关单元尺寸约为IOOjim X 400]im，开关功耗约为0.3-0.5mW，使 得每个忍片上可集成超过6000个开关。
[0021] 相比于现有技术的光开关，本发明公开的光开关明显降低了改变开关状态所需的 功耗。进一步地，相比于现有技术的光开关，本发明实施例中公开的光开关增加了光开关的 密度，降低了切换时间和光开关的插入损耗，并且提高了光开关的机械稳定性和操作寿命。
[0022] 本发明公开的是一种包括用于支撑相位调谐元件的热流动限制支柱的热光开关， 或一种在二氧化娃(Si〇2)(也称为娃石)上具有减少热量的深沟槽W将热流动限制支柱彼 此热隔离的热光(TO)开关元件。运提供了具有增强的高热阻值(Rth)路径的装置，增加了 TO 开关元件的热量限制，由此实现了整体功耗和器件尺寸的减小。
[0023] 图1为一实施例的热光开关元件100的俯视图。图2为一实施例的热光开关元件沿 A-A线的剖视图。图3为一实施例的热光开关元件沿B-B线的剖视图。TO开关元件100包括娃 衬底114、二氧化娃层102、104、实质上独立的绝缘娃片（SOI)波导122、W及覆盖该SOI波导 122的一部分的热条式加热器110。在一个实施例中，热条式加热器110是金属，例如销。在一 个实施例中，热条式加热器110约为200纳米(nm)，其宽度约为2.9微米，长度约为100微米。 在一个实施例中，该TO开关元件100包含于马赫-岑德尔干设仪(MZI)型TO开关中。在一个实 施例中，热条式加热器110覆盖SOI波导122的顶部的一部分，其中顶部表示与衬底所在的、 被认为是底面相对的面。在其他实施例中，热条式加热器110也可W位于SOI波导122除顶部 之外的其它一面上。
[0024] SOI波导122包括内嵌于二氧化娃包层120的娃忍106,并由多个热限制支柱108支 撑，W使该SOI波导122通过间隙和沟槽116与周围的二氧化娃包层102、104W及娃衬底114 实质上热隔离。支柱108为SOI波导122提供稳定性，同时实质上最小化热接触面积，从而减 少流入二氧化娃区域102、104和娃衬底114的热量。间隙和沟槽116可为真空或者可W被不 传导热量的材料填充，例如空气。如图2所示，支柱108的一部分位于娃柱上。在一个实施例 中，支柱108从二氧化娃区域102、104向该SOI波导122的侧面延伸，使得接触该SOI波导122 的面积实质上小于该支柱108另一端的面积。在一个实施例中，支柱108实质上为梯形形状 或结构。在其它实施例中，支柱108实质上为圆锥形形状或结构。该热限制支柱108最小化了 与SOI波导122的热接触，从而大幅减少了从该SOI波导122流入二氧化娃包层102、104和娃 衬底114的热量。该热限制支柱108还可W提高TO开关的机械稳定性使用寿命。热限制支柱 108被连接到位于衬底116上方的支撑结构130。
[0025] 在一个实施例中，SOI波导122的底部(例如，最接近娃衬底的部分)不与娃衬底接 触，并且除基本不传导热量的材料W外，例如空气，不与任何材料热接触。在一个实施例中， 除支柱108与该SOI波导122接触的小面积外，该SOI波导122的侧面不与二氧化娃区域102、 104热接触，。在一个实施例中，该SOI波导122的端部124、126可与另一波导或其它材料接 触。
[0026] 在一个实施例中，SOI波导122的宽度W为约2.0微米至约3.0微米之间。在另一个实 施例中，SOI波导122的宽度W为约2.9微米。在一个实施例中，SOI波导122的高度h为约1.5微 米至约2.5微米之间。在另一实施例中，SOI波导122的高度h为约2.1微米。
[0027] 图4示出了一实施例的热限制支柱108。在一个实施例中，与SOI波导的一部分连接 的热限制支柱108的面或表面402的宽度t，小于与支撑结构连接的另一面404的宽度b。热限 制支柱108还具有从SOI波导122的边缘到支承结构130的长度1。在一个实施例中，t为约1微 米，b在约1.8微米至约2.5微米的范围内，1在约2微米至约3微米的范围内。运种形状大幅减 小了与SOI波导的接触，由此减少了从SOI波导流到周围支撑结构和衬底的热量。如图所示， 在一个实施例中，热限制支柱108大体上为梯形。
[0028] 图5示出了一个实施例的一个lx2MZI TO开关500的平面俯视图。该MZI TO开关500 包括两个TO区域502、电气焊盘508W及跟踪连接器510。跟踪连接器510(例如电线）允许电 流从电源焊盘508流向热条式电阻加热器506。各 TO区域502包括TO开关元件，例如图1-3中 描述的TO开关元件100。该MZI TO开关500包括一个分裂的光波导504,使得光信号可W传播 到两个TO区域502。各TO区域502包括热条式加热器506。如图所示，相位调谐可W在胞1的两 个臂分别进行。在其他实施例中，也可W仅在一个臂进行相位调谐。
[0029] 根据本发明的实施例，使得能够在具有TO元件的MZI忍片的每一平方英寸上排布 大量(根据具体应用，例如为6000-25000)的光开关元件，其可W按照1x2或2x2的单元格来 排布。本发明的实施例集成了 TO开关单元与SOI技术。
[0030] 相移A與与输出功率Pl和P2是相关的。由MZI TO开关500提供的光信号的相移A巧 由下式表示：
[0032] 其中
是波导504的热光系数，A T是波导504的溫度变化，A是该光信号的波长W 及L是热条式加热器506的长度。输出功率Pl和P2由下式表不：
[0034] 娃具有相对较大的热光系数
，其中K是一个开尔文，相移 n需要只有几度的A TdPI和P2是MZI TO开关500的各输出的光功率。输出可W是2 X 2多模干 设(匪I)设备或2X2定向禪合器(分路器）。扣是输入光功率。
[0035] 图6示出了一实施例的显示热阻RthSi〇2图示的热流动限制支柱。由于电损耗(焦耳 效应），电阻（即热限制支柱108)消耗热量，从而导致A T化)上升。类似于电传导的欧姆定 律，溫度梯度导致的热流动主要取决于器件的热阻。热阻Rth取决于热导率、器件的几何形状 W及路径配置。因此，热阻Rth可表示为：
[0037] 在一个实施例中，热流动限制支柱，例如热限制支柱108通过减少与悬接的波导接 触的表面积来增加 Rth。增加与支撑基底接触的表面积提高机械强度和刚性。热限制支柱108 与SOI波导122的热隔离通过将空气(或其它高kth)引入热流动路径来增加 Rth。
[0038] 图7示出了一实施例的MZI TO开关700。在一个实施例中，MZI TO开关700被实施为 图5中所描述的MZI TO开关500。所示为TO区域702的扩大的平面俯视图。该TO区域702包括 悬接于娃衬底（未示出）上方的光波导720的热限制支柱704,使得光波导720不与衬底热接 触。热限制支柱704由设置在娃衬底上的Si化支撑结构所支撑。光波导702包括内嵌于二氧 化娃包层的娃忍706,热条式加热器708覆盖该二氧化娃包层。各热限制支柱704通过热隔离 深蚀刻沟槽710与其它热限制支柱相分隔，并且光波导720通过热隔离深蚀刻沟槽714与 Si化支撑结构和娃衬底相分隔。相邻的TO开关元件也通过热隔离深蚀刻沟槽712相分隔。热 隔离深蚀刻沟槽710、712、714增加了路径热阻。
[0039] 图8-10示出了一实施例的标记有等效电路的TO开关元件800。图11示出了一实施 例的TO开关元件800的等效电路802。在一个实施例中，TO开关元件被实施为图1所示的TO开 关元件100。在一个实施例中，元件804、806、808、810、812^及814对应于图1中的相似元件 108、106、110、120、112 W及114。各热限制支柱804的热阻为Rthsi〇2。光波导810中的娃忍806 的热阻为RthSi。光波导810上的包层的热阻为Rth Ciad。衬底的热阻为Rth Sub。热条式加热器808 的功率为PHeatereRthSi日2成为向衬底814传播热量的主要路径。增加 RthSi日2值会影响整体功率 预算。Rth Air通过Si化热限制支柱804分割热路径。Rth wire代表通过连接电热器与外部环境的 电线流动的热量。运可能是通过引线接合或倒装忍片接合。
[0040] 图12为一实施例的口1(：1200的方框图。口1(：1200包括多个开关单元1202、1204、 1206。开关单元的1202、1204、1206中的一些包括一个W上的开关单元。例如，在一个实施例 中，为改善串扰，开关单元1206包含四个1x2开关单元。PIC1200还可W包括其它未示出的组 件。在一个实施例中，开关单元1202、1204、1206中的一个或多个包括如上所述的具有热隔 离和热限制支柱的热光开关。在一个实施例中，各开关单元的尺寸为约100微米乘W约400 微米。在一个实施例中，各开关的切换功率为约0.3毫瓦至约0.5毫瓦。在一个实施例中，在 每一平方英寸忍片上可包括超过6000个开关单元。
[0041] 图13为一实施例的光数据路由器1300的方框图。光数据路由器1300可W用于执行 本发明所公开的设备和方法。具体设备可W使用示出的所有组件，或仅使用该些组件的一 个子集，并且集成度根据设备不同而不同。此外，设备可包含一个组件的多个实例。路由器 1300包括一个或多个分离器1304、输入接口 1306、开关元件1308、输出接口 1310、控制器 1312W及一个或多个组合器1314。各分离器1304用于分离通过通信链路1302通信的输入光 信号1303。分离器1304例如可包括波分多路复用器。在本文中所使用的术语"波分多路复 用"和"波分多路分解器"可包括能够处理波分复用信号和/或密集波分复用信号的任何光 学和/或电气组件--包括任何硬件、软件和/或固件。在一个实施例中，输入接口 1306、开关 元件1308、和/或输出接口 1310包括将所公开的热光开关与热隔离和热限制支柱相结合的 PIC。
[0042] 通信链路1302可W包括，例如，标准单模光纤(SMF)，色散位移光纤(DSF)，非零色 散位移光纤(NZDSF)，色散补偿光纤(DCF)，或其它光纤类型或光纤类型的组合。在一些实施 例中，通信链路1302用于将路由器1300禪合至其他光学和/或电-光组件。例如，链路1302可 W将路由器1300禪合至一个交叉连接或另一能够终止、开关、路由、处理、和/或提供到和/ 或从通信链路1302的访问的设备，W及另一个通信链路或通信设备。在本文中所使用的术 语"禪合"或"禪合的"，指的是两个或更多元件之间的任何直接或间接的通信，不论运些元 件在物理上是否彼此连接。在一些实施例中，通信链路1302可W包括一个点对点通信链路， 或一个较大的通信网络的一部分，例如环形网络，网状网络，星形网络，或者其他网络配置。
[0043] 光信号1303可包括多波长光信号。例如，光信号1303可包括至少5个波长信道，至 少100个波长信道，或至少250个波长信道。在一个具体的实施例中，光信号1303包括100纳 米(nm)的光谱窗口中间隔50千兆赫(G化）的250个波长。在该实例中，该IOOnm的光谱窗口可 W位于与光纤相关联的1400纳米至1650纳米的低损耗窗口内。在各种实施例中，光信号 1303可W实现一种或多种数据格式，例如极化移键控(PLSK)、脉冲位置调制(PPM)、多协议 标签交换(M化S)、通用多协议标签交换(GMPLS)、非归零(NRZ)、归零(RZ)、差分相移键控 (DPSK)或运些的组合或其他类型的格式。
[0044] 在一个实施例中，分离器1304被配置或操作用于将光信号1303分离成单独的波长 信道1305并且将各波长信道1305禪合至输入接口 1306。在一个替代实施例中，分离器1304 可W将光信号1303分离为单独的多波长通道并且将运些多波长信道禪合至输入接口 1306。 波长信道1305可包括，例如，互联网协议（IP)分组、语音数据、视频数据或任何其他数据类 型和/或数据格式。在具体实施例中，各波长信道1305实现了一种帖格式，其包括一个或多 个成帖比特、在分组数据之前的第一分组标签W及在分组数据之后的第二分组标签。使用 分组标签包围分组数据有利于在与各波长信道1305相关的目的地进行相对简单的错误检 查，但是该格式不是必需的。在本示例中，各波长信道1305在第一和第二分组标签中实施通 用多协议标签交换(GMPLS)路由协议。虽然本示例中实施了 GMPLS路由协议，也可W使用其 他路由协议或数据格式，而不偏离本发明的范围。
[0045] 在一个实施例中，输入接口 1306用于接收并处理与光信号1303相关联的每个波长 信道1305。输入接口 1306可W包括任何能够处理、转换、复制、更新、和/或交换与各波长信 道1305相关联的一个或多个分组标签的光学和/或电气组件-包括任何硬件，软件和/或固 件。在各种实施例中，输入接口 1306可确定与各波长信道1305相关联的分组数据所需的路 由并且可W使用全光学标签交换技术来更新第一和/或第二分组标签。术语"全光学"是指 所需功能实质上不包含光-电或电-光转换。"全光学"的功能并不禁止有助于设备的整体功 能的控制电路使用光-电或电-光转换。举例来说，输入接口 1306可包括一控制器，用于接收 分组标签的电气表达，并生成用于将 交换序列调制到光信号上的控制信号。
[0046] 开关元件1308用于处理与波长信道1305相关联的一个或多个分组数据，其中波长 信道1305接收自输入接口 1306并且将运些分组数据引导到期望的目的地。开关元件1308可 包括能够交换、路由、错误检查和/或管理与各波长信道1305相关联的一个或多个分组数据 或分组标签的任何光学和/或电气组件-包括任何硬件、软件和/或固件。在一个实施例中， 开关元件1308可包括具有一个或多个核屯、路由器节点和至少一个管理节点的环形结构。虽 然本实施例实施了一种环形配置，开关元件1308也可W施网状结构、星形结构或任何其它 结构，而不偏离本发明的范围。在各种实施例中，开关元件1308可W操作为处理波长信道 1305,处理速度例如为至少10千兆比特/秒(Gb/s)、至少40化/s、至少lOOGb/s或至少160Gb/ 秒。
[0047] 在一个实施例中，开关元件1308用于将与波长信道130相关联的一个或多个分组 数据路由至输出接口 1310。输出接口 1310可W包括能够为来自路由器1300的通信准备与波 长信道1305相关联的一个或多个分组数据的任何光学和/或电气组件-包括任何硬件、软件 和/或固件。在该示例中，输出接口 1310操作为通过适当的波长信道1313实现一个或多个分 组数据从路由器1300至所需目的地的通信。
[004引在一个实施例中，每个合成器1314用于将输出波长信道1313合并为一个或多个输 出光信号1315, W通过通信链路1316通信。在一个实施例中，合成器1314例如包括波分多路 复用器。通信链路1316的结构和功能可W大体与通信链路1302的结构和功能基本类似。在 该示例中，通信链路1316操作为将路由器1300禪合至其他光学和/或电-光组件。
[0049] 在该示例中，控制器1312也能够至少部分地有助于控制一个或多个与路由器1300 相关联的功能。即，控制器1312不需要能够独自执行所需的功能，其可作为较大设备的一部 分有助于该功能的执行。控制器1312可包括任何通信和/或计算设备或多个设备，包括任何 硬件、软件、固件或其组合。
[0050] 在一个实施例中，在操作中，与波长信道1305相关联的分组数据对于路由器1300 的处理功能是透明的。也就是，在操作中，路由器1300不检查与各波长信道1305相关联的分 组数据的内容。在一些情况下，路由器1300不检查与波长信道1305相关联的一个或多个分 组标签和/或帖结构的其他元素。在大多数情况下，路由器1300操作为在光域维护与波长信 道1305相关联的分组数据。也就是说，与各波长信道1305相关联的分组数据相关联的分组 数据不经过路由器1300的光-电转换。在一些情况下，与波长信道1305相关联的一个或多个 分组标签和/或帖格式的其他元素可W经过一次或多次光-电和/或电-光转换。在各种实施 例中，路由器1300可具有例如至少巧比特/秒(Tb/s)、至少25化/s、至少50化/s或至少 i〇(yrb/s的聚集能力。
[0051] 在一个实施例中，路由器1300可操作为最小化和/或避免在开关元件1308和/或通 信链路1302和1316内，与光信号1303和1315和/或波长信道1305相关的分组数据之间的竞 争。本文所用的术语"竞争"是指分组数据与其他分组数据竞争使用特定波长通信的过程。 在一些情况下，可通过例如实施一个环形网络构架或执行波长转换来最小化竞争。最小化 和/或避免竞争可降低与光信号波长相关联的拥塞。
[0052]尽管说明书已经作了详细描述，但是应该理解的是，在不偏离所附权利要求所限 定的本发明的精神和范围的情况下，可W做出多种改变、替换和变更。此外，所描述的具体 实施例并不用于限定本发明的范围，本领域普通技术人员基于本发明能够容易理解，当前 存在的或W后待开发的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法、或者步骤可执行与本发明 实施例实质相同的功能或获得实质相同的结果。因此，所附权利要求旨在将此类过程、机 器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。
【主权项】
1. 一种热光开关，其特征在于，包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。2. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。3. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。4. 根据权利要求3所述的热光开关，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真空 之一。5. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面小 于各所述支柱远离所述光波导的表面。6. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。7. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，各所述支柱实质上为圆锥形。8. 根据权利要求1所述的热光开关，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。9. 一种用于控制光信号的网络组件，其特征在于，所述网络组件包括： 处理器； 连接于所述处理器的接收器；以及 连接于所述接收器的光子集成电路PIC，所述PIC包括多个热光开关，各所述热光开关 包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。10. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。11. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。12. 根据权利要求11所述的网络组件，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真 空之一〇13. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面 小于各所述支柱远离所述光波导的表面。14. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。15. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，各所述支柱实质上包为圆锥形。16. 根据权利要求9所述的网络组件，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。17. -种光子集成电路PIC，其特征在于，包括： 多个光输入；以及 连接于所述输入的多个热光开关，各所述热光开关包括： 光波导； 与所述光波导的表面热接触的加热电阻丝；以及 连接于所述光波导的侧面的多个热流动限制支柱，所述多个热流动限制支柱支撑所述 光波导，以使所述光波导通过所述光波导与位于所述光波导下的衬底之间形成的间隙与所 述衬底实质上热隔离，所述支柱限制热量从所述光波导流向支撑所述支柱的支撑结构。18. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱之间实质上相互隔离。19. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱之间通过沟槽相互分离。20. 根据权利要求19所述的PIC，其特征在于，所述沟槽和所述间隙包括空气和真空之 〇21. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱靠近所述光波导的表面小于 各所述支柱远离所述光波导的表面。22. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱实质上为梯形。23. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，各所述支柱实质上为圆锥形。24. 根据权利要求17所述的PIC，其特征在于，所述支柱包括二氧化硅。
【专利摘要】本发明提供一种关于具有热隔离和热限制支柱(108)的热光开关(100)的系统和方法，该系统和方法能够增加光子集成芯片(PICs)的集成度、降低功耗、提高开关速度，并延长芯片寿命。一光波导(122)；与所述光波导(122)的表面热接触的电阻加热器(110)；以及连接于所述光波导(122)的侧面的多个热流动限制支柱(108)，所述多个热流动限制支柱(108)支撑所述光波导，以使所述光波导(122)通过所述光波导(122)与位于所述光波导(122)下方的衬底(114)之间形成的间隙与所述衬底(114)实质上热隔离，所述支柱(108)限制热量从所述光波导(122)流向支撑所述支柱(108)的支撑结构。
【IPC分类】G02B6/12
【公开号】CN105492944
【申请号】CN201580001656
【发明人】德瑞坦·瑟娄
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】EP3047320A1, US20150253510, WO2015131805A1
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