可调波长光学组件的方法和系统以及子系统
阅读：652发布：2021-04-11
专利汇可以提供可调波长光学组件的方法和系统以及子系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且波分复用(WDM)已使电信服务供应商能够充分利用光纤的传输容量。目前，远程网中 现有技术 的系统已增强了兆兆位每秒的容量。此外，通过提供多个独立的多千兆位通道，波分复用技术为服务供应商提供了建立和扩大网络直接方式，以支持有不同需求的多个客户。为降低成本、增强网络灵活性、减少零部件并提供可重构性，许多服务供应商已将固定 波长 发送器、接收器和收发器改进成可调波长发送器、接收器和收发器以及波长相关 分插复用器 、空间 开关 等。尽管如此，为满足提升性能、提高集成度、减少刻痕、降低功耗、提高灵活性、可重构性以及降低成本的迫切需求，需要开发/采用单片光 电路 技术、混合光 电子 集成和微型 机电系统 (MEMS)。，下面是可调波长光学组件的方法和系统以及子系统专利的具体信息内容。
1.一种设备，包括：
光波导结构，包括由多个用于路由基板上光信号的三维(3D)光波导形成的第一预设部分和包括用于将光信号从多个三维光波导的第一子集路由到多个三维光波导的第二子集的二维(2D)光波导的第二预设部分；以及
包括枢轴、致动器和所述二维光波导的旋转微光机电系统(MOEMS)元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微光机电系统元件产生预设旋转，使所述多个三维光波导的第一子集的光波导中间形成耦合配置，所述三维光波导在多个三维光波导的第二子集中耦合至预设光波导。
2.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导包括布拉格反射器；以及
所述设备还包括谐振腔中的光放大器，所述光放大器至少包括布拉格反射器，从而所述设备可用作光源，其波长特性取决于所述布拉格反射器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导包括布拉格反射器；以及
所述设备还包括用于将光信号从光网络耦合至光波导结构、并用于将波长过滤后的光信号从所述光波导结构耦合至光组件和光探测器其中一个的光环行器。
4.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导包括传输式光波长滤波器；以及所述设备还包括通过多个三维光波导的预设部分，直接耦合至所述传输式光波长滤波器输出或耦合至所述传输式光波长滤波器的光探测器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第一子集的光波导和所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导之间、通过微机电系统元件耦合的光信号，在二维光波导中耦合至/自所述微机电系统元件的反射表面。
6.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导为其中一组三维光波导中，且每个都包括具有预设中心波长和预设通带特性的布拉格反射器；以及
所述设备还包括共振腔中的光放大器，所述共振腔至少包括所述设备从而这种组合可以用作可调光源，所述可调光源的波长特性取决于布拉格反射器联合选定的其中一组三维光波导。
7.根据权利要求1所述的设备，其中
所述多个三维光波导第二子集中的预设光波导为其中一组三维光波导，且每个都包括具有预设中心波长和预设通带特性的传输式光过滤器；以及
所述设备还包括耦合至光耦合器输出的光探测器，所述光耦合器包括多个输入，其中，每个输入耦合至选定的其中一组三维光波导，从而所述设备可以用作可调光探测器，所述可调光探测器的波长特性取决于传输式光纤联合选定的其中一组三维光波导。
8.一种设备，包括：
形成可调波长反射器的预设部分、并设有将光信号耦合至且耦合自所述可调波长反射器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合至所述光波导的反射式光增益块；其中，
所述可旋转微机电系统元件根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转来设置所述可调波长反射器，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
9.根据权利要求8所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件耦合至用于控制所述可旋转微机电系统元件旋转的旋转致动器和用于将可旋转微机电系统元件从光波导平面平移开的线性致动器，从而，在重新接合顶着所述光波导平面的所述可旋转微机电系统元件之前，完成所述可旋转微机电系统致动器的旋转位置的设置。
10.根据权利要求8所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件包括设有平面波导的所述可旋转微机电系统元件表面的至少一个第一特性，以及与所述包括光波导设备的平面上第一特性匹配的多个第二特性，从而，当将所述旋转微机电系统元件旋转到与多个波长选择性滤波器的选定波长反射式滤波器相关的预设位置时，所述至少一个第一特性可与所述多个第二特性中的一个预设第二特性匹配。
11.一种设备，包括：
形成可调波长反射器的预设部分、并设有将光信号耦合至且耦合自所述可调波长反射器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合所述光波导并设有耦合光网络用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的第一接口和用于耦合来自所述光波导的光信号的第二接口的光耦合器；以及耦合所述第二接口的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
12.根据权利要求11所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件耦合至用于控制所述可旋转微机电系统元件旋转的旋转致动器和用于将可旋转微机电系统元件从光波导平面平移开的线性致动器，从而，在重新接合顶着所述光波导平面的所述可旋转微机电系统元件之前，完成所述可旋转微机电系统致动器的旋转位置的设置。
13.根据权利要求12所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件包括设有平面波导的所述可旋转微机电系统元件表面的至少一个第一特性，以及与所述包括光波导设备的平面上第一特性匹配的多个第二特性，从而，当将所述旋转微机电系统元件旋转到与多个波长选择性滤波器的选定波长反射式滤波器相关的预设位置时，所述至少一个第一特性可与所述多个第二特性中的一个预设第二特性匹配。
14.一种设备，包括：
形成波长滤波器的预设部分、并设有将光信号耦合至且耦合自所述可调波长滤波器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合所述光波导用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的光耦合器；
耦合所述波长滤波器输出的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长滤波器中选择的波长滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
15.根据权利要求14所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件耦合至用于控制所述可旋转微机电系统元件旋转的旋转致动器和用于将可旋转微机电系统元件从光波导平面平移开的线性致动器，从而，在重新接合顶着所述光波导平面的所述可旋转微机电系统元件之前，完成所述可旋转微机电系统致动器的旋转位置的设置。
16.根据权利要求14所述的设备，其中
所述可旋转微机电系统元件包括设有平面波导的所述可旋转微机电系统元件表面的至少一个第一特性，以及与所述包括光波导设备的平面上第一特性匹配的多个第二特性，从而，当将所述旋转微机电系统元件旋转到与多个波长选择性滤波器的选定波长反射式滤波器相关的预设位置时，所述至少一个第一特性可与所述多个第二特性中的一个预设第二特性匹配。
17.一种设备，包括：
光波导结构，包括由多个用于路由基板上光信号的三维光波导形成的第一预设部分和包括用于将光信号从多个三维光波导的第一子集路由到多个三维光波导的第二子集的输入三维光波导的第二预设部分；以及
包括枢轴、致动器和所述输入三维光波导的旋转微光机电系统(MOEMS)元件；其中，在所述致动器移动作用下，所述微光机电系统元件产生预设旋转，使所述输入三维光波导与所述多个三维光波导第一子集的预设三维光波导对准。
18.根据权利要求17所述的设备，其中
多个三维光波导第一子集各自包括传输式波长过滤器和反射式波长过滤器其中之一。
19.根据权利要求17所述的设备，其中
所述旋转微机电系统元件致动器为至少以下一种旋转致动器：远离耦合至多个三维光波导第一子集输入光波导一端的枢轴，以及侧向设于所述枢轴和所述输入三维光波导。
20.一种设备，包括：
光波导结构，包括用于路由基板上光信号的至少第一和第二三维光波导和包括用于根据所述第一和第二三维光波导路由光信号的二维光波导的第二预设部分；以及包括枢轴、致动器、所述二维光波导和光栅的旋转微光机电系统(MOEMS)元件；其中，在所述致动器移动作用下，所述微光机电系统元件产生预设旋转，使所述预设波长范围内的光信号通过所述二维光波导和光栅从所述第一三维光波导耦合到所述第二三维光波导。
21.根据权利要求20所述的设备，其中
所述第一和第二三维光波导为同种光波导。
22.根据权利要求20所述的设备，其中
所述光栅为至少以下一种：
蚀刻入与所述二维光波导连接的所述旋转微光机电系统元件表面；以及
蚀刻入所述旋转微光机电系统元件的侧壁。
23.根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：
耦合光纤网络用于接收光信号的光波导；以及
耦合光纤网络的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
可调波长光学组件的方法和系统以及子系统
技术领域
背景技术
[0002] 波分复用(WDM)已使电信服务供应商能够充分利用核心网络中光纤的传输容量。目前，远程网中现有技术的系统已增强了兆兆位每秒的容量。此外，通过提供多个独立的多千兆位通道，波分复用技术为服务供应商提供了建立和扩大网络直接方式，以支持有不同需求的多个客户。同时，这些技术已从远程网演绎到接入网以及数据中心，以支持数据持续发展的必然需求。为降低成本、增强网络灵活性、减少零部件并提供可重构性，许多服务供应商已将固定波长发送器、接收器和收发器改进成可调波长发送器、接收器和收发器以及波长相关分插复用器、空间开关等。尽管如此，为满足提升性能、提高集成度、减少刻痕、降低功耗、提高灵活性、可重构性以及降低成本的迫切需求，使用分立元件的现有技术解决方案必须被取代。由此，可开发/采取的技术包括单片光学电路技术、混合光电集成、微机电系统(MEMS)以及微光机电系统(MOEMS)。
[0003] 波分复用系统中的必要微光机电系统元件是电子控制的微光机电系统反射镜或可偏转的波导。然而，与大多数将设有光波导的微机电系统简单用于位置切换的微机电系统设备配置不同，最新微光机电系统在所有过渡位置中都很重要。微机电系统的特性决定了波分复用系统的特性，它影响波长通道的数量和系统的动态波长切换功能。微机电系统在集成光子设备中必不可少，例如它不仅可用于改变光路，还可通过多个允许特定单色光反射或传输的波长滤波器导光。
[0004] 由此，它有益于提升这种微机电系统的性能，进而提升光学组件和光学系统等组成部分的性能。发明者从中受到启发，并对这种微光机电系统反射镜和微光机电系统波导以及支持这些设备在数据通信、电信、传感器、光延迟线和中红外光谱等方面概念延伸的光波导技术的设计和实施进行了一系列改进。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于减少有关微光机电系统(MOEMS)现有技术的限制，尤其是光学微机电系统(MEMS)波导和反射镜以及利用这种光学微机电系统元件的光学组件的设计和强化。
[0007] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：光波导结构，包括由多个用于路由基板上光信号的三维(3D)光波导形成的第一预设部分和包括用于将光信号从多个三维光波导的第一子集路由到多个三维光波导的第二子集的二维(2D)光波导的第二预设部分；以及
包括枢轴、致动器和所述二维光波导的旋转微光机电(MOEMS)系统元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微光机电系统元件产生预设旋转，使所述多个三维光波导的第一子集的光波导中间形成耦合配置，所述三维光波导在多个三维光波导的第二子集中耦合至预设光波导。
包括枢轴、致动器和所述二维光波导的旋转微光机电(MOEMS)系统元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微光机电系统元件产生预设旋转，使所述多个三维光波导的第一子集的光波导中间形成耦合配置，所述三维光波导在多个三维光波导的第二子集中耦合至预设光波导。
[0008] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：形成可调波长反射器的预设部分、并设有将光信号耦合至且自所述可调波长反射器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合至所述光波导的反射式光增益块；其中，
所述可旋转微机电系统元件根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转来设置所述可调波长反射器，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
耦合至所述光波导的反射式光增益块；其中，
所述可旋转微机电系统元件根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转来设置所述可调波长反射器，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
[0009] 根据本发明的一个实施例提供了一种可旋转微机电系统元件，所述元件耦合用于控制所述可旋转微机电系统元件旋转的旋转致动器和用于将可旋转微机电系统元件从光波导平面平移开的线性致动器，从而，在重新接合顶着所述光波导平面的所述可旋转微机电系统元件之前，完成所述可旋转微机电系统致动器的旋转位置的设置。
[0010] 根据本发明的一个实施例提供了一种可旋转微机电系统元件，所述元件具有包括平面波导的所述可旋转微机电系统元件表面上的至少一个第一特性，以及与设备平面上第一特性匹配的多个第二特性，从而，当将所述旋转微机电系统元件旋转到预设位置时，所述至少一个第一特性可与所述多个第二特性的一个预设第二特性匹配。
[0011] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：耦合光纤网络用于接收光信号的光波导；以及
耦合光纤网络的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
耦合光纤网络的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
[0012] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：形成可调波长反射器的预设部分、并设有将光信号耦合至且耦合自所述可调波长反射器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合所述光波导并设有耦合光网络用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的第一接口和用于耦合来自所述光波导的光信号的第二接口的光耦合器；以及
耦合所述第二接口的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
耦合所述光波导并设有耦合光网络用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的第一接口和用于耦合来自所述光波导的光信号的第二接口的光耦合器；以及
耦合所述第二接口的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长反射式滤波器中选择的波长反射式滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
[0013] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：形成波长滤波器的预设部分、并设有将光信号耦合至且耦合自所述可调波长滤波器的光波导的可旋转微机电系统元件；
耦合所述光波导用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的光耦合器；
耦合所述波长滤波器输出的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长滤波器中选择的波长滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
耦合所述光波导用于接收光信号并将信号耦合至所述光波导的光耦合器；
耦合所述波长滤波器输出的光探测器；其中
耦合所述光探测器的光信号根据从多个波长滤波器中选择的波长滤波器、通过可旋转微机电系统元件的旋转进行波长过滤，其中，光信号在形成所述微机电系统元件第一预设部分的平面波导中传播，并且由形成所述微机电系统元件第二预设部分的反射镜反射。
[0014] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：光波导结构，包括由多个用于路由基板上光信号的三维光波导形成的第一预设部分和包括用于将光信号从多个三维光波导的第一子集路由到多个三维光波导的第二子集的输入三维光波导的第二预设部分；以及
包括枢轴、致动器和所述输入三维光波导的旋转微光机电系统(MOEMS)元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微机电系统元件产生预设旋转，使所述输入三维光波导与所述多个三维光波导第一子集的预设三维光波导对准。
包括枢轴、致动器和所述输入三维光波导的旋转微光机电系统(MOEMS)元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微机电系统元件产生预设旋转，使所述输入三维光波导与所述多个三维光波导第一子集的预设三维光波导对准。
[0015] 根据本发明的一个实施例所提供的一种设备，包括：光波导结构，包括用于路由基板上光信号的至少第一和第二三维光波导和包括用于根据所述第一和第二三维光波导路由光信号的二维光波导的第二预设部分；以及包括枢轴、致动器、所述二维光波导和光栅的旋转微光机电系统元件；其中在所述致动器移动作用下，所述微机电系统元件产生预设旋转，使所述预设波长范围内的光信号通过所述二维光波导和光栅从所述第一三维光波导耦合到所述第二三维光波导。
[0016] 通过参阅下文对于本发明具体实施例的说明并结合附图，本领域技术人员将清楚了解本发明的其它方面内容和特性。
附图说明
[0017] 现将本发明的实施例通过示例并参照附图进行说明，其中：
[0018] 图1示出了根据本发明一个实施例、现有技术的固定波长和可调波长源以及一个可调波长源的示例；
[0019] 图2示出了根据本发明一个实施例的一个可调波长源；
[0021] 图4示出了根据本发明实施例、利用氮化硅波导的微机电系统反射镜致动波导询问器的示例性设计和通道数；
[0022] 图5示出了根据本发明实施例、利用硅绝缘体波导的微机电系统反射镜致动波导询问器的示例性设计和通道数；
[0023] 图6至9示出了根据本发明一个实施例、利用氮化硅波导的微机电系统反射镜致动布拉格波导询问器的示例性制造流程；
[0024] 图10示出了根据本发明一个实施例、设有静电梳状致动器的示例性微机电系统反射镜；
[0025] 图11A示出了根据本发明一个实施例的示例性波长选择性MOTUS(微光机电系统可调硅)光引擎；
[0026] 图11B示出了根据本发明一个实施例的示例性波长选择性MOTUS光引擎；
[0027] 图12A示出了根据本发明一个实施例的示例性波长选择性MOTUS光引擎；
[0028] 图12B示出了根据本发明一个实施例的示例性波长选择性MOTUS光引擎；
[0029] 图13示出了根据本发明一个实施例的利用MOTUS光引擎来选择一个或一组波长的可重构光分插模块(ROADM)；
[0031] 图15A示出了根据本发明一个实施例、设有利用硅芯波导的半导体光增益块混合倒装芯片组件的波长选择性MOTUS光引擎的横截面；
[0032] 图15B示出了根据本发明一个实施例、设有利用MOTUS的半导体光增益块混合对接耦合组件的波长选择性MOTUS光引擎的横截面，其中抗反射通过增益块中波导中的角度与增益块、MOTUS或两者上的抗反射涂层相结合的方式进行改进；
[0034] 图17示出了包括设有用于氮化硅和硅波导芯波长设定的波长选择性MOTUS光引擎的外腔激光器(包括半导体光增益块)的最大调制速度对腔体长度；
[0035] 图18示出了根据本发明一个实施例、混合集成了单片集成半导体光增益块和外部马赫泽德调制器模具的波长选择性MOTUS光引擎；
[0036] 图19示出了根据本发明一个实施例、设有后置波长滤波探测器的波长选择性MOTUS光引擎；
[0037] 图20示出了根据本发明一个实施例、用作波长选择性接收器的波长选择性MOTUS光引擎；
[0038] 图21示出了根据本发明一个实施例、利用设有基于布拉格光栅传输式法布里珀罗滤波器和耦合合路器的波长选择性MOTUS光引擎的波长选择性接收器；
[0039] 图22示出了根据本发明一个实施例、利用设有基于布拉格光栅传输式法布里珀罗滤波器和耦合合路器的波长选择性MOTUS光引擎的波长选择性接收器；
[0040] 图23示出了根据本发明一个实施例、将集成半导体模具与半导体光增益块、高反射率反射镜及外部马赫泽德滤波器结合的波长选择性光发送器的横截面；
[0041] 图24A至24C示出了根据本发明实施例的微光机电系统其他结构的横截面；
[0042] 图25示出了根据本发明一个实施例、用于将光波导对准/不对准其它光波导或光学组件的侧向波导微定位器设计；
[0043] 图26示出了根据本发明一个实施例、用于将光波导对准/不对准其它光波导或光学组件，以应用于操作利用微机电系统微定位器的微光机电系统中的氮化硅及硅波导的波导微定位器设计；
[0045] 图28A示出了为下游链接而应用光相干接收器、用于下一代网络的可调波长双频段收发器；
[0046] 图28B示出了利用设有基于布拉格光栅传输式和反射式滤波器的波长选择性MOTUS光引擎联合磷化铟光放大器、雪崩光电二极管和马赫泽德调制器、用于下一代网络的可调波长双频段正交相移键控收发器；
[0047] 图29A和29B示出了根据本发明实施例、利用来自微机电系统致动器倾斜束的直接波导耦合、用于波长选择性滤波器耦合机制的另一种光波导；
[0048] 图30示出了根据本发明一个实施例的另一个示例性波长选择性MOTUS光引擎；
具体实施方式
[0050] 本发明涉及微光机电系统(MOEMS)，尤其是光学微机电系统(MEMS)波导和反射镜以及利用这种光学微机电系统元件的光学组件的设计和强化。
[0051] 下文的实施例说明仅为示例性质，不限制本专利的范围、适用性或配置。当然，下文的示例性实施例内容将向本领域技术人员提供用于执行示例性实施例的适用性说明。需要了解的是，在不脱离上述所附权利要求书精神和范围的前提下，可对元件的功能和布局进行各种变型。
[0054] 上文所述的可调波长光源和/或接收器在当今光通信网络中发送器、接收器和收发器的配备，以及对具有动态波长分配功能的光网络、安装复杂性的降低、单独线路卡设计和可重构性的不断需求有着显著益处。现有技术中，已有一些方法应用于数据并同时实现了高性能发送器，但在组装复杂性、可达性能和高成本方面仍有局限性。两种利用现有技术的方法分别如第二和第三张图100B和100C所示，与其相比对的标准固定波长激光源如第一张图100A所示。
[0055] 第一张图100A示出了双列线(DIL)包装配置的固定波长激光源，包括检测器光电二极管(未清晰示出)和安装在芯片载体112的激光二极管模具111，由于所述激光二极管模具111具有快速波长对温度曲线，因此所述芯片载体包括用于监测温度的热敏电阻(未清晰示出)。所述激光二极管模具111的输出经由光学透镜即光隔离器组件113耦合，从而聚焦在一个位置113，其中诸如箍圈组件114中的光纤被定位并组装，经由光纤尾纤115使光信号耦合至网络。例如，所述激光二极管模具111可以是分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射式(DBR)激光器或单片外调制分布式反馈激光器。
[0056] 由此，第二张图100B示出了光纤尾纤和密封前的可设波长发送器组件。如图所示，所述组件包括激光器阵列121、微机电系统开关阵列122、监测器光电二极管123和波长锁定装置124。100GHz 1550nm所述波长锁定装置124提供了一种将所述激光器阵列121锁定至预设网格的工具，如长途通信周围的C波段网格。由此，所述激光器阵列121包括一阵列单片集成在同一半导体模具中的光源，如40个分布式反馈激光器。发送器选定波长的配备取决于所述激光器阵列121中适当的分布式反馈激光器电驱动电流的配备以及微机电系统开关阵列122的微机电系统开关元件的切换。这种方法不仅必须利用磷化铟(InP)M通道分布式反馈激光器阵列，还需要一阵列M微机电系统开关，因此成本很高。因此，有时从所述激光器阵列121到光纤(未清楚示出)的自由空间光学互连由波分复用器代替，如用同一模具上一阵列波导光栅(AWG)作为所述激光器阵列121。
[0057] 第三张图100C示出了另一种利用外腔激光器(ECL)配置的可调波长发送器，其中，以具有一或零个高反射率平面并利用一或两个外反射镜形成谐振光学腔的激光二极管，代替了具有两个高反射率平面用于支持所需腔振荡以提供半导体设备中增益的激光二极管。此时，单独的外反射镜131与对于所述光纤尾纤135具有一个高反射率平面而对于所述外反射镜131具有一个低反射率平面的半导体光放大器(SOA)模具132同时使用。所生成的激光输出通过隔离器133和透镜134从半导体光放大器模具132耦合至光纤维尾纤135。此时，所述外反射镜132为提供波长相关反射率的可调法布里珀罗腔滤波器131，从而根据可调整发射波长的所述可调法布里珀罗腔滤波器131的设置，所述组件的输出为特定波长。但源的特性现由所述法布里珀罗腔滤波器的质量定义，即使在实施时使用微机电系统结构，也不会产生分布式反馈方法的旁瓣抑制。
[0058] 这样，将有利于提供制造成本低廉的可调波长发送器，符合电信系统供应商和电信原始设备制造商(OEMs)的定价预期，从而在诸如光接入网络、局域网和数据中心实现高容量普遍布局。由此，发明者已建立用于1310nm或1550nm波长范围，利用磷砷化镓铟半导体光放大器的外腔激光器配置，联合选择性硅微机电系统寻址波长反射器的混合电路实施方式。其他材料如砷化镓的备选系统，可用于C波段以下较短波长包括S波段/E波段/O波段的操作等，波长从1530nm降至1260nm或更小。第四张图100D所示的方法利用了选择性硅微机电系统寻址波长反射器调谐元件，包括用于耦合所述半导体光放大器145、可调微机电系统反射镜141和一阵列布拉格反射器143之间的耦合区域144。光信号通过平面波导区域142在所述耦合区域144和所述布拉格反射器阵列143之间耦合，其中，来自所述布拉格反射器143的发散光信号由可调微机电系统反射镜141重新聚焦。由此，如第一和第二张图150A和150B所示，所述外腔激光器的波长操作从而由所述反射镜141的路径选择所控制，直至所述布拉格反射器阵列143中选定的布拉格光栅。所述半导体光放大器145可以是量子井(QW)、量子点(QD)或量子线(QDa)反射式光半导体放大器。
[0059] 如图2所示的是第一和第二张图200A和200B分别示出的利用硅光子和微机电系统的外腔激光器的另一种配置200。由此，光增益元件210经由耦合区域220耦合到平面波导区域240。来自光增益元件210的发散高斯形的光信号经由所述平面波导区域240和微机电系统反射镜230耦合至一阵列布拉格反射器250中选定的布拉格光栅，其中，所述微机电系统反射镜230是这样设计的，光信号耦合并重新聚焦至形成所述布拉格反射器250阵列中部分布拉格光栅的波导平面。
[0060] 很明显，除了可调波长发送器，微机电系统反射镜联合一阵列布拉格反射器的方法也可形成诸如可调波长接收器、可重构光分插复用器、波长选择性光开关和其它波长选择性结构的一部分。
[0061] 光波导技术
[0062] 考虑到其低廉的成本、掺杂质选择的范围以及标准的微机电系统制造工艺、原型设施和生产操作可行性等，根据本发明利用微机电系统反射镜的实施例通常选择硅作为基板，多用户微机电系统工艺包括MEMSCAP公司、桑迪亚国家实验室SUMMiT V工艺、Teledyne DALSA的多项目晶片“Shuttle”运行和生产设施以及意法半导体高产量微机电系统生产设施等。
[0063] 氮化硅芯波导平台
[0064] 在光波导技术的选择中，可与1300nm和1550nm电信窗口中光波导的硅绝缘体微机电系统晶片的沉积物相匹配的是设有二氧化硅(SiO2)包层的氮化硅(Si3N4)芯光波导。这种波导几何结构的示例参照图3中第一个波导横截面300A，根据本发明实施例可应用这种结构。由此，所述光波导3000包括5μm二氧化硅330下包层，70nm氮化硅(Si3N4)340芯，和5μm二氧化硅330上包层。所述波导横截面300B如图所示，其中所述光波导经由空气间隙耦合至微机电系统反射镜(MEMSM)3100。由于所述光波导厚度为≈10μm，因此空气间隙接口处所述微机电系统反射镜3100可以是所述硅基板中形成的致动硅(Si)微机电系统结构顶上的同种材料结构。所述光波导3100在其下方和所述硅基板前方设有聚酰亚胺层，经回蚀形成所述微机电系统3100枢轴的一部分。沉积在所述光波导3000垂直端壁和微机电系统反射镜3100壁上的是抗反射涂层。
[0065] 硅绝缘体波导平台
[0066] 在光波导技术的选择中，可与1300nm和1550nm电信窗口中光波导的硅绝缘体微机电系统晶片的沉积物相匹配的是顶部设有空气包层而底部设有氮化硅(SiO2)包层的硅绝缘体波导。如图3中第二波导横截面300B所示，根据本发明一个实施例的波导几何结构3200包括下部氮化硅(SiO2)330埋氧包层和硅320芯，并依靠空气折射率或其它材料以限制全内反射。类似地，所述波导横截面300B如图所示，其中所述光波导3200经由空气间隙耦合至微机电系统反射镜3300。
[0067] 然而，由于硅的高折射率，用于单模波导的硅的厚度限制为220nm，对于微机电系统设备而言太薄了。但厚度为1μm时，模态指数为n＝3.405,3.203,2.845,2.281,1.487的硅平面波导中存在5种模式，相应地，可利用脊形波导几何形状来选择基本模式。由此，1μm硅的所述微机电系统反射镜3300由同种材料形成。考虑到折射率，在所述光波导3200和微机电系统反射镜3300的空气间隙上的所述抗反射(AR)层可由折射率为1.66的聚对二甲苯1.66形成。所述抗反射层的厚度近似于233nm。
[0068] 氮化硅芯波导微机电系统电路设计
[0069] 如图4所示，微机电系统反射镜的第一到第三电路400A、400C和400E的设计半径分别为0.5mm、0.75mm和1.00mm。耦合至所述布拉格反射器的光波导与所述微机电系统反射镜的边缘间距均为200μm，并且从微机电系统反射镜的枢轴安装到光波导的距离均等于微机电系统反射镜的半径。由此，微机电系统反射镜在三种设计中所得宽度如图400A、400C和400E中第一到第三种电路所示，分别为500μm、750μm和950μm。由此，考虑到微机电系统反射镜的最大角移位为±3°，则上下端波导之间的侧向间距分别为52μm、78μm和105μm。第一至第三张图400B、400D和400F分别示出了间距分别为0.5μm和0.75μm的光波导可接入通道的数量。由此，对于间距为0.75μm的波导，设计半径为0.5mm、0.75mm和1.00mm时，最大可接入通道的数量为36(源自中心±18个通道)、54(源自中心±27个通道)和74(源自中心±37个通道)。通道间距为0.5μm的这些设计半径下，可接入通道的相应最大数量分别为40、60和
80。
80。
[0070] 因此，很明显，利用Si3N4波导技术的通道数量尤为重要且等于标准C波段100GHz电信网络通道计划中通道数量(40)，或等于等效ITU 50GHz C波段通道计划或单独设备中ITU C和L波段的80个通道。
[0071] 硅绝缘体波导微机电系统电路设计
[0072] 如图5所示，微机电系统反射镜的第一到第三电路500A、500C和500E的设计半径分别为0.5mm、0.75mm和2.00mm。耦合至所述布拉格反射器的光波导与所述微机电系统反射镜的边缘间距均为200μm，并且从微机电系统反射镜的枢轴安装到光波导的距离均等于微机电系统反射镜的半径。由此，微机电系统反射镜在三种设计中所得宽度如图500A、500C和500E中第一到第三种电路所示，分别为160μm、250μm和680μm。由此，考虑到微机电系统反射镜的最大角移位为±3°，则上下端波导之间的侧向间距分别为52μm、78μm和209μm。第一至第三张图1500B、1500D和1500F分别示出了间距分别为4.50μm和5.5μm的光波导可接入通道的数量。由此，对于间距为5.5μm的波导，设计半径为0.5mm、0.75mm和2.00mm时，最大可接入通道的数量分别为16(源自中心±8个通道)、26(源自中心±13个通道)和74(源自中心±37个通道)。通道间距为4.50μm的这些设计半径下，可接入通道的相应最大数量分别为20、32和90。
[0073] 因此，很明显，利用Si波导技术的通道数量通常低于Si3N4波导技术的数量，然而通道数量仍尤为重要且等于或超过标准C波段100GHz电信网络通道计划中通道数量(40)，或等于等效ITU 50GHz C波段通道计划或单独设备中ITU C和L波段的通道数量。然而，由于其刻痕小于所述微机电系统的两种等效Si3N4线路，通常Si可调波长设备的通道数量较低，并且允许较低成本如符合ITU-T G.989.2标准硅光子应用的所述布拉格光栅的刻痕要小于纯波分复用无源光网络，其中需选择高密度波分复用通道的数量。
[0074] 微机电系统&光波导制造流程——氮化硅芯
[0075] 下列图6至9所示的制造程序利用标准Si制造工艺和Si微机电系统技术，以制造具有阵列布拉格反射器和光波导的微机电系统。对于Si3N4流程，Si和其他光波导——基于硅的微机电系统平台流程非常相似。对于Si流程，显然不需要沉积或图案化SiO2-Si3N4-SiO2波导，而在其他如氮氧化硅、聚合物、旋涂玻璃和掺杂SiO2中则需要沉积和图案化步骤。
[0076] 如图6中第一张图600A平面图所示，MOTUS光引擎包括与梳状驱动610连接的半圆形微机电系统反射镜620，且布拉格反射器阵列640包括将光耦合进出所述波长相关反射器电路的中心通道波导650和设于所述通道波导两侧的布拉格波导阵列660。在所述波长相关反射器电路的其它实施例中，所述布拉格波导660可对称设于通道波导的两侧、以不同的通道数量不对称设于通道波导的两侧，以及不对称设于通道波导的一侧。这种设计可能考虑的因素包括但不限于所述半圆形微机电系统反射镜620的角度偏移范围、波长通道数量、所述微机电系统梳状驱动610的设计和所述微机电系统梳状驱动610静电驱动电路的设计。
[0077] 由此，图6中第二张图600B所示的是所述MOTUS电路横截面的截面图，其包括二氧化硅(SiO2)330、硅(Si)320和铝(Al)310，已经过图案化和蚀刻处理。对于通常的硅绝缘体(SOI)基板，硅320的厚度为5μm。厚度为300nm的所述铝310经过光刻工艺图案化后可能会溅射，可利用标准铝湿蚀刻工艺将其去除。随后的第三张图600C示出了所述MOTUS电路，所述暴露硅320经过光刻图案化和深蚀刻处理后，利用六氟化硫(SF6)和八氟环丁烷(C4F8)深反应离子蚀刻(DRIE)工艺去除了4.5μm，之后去除抗蚀剂。
[0078] 现如图7中第四张图600D所示，根据Si3N4波导平台另一设计实施例，而非上文图3所示的5μm·SiO2-70nm·Si3N4-5μm·SiO2，所述沉积的所述光波导层堆包括4μm SiO2 330、100nm氮化硅(Si3N4)340和4μm SiO2 330。例如，该沉积物可通过化学汽相沉积(CVD)形成。
[0079] 接下来，图7中第五张图600E示出了所述MOTUS电路，定义光波导和梳状驱动开口后，利用纵横比为1:1.6的SF6-C4F8-氩(Ar)深反应离子蚀刻工艺来蚀刻4μm SiO2 330-100nm氮化硅(Si3N4)340-4μm SiO2 330堆，并且利用纵横比为1:1的SF6-C4F8深反应离子蚀刻工艺定义梳状驱动来蚀刻5μmSi 320。可选地，如利用深反应离子蚀刻进行微机电系统图案化以及反应离子蚀刻处理光波导结构的其他制造程序，也可用来降低侧壁粗糙度及进行聚四氟乙烯自由处理。
[0080] 随后的图7中第六张图600F示出了所述MOTUS电路的横截面，形成了所述空气间隙且去除了所述梳状驱动等顶上光波导的多余部分。利用纵横比为1:8的SF6-C4F8-氩深反应离子蚀刻工艺实现这些步骤，以蚀刻所述SiO2 330-Si3N4 340-SiO2 330堆，并且利用纵横比为2:1的SF6-C4F8深反应离子蚀刻工艺定义梳状驱动来蚀刻0.5μm Si 320。而前述步骤通过大约5μm的临界尺寸实施，空气间隙光刻工艺的临界尺寸大约为1μm。接下来，如图8中第七张图600G所示，利用纵横比为1:8的SF6-C4F8-氩工艺定义并蚀刻所述光布拉格反射器的布拉格光栅部分以局部蚀刻包括SiO2 330的上包层。
[0081] 或者，第五和第六张图600E和600F的工艺顺序可以颠倒，从而先取出微机电系统致动器部分上的波导，再使用更优化的掩模图案化。现如图8中第八张图600H所示，金380的反射层在半圆形微机电系统反射镜的侧壁上沉积并图案化，且抗反射层在半圆形微机电系统反射镜侧壁及空气间隙两侧的光波导侧壁上沉积并图案化。例如氩涂层可为厚度为280nm的氟化镁MgF2。接下来，如第九张图600I所示，保护MOTUS电路的前表面，以进行晶片背侧的工艺步骤。由此，厚度为5μm的聚酰亚胺350可旋涂至晶片并固化，例如300℃2小时。
可选地，在这点上，可使用例如化学机械抛光(CMP)使基板变薄。可选地，聚酰亚胺350可以用光致抗蚀剂代替。
可选地，在这点上，可使用例如化学机械抛光(CMP)使基板变薄。可选地，聚酰亚胺350可以用光致抗蚀剂代替。
[0082] 如图9中第九张图600I所示，基板(例如硅)经过光刻处理以定义所述微机电系统梳状驱动下的沟槽和所述MOTUS电路的半圆形微机电系统反射镜部分。例如，可以利用停留在所述SiO2 320层上的SF6-C4F8通过深反应离子蚀刻来实现。接下来，如第十张图600J所示，在脱胶、晶片切割、通过例如等离子体灰化将聚酰亚胺去除以及为连接通道波导和光纤对MOTUS电路模具侧壁机械刨光后，利用例如反应离子蚀刻工艺将SiO2 320从背侧回蚀。
[0083] 半圆形微机电系统反射镜(SC-MEMSM)和致动器设计
[0084] 上述的MOTUS中，将光信号从初始光波导耦合至微机电系统反射镜，其中，光信号经反射并耦合至后面的内部形成布拉格光栅的光波导。随后，来自布拉格光栅并且经反射的光信号穿过反向路径。由此，所述微机电系统反射镜旋转以耦合至不同的具有不同布拉格光栅的光波导，并由此提供所需波长可调性。为尽量减少损失，光信号通过这种工艺一直维持在波导中，因此，波导端部和反射镜之间的区域也是一个波导。这形成了一个半圆形微机电系统反射镜(SC-MEMSM)，从而反射镜可旋转，光信号维持在波导中，且波导相对于MOTUS光引擎的通道波导部分旋转。
[0085] 由此，图10中第一至三张图1010至1030分别示出了根据本发明实施例，利用设有倾斜指状物的静电致动半圆形微机电系统反射镜(SC-MEMSM)设计。由此根据该设计，所述8μm半圆形微机电系统反射镜指状物静电连接驱动触点时，所述半圆形微机电系统反射镜开始旋转。邻近固定VDD电极的所述半圆形微机电系统指状物成4.5°角，而邻近VDD电极指状物的其他半圆形微机电系统指状物成6°角。所述半圆形微机电系统圆盘对向135°弧，并通过3μm枢轴元件连接至VSS电极。朝向所述固体VDD电极的端部，由所述半圆形微机电系统指状物提供止动电极，选择性地偏向VSS。
[0086] 由此，图10中第四至六张图1040至1060分别示出了根据本发明实施例，利用设有梳状驱动和倾斜指状物的静电致动半圆形微机电系统反射镜(SC-MEMSM)设计。由此根据该设计，所述梳状驱动中的11μm半圆形微机电系统反射镜指状物静电连接驱动触点时，所述半圆形微机电系统反射镜开始旋转。所述半圆形微机电系统反射镜还包括邻近所述固体VDD电极、成4.5°角的半圆形微机电系统反射镜指状物，而所述半圆形微机电系统反射镜梳状驱动指状物可旋转并成6°角，其中，(右手边)与其它梳状驱动指状物相吸引且不成角度，(左手边)与其它梳状指状物相排斥。所述半圆形微机电系统圆盘对向135°弧，并通过3μm枢轴元件连接至VSS电极。朝向所述固体VDD电极的端部，由所述8μm半圆形微机电系统指状物提供止动电极，选择性地偏向VSS。
[0087] 半圆形微机电系统反射镜设计
[0088] 本发明实施例中，上图1至10讨论和说明的流程和变型对本领域的技术人员是显而易见的，所述半圆形微机电系统反射镜设计的特点是：在这些指状物中设有两类不同的半圆形微机电系统，每个都设有随着邻近弧形平面波导结构的微小空气间隙旋转的半圆形圆盘。然而，所述半圆形微机电系统反射镜的后反射镜表面分为两类。
[0089] 第一类是所述后反射镜表面为平面镜，从而与平面表面法线成β°角入射于其上的光信号，在法线的另一侧以β°角反射并传播出去。这种后反射平面镜参照图10中SEM图。由此平行的光信号将反射并保持平行，而发散光束将反射并保持发散。
[0090] 第二类是曲形背面镜，其中反射镜表面具有预设的轮廓，从而反射镜表面的法线在表面上不同，因而每个光信号根据法线在其入射点上局部反射，所述反射镜在光束上的整体效果取决于反射镜的轮廓和光束入射点。后反射平面镜参照图1(100D)、2、4-6和9，考虑到入射光束对准曲形镜表面轴线，其表面为凹面。由此，凹面后反射镜使发散光束聚焦，从而后表面的曲率半径等于其来自发散光束源的距离，在同一距离上重新聚焦光束并根据所述半圆形微机电系统反射镜的旋转角度旋转偏移。由此，如图5中第三张图500E所示，例如，所述MOTUS具有对所述2000μm半圆形微机电系统反射镜后反射表面的曲率半径，枢轴点与中心通道波导相距2000μm。所述半圆形微机电系统反射镜的前表面为半径1,800μm的曲形表面。与此相反，如图5中第一张图500A所示，后反射表面的曲率半径为500μm，而所述半圆形微机电系统反射镜的前表面为半径300μm的曲形表面。
[0091] 但很明显的是，可根据整个光学电路的功能性和所需的反射镜特性来应用后反射镜表面的其他轮廓。例如，后表面的曲率半径可小于起始于波导的距离，从而，光信号在所述半圆形微机电系统反射镜体内聚焦并在光波导平面发散。
[0092] 图11A示出了第一MOTUS光引擎1100的示意图，其包括通过平面波导1190和空气间隙1150耦合至所述半圆形微机电系统反射镜(SC-MEMSM)1140的输入/输出波导1170。据此，来自所述输入/输出波导1170的光信号经反射并耦合至与其相关联的布拉格波导1160中的其中一个分布式布拉格反射器(DBRs)。光信号反射自选定的分布式布拉格反射器，然后通过与其相关联的布拉格波导1160导回，在再次反射回所述输入/输出波导1170之前，穿过所述平面波导1190和所述半圆形微机电系统反射镜1140。由此，宽带光信号经过在所述布拉格波导1160中适当选择的分布式布拉格反射器的过滤，或者所形成的腔体(包括在所述布拉格波导1160中选定的分布式布拉格反射器和设有宽带反射器的外部光增益介质)可成为可设波长激光源。所述半圆形微机电系统反射镜1140锚定于微机电系统锚部1120并通过旋转静电致动器1110驱动，从而所述半圆形微机电系统旋转到所需角度将来自所述输入/输出波导1170的光信号耦合至预期的布拉格波导1160。可选地，所述平面波导1190可设为类似曲形和有限宽度。
[0093] 有利之处是，具有较大光模的微小平面区域降低了MOTUS光引擎1100的插入损耗对边缘粗糙的敏感度。图11B示出了所述第一MOTUS光学引擎1100的一个变型1150，其中，所述平面波导1190未示出，且所述布拉格波导1160和所述输入/输出波导1170终止于此、靠近所述空气间隙1150。在其他可选设计中，不需要平面波导1190，且所述布拉格波导1160可终止于所述空气间隙1150或起始于空气间隙1150的预设距离处。然而，这些示意图未明显示出所述布拉格波导1160在其与所述平面波导1190或空气间隙1150的交接点处形成角度，以对准带有入射光束的波导轴线。可选地，所述输入/输出波导1170两侧的光栅数量可与一个或多个光栅通带特性(例如，50GHz+100GHz、100GHz+200GHz或100GHz+粗波分复用ITU通带配置的组合)相等或不相等。
[0094] 图12A示出了第二MOTUS光引擎1200的示意图，其包括通过透镜1210、平面波导1190和空气间隙1150耦合至所述半圆形微机电系统反射镜1140的输入/输出波导1220。据此，来自所述输入/输出波导1220的光信号经反射并耦合至与其相关联的布拉格波导1160中的其中一个分布式布拉格反射器(DBRs)。光信号反射自选定的分布式布拉格反射器，然后通过与其相关联的布拉格波导1160导回，在再次反射回所述输入/输出波导1220之前，穿过所述平面波导1190和所述半圆形微机电系统反射镜1140。由此，宽带光信号经过在所述布拉格波导1160中适当选择的分布式布拉格反射器的过滤，或者所形成的腔体(包括在所述布拉格波导1160中选定的分布式布拉格反射器和设有宽带反射器的外部光增益介质)可成为可设波长激光源。所述半圆形微机电系统反射镜1140锚定于微机电系统锚部1120并通过旋转静电致动器1110驱动，从而所述半圆形微机电系统旋转到所需角度将来自所述输入/输出波导1220的光信号耦合至预期的布拉格波导1160。可选地，所述平面波导1190可设为类似曲形和有限宽度。有利之处是，具有较大光模的微小平面区域降低了MOTUS光引擎
1100的插入损耗对边缘粗糙的敏感度。
1100的插入损耗对边缘粗糙的敏感度。
[0095] 与所述第一MOTUS光引擎1100相比，从所述输入/输出波导1220耦合至布拉格波导1160中布拉格光栅的所述第二MOTUS光引擎1200光信号，当它们耦合至所述透镜1210并聚焦形成穿透波导1230后，才会在所述布拉格波导1160中反射并进一步传播。由此，举例来说，如果100GHz间隔C波段的40个通道(例如ITU通道21-60)耦合至所述第二MOTUS光引擎
1200，并且设计一个布拉格波导用来反射包括通道21-24的子波段，则其余通道25-60将不受影响并通过布拉格光栅耦合进所述透镜1210，再至穿透波导1230。
1200，并且设计一个布拉格波导用来反射包括通道21-24的子波段，则其余通道25-60将不受影响并通过布拉格光栅耦合进所述透镜1210，再至穿透波导1230。
[0096] 图12B示出了所述第二MOTUS光学引擎1200的一个变型1250，其中，所述平面波导1190未示出，且所述布拉格波导1160和所述输入/输出波导1170终止于此、靠近所述空气间隙1150。在其他可选设计中，不需要平面波导1190，且所述布拉格波导1160可终止于所述空气间隙1150或起始于空气间隙1150的预设距离处。然而，这些示意图未明显示出所述布拉格波导1160在其与所述平面波导1190或空气间隙1150的交接点处形成角度，以对准带有入射光束的波导轴线。可选地，所述输入/输出波导1170两侧的光栅数量可与一个或多个光栅通带特性(例如，50GHz+100GHz、100GHz+200GHz或100GHz+粗波分复用ITU通带配置的组合)相等或不相等。
[0097] 现在图13所示出了一个可调分插模块的示意图，发明者称之为可重构光分插信号和电子再生(ROADSTER)。由此，本示意图示出了分别利用第一和第二MOTUS光引擎1100和1150的四通道ROADSTER。在本实施例中，利用这种ROADSTER提取预先定义的子波段的四种波长并重新插入同种波长，光介质上重新产生信号。当全光波段信号在ROADSTER(Rx)的Rx输入端口1300B被接收，所述信号通过环行器13030初始耦合至基于MOTUS的可重构波段多路分配器1350。所述可重构波段多路分配器1350调至可选子波段滤波器，并完成两个不同的操作。首先，丢弃选定的子波段，其次，将其余通道耦合至2:1多路复用器1380并经由Tx输出端口1300A重新耦合至网络。然后将选定的子波段耦合至通道多路分解器1355，其中，所述子波段中不连续波长经分离后耦合至4个光电探测器设备，从而将已调制的光信号提取进控制器1390内的主机级别电四倍通信端口编程接口(CPPI-4)。未选定的子波段在重新发射进光网络之前，通过光放大器1385光学放大。由此，可重构波段多路分配器1350利用了第二MOTUS光引擎(如图12A和12B所示)，在这里用第二MOTUS光引擎1200表示。
[0098] 通道多路分配器1355可由光栅辅助定向耦合器构成，以实现反射光信号从所发送的光信号中必要的分离。可选地，所述通道多路分配器1355可利用3个串联滤波器来代替4个滤波器，并简单将第三个滤波器的输出耦合至最后的光探测器。可选地，所述通道多路分配器1355可包括3组10个1跳3配置的布拉格光栅，并通过4个光环行器菊花环式链接且连接至4个光电二极管。
[0099] 图中还分别示出了四种基于MOTUS的Lambda可调发送器Tx1 1310-Tx4 1340，用于在丢弃子波段中产生新的光信号以重新插入网络。来自主机的电CPPI-4子波段信号分别调制至每个基于MOTUS的Lambda可调发送器Tx1 1310-Tx4 1340上的右侧波长。所述Lambda可调发送器Tx1 1310-Tx4 1340中的每一个分别设有10个可编程操作的波长，从而通过适当选择MOTUS光引擎中所述分布式布拉格反射器(例如布拉格光栅)以支持10个子波段。由此，所述致动驱动电路1395将四个发送MOTUS光引擎中的硅微机电系统反射镜对准所需子波段。由此，所述可调源包括任一宽带激光器与MOTUS光引擎组合或谐振腔中的设有MOTUS光引擎的光增益块，且提供来自选定子波段的适当波长，然后所述波长分别耦合至Lambda可调发送器Tx1 1310-Tx4 1340中的外部调制器。光信号接着耦合至4:1多路复用器1370，从而在此阶段，四个重新产生的信号组合在一起，然后在2:1多路复用器1380中耦合至其余穿透的子波段。
[0100] 由此，Lambda可调发送器Tx1 1310-Tx4 1340分别利用所述第一MOTUS光引擎1100结合光增益元件13010和外部调制器13020。为清晰示出，所述ROADSTER 600中的所有光学放大均省略。如图所示，所述通道多路分配器655为一阵列布拉格光栅设备，例如光栅辅助反射定向耦合器或光栅辅助透射定向耦合器，以免去利用隔离器从向前传播的信号中分离出反射的光信号的需求。所述布拉格光栅设备可为环形、低自由光谱范围及几何形状，从而一个通道多路分配器655可在所有波段上运行。
[0101] MOTUS半导体集成
[0102] 如上所述的本发明的实施例中，所述MOTUS光引擎为与光增益介质结合的可调光源的组成部分。若提供设有一个低反射率平面和另一个高反射率平面的半导体光增益块，然后所述低反射率平面通过MOTUS光引擎耦合至波长选择性反射器，则所得的波长相关光腔体将振荡并在所述波长选择性反射器定义的波长上发射激光。根据通过半圆形微机电系统反射镜选定的每个布拉格反射器，利用MOTUS光引擎可编程所得激光的波长。
[0103] 由于MOTUS光学引擎基于利用了上文所述本发明实施例中硅绝缘体基板的微机电系统设备，则很明显，所述半导体光增益块可集成至MOTUS光引擎。图14中第一和第二张图示出了集成的半导体光增益块与利用硅绝缘体基板上SiO2-Si3N4-SiO2波导的MOTUS光引擎1430。
[0104] 第一张图1400所示的增益块1410通常包括磷化铟基板上的磷砷化镓铟堆，经蚀刻形成脊或脊负载波导，由于具有对准特性，因此它沉积并蚀刻进位于SiO2-Si3N4-SiO2波导之下的硅中，这个特性很关键。由此，所述增益块1410的位置偏向于由蚀刻进硅的特性所定义，而所利用的这种特性与形成MOTUS光引擎的一部分工艺程序相同。所述增益块1410相对于SiO2-Si3N4-SiO2波导的垂直位置取决于刻蚀进硅的特性、沉积于所述增益块1410上的对准特性以及SiO2-Si3N4-SiO2波导层的公差。
[0105] 第二张图1450示出了增益块1420对准SiO2-Si3N4-SiO2波导中形成的一个光波导。此时，所述增益块1420中光波导与所述SiO2-Si3N4-SiO2波导的垂直对准取决于磷化铟基板增益块1420的蚀刻深度以及所述SiO2-Si3N4-SiO2波导公差，而侧向对准通过所述SiO2-Si3N4-SiO2基板和所述增益块1420中形成的物理特性来实现，不过现在这些都只针对侧向对准。
[0106] 现在图15A中第一和第二张图1500A和1550A示出了集成的半导体光增益块与利用硅绝缘体基板上Si波导的MOTUS光引擎1530，所述基板利用硅绝缘体而非SiO2-Si3N4-SiO2波导。第一张图1500A所示的增益块1510通常包括磷化铟基板上的磷砷化镓铟堆，经蚀刻形成脊或脊负载波导，由于具有对准特性，因此它沉积并蚀刻进硅层，也可形成光波导，这个特性很关键。由此，所述增益块1510的位置偏向于由蚀刻进硅的特性所定义，而所利用的这种特性与形成MOTUS光引擎的一部分工艺程序相同。所述增益块1510相对于光波导的垂直位置取决于刻蚀进硅的特性、沉积于所述增益块1510上的对准特性以及Si波导层的公差。
[0107] 第二张图1550A示出了增益块1520对准Si波导中形成的一个光波导。此时，所述增益块1420中光波导与所述Si波导的垂直对准取决于磷化铟基板增益块1420的蚀刻深度以及所述Si波导公差，而侧向对准通过所述Si层和所述增益块1420中形成的物理特性来实现，不过现在这些都只针对侧向对准。
[0108] 图15B分别示出了根据本发明一个实施例、通过波长选择性MOTUS光引擎的第一和第二横截面1500B和1550B，所述光引擎具有分别设有氮化硅芯MOTUS 1430和硅芯MOTUS 1530的半导体光增益块1520B混合对接耦合组件。由此，如图所示，分别在第一和第二横截面1500B和1550B中，所述半导体光增益块1520B垂直、侧向和纵向对准每个分别设有氮化硅芯MOTUS 1430和硅芯MOTUS 1530的适当的常见波导。如图所示，每个抗反射(AR)涂层
1540A/1545A和1540B/1545B都分别应用于所述MOTUS和所述半导体光增益块1520B。假定在过渡区域有微小空气接口或无空气间隙，可设有这些抗反射涂层。另外，假定无空气间隙，则单独涂层可应用于任意一个MOTUS和半导体光增益块。可选地，所述半导体光增益块
1520B可安装至整个组件的单独元件或可安装至为放置所述半导体光增益块而已经过适当图案化和深蚀刻、位于底层的硅基板。
1540A/1545A和1540B/1545B都分别应用于所述MOTUS和所述半导体光增益块1520B。假定在过渡区域有微小空气接口或无空气间隙，可设有这些抗反射涂层。另外，假定无空气间隙，则单独涂层可应用于任意一个MOTUS和半导体光增益块。可选地，所述半导体光增益块
1520B可安装至整个组件的单独元件或可安装至为放置所述半导体光增益块而已经过适当图案化和深蚀刻、位于底层的硅基板。
[0109] 所述半导体光增益块1520B分别与所述氮化硅芯MOTUS 1430和硅芯MOTUS 1530之间的光接口也可包括相对于分别设有所述半导体光增益块1520B与所述氮化硅芯MOTUS 1430、硅芯MOTUS 1530的所述光波导的成角平面。另外，所述平面可作为基准，所述波导相对于所述平面成角。成角度接口可减小反射率和/或增加抗反射涂层的制造公差。
[0110] 除了光增益块，还可将外部调制器与所述MOTUS光引擎混合集成作为分立元件，或与所述光增益块集成。很明显，所示的光增益块设于远离所述半圆形微机电系统反射镜的所述MOTUS光引擎的端部，在本发明的其他实施例中，根据通道数量、所述半圆形微机电系统的旋转角度、光增益块的可接受处理宽度等，所述增益块1610可分立式设置或所述增益块1610和调制器1620可更靠近所述半圆形微机电系统设置，从而降低形成激光腔体的光腔体的长度，如图16所示。
[0111] 由此，图17示出了包括增益块平面和布拉格反射器的腔体最大调制速度对所述腔体长度的分析。由此，对于以2.5Gb/s的OC-48数据传输，相比Si的2.5mm，设有Si3N4芯波导的腔体长度应小于约4mm。随着速度增加，所述腔体长度减小到OC-192(10Gbps)腔体长度应小于1mm的点。
[0112] 图18示出了根据本发明一个实施例，混合集成了半导体模具1840的波长选择性MOTUS光学引擎1800，其中，所述半导体模具包括单片集成形式的半导体光增益块1830、高反射率反射镜1820和外部马赫泽德调制器1810，从而使多个分布式布拉格反射器——外部可调腔体激光器(MDBR-ECTL)在外部由马赫泽德调制器1810调制。所述高反射率反射镜1820与所述MOTUS光学引擎中的波长选择性布拉格光栅联合运行，用于提供激光运行所需腔体与所述半导体光增益块1830。
[0113] 现在图19示出了根据本发明一个实施例、在所述光通道波导的端部设有后置波长滤波器光探测器1920的波长选择性MOTUS光引擎，其中，所述光通道波导中设有所述布拉格光栅。每个光探测器1920经由轨道1910耦合至电路的边缘。由此，由光探测器1920探测到的光功率可用于提供激光结构中半导体光增益块的反馈控制。这是可以实现的，因为所述布拉格光栅不是100％反射且相应地某些激光信号会到达所述光探测器1920，并且由于激光器在所述布拉格光栅波长上振动，因此在所述通道探测器1920上所探测到的功率与激光输出成正比。此外，用于选定波长的光探测器1920和邻近通道之间的光功率对比可用于提供额外的反馈信息。
[0114] 图20示出了根据本发明一个实施例、充当波长选择性接收器2000调谐元件的波长选择性MOTUS 2050光引擎。由此一个输入光信号耦合至光环行器2010，其中，所述输入光信号耦合至所述MOTUS 2050。通过调谐所述MOTUS 2050中所述半圆形微机电系统反射镜，选定波长的反射信号再耦合回光环行器2010和其中光探测器2020。
[0115] 而所述光环行器2010用于分离向前传播的输入信号和向后传播的信号，这些可能是体积庞大且昂贵的设备。由此，图21示出了根据本发明一个实施例、利用设有基于布拉格光栅的传输式法布里珀罗滤波器和耦合合路器的波长选择性MOTUS光引擎的波长选择性接收器2100。由此，所述半圆形微机电系统反射镜允许在法布里珀罗滤波器阵列中选择适当的法布里珀罗滤波器2140。每个法布里珀罗滤波器2140由第一和第二布拉格光栅2130A和2130B组成，它们彼此联合使用以提供高精细度滤波器，示例可参照Legoubin等人的《光写入光纤的基于光栅的法布里珀罗滤波器中自由光谱范围变化》(J.Opt.Soc.Am.A,Vol.12,No.8,pp-1687-1694)。上下波导组的输出分别各自耦合至多模干涉仪、第一和第二多模干涉仪2110A和2110B，以及其中第一和第二光电探测器2120A和2120B。可选地，定向耦合器和/或马赫泽德干涉仪可串联，以提供类似的功能。
[0116] 如上文所述的MOTUS光引擎可在波导中不对称设计。图22示出了这样一个示例，根据本发明一个实施例、利用设有基于布拉格光栅的法布里珀罗滤波器阵列和偏移输入波导的波长选择性MOTUS光引擎的波长选择性接收器2200。由此，如图21所示，每个波导包括一个由第一和第二布拉格光栅2130A和2130B的法布里珀罗滤波器2140，所述第一和第二布拉格光栅彼此联合使用以提供高精细度滤波器。然而，现在它们的输出都通过单独多模干涉仪2210耦合至单独光探测器2220。
[0117] 现在图23示出了根据本发明的一个实施例、通过波长选择性光发送器的第一和第二横截面X-X和Y-Y，所述发送器结合了包括半导体光增益块2330、高反射率反射镜2320和外部马赫泽德调制器2310的集成半导体结构2350。第二横截面Y-Y与图9中第11张图600K所示通过半圆形微机电系统和布拉格波导光栅的完整MOTUS光引擎横截面相似。根据本发明实施例所示的第一横截面X-X，所述半导体结构2350已直接沉积至硅绝缘体机构的硅基板上，从而所述半导体结构2350的波导部分对接耦合至所述MOTUS光引擎的硅芯波导。而如图23所示，这些接口为垂直的，且这些接口可成角以抑制回波损耗，实际上，它们也可参照例如图14和15中本发明其他实施例，其中示出了混合倒装芯片集成。根据MOTUS的允许波长，所述半导体结构可基于例如铝镓砷、砷化铟镓和砷化镓。
[0118] 在根据倒装芯片安装变型的本发明其他实施例中，所述半导体光增益块和倏逝耦合自被动波导的外部调制器参见Park等人在《一种混合砷化铝镓铟——硅倏逝放大器》(IEEE Phot.Tech.Lett.,Vol.19,pp.230-232)和Bowers等人在《硅波导上的集成光放大器》(Proc.集成光子学与纳米光子学研究与应用，论文ITuG1,2007)的示例。
[0119] 在本发明其他实施例中，所述半导体光激光器可在利用包括但不限于微环行激光器概念的所述硅芯波导中形成。在其它波长范围，例如1300nm，例如半导体组件的结构包括硅基板、主动区和所述主动区上覆盖层。参见美国专利6,403,975，所述主动区可为包括硅(1-y)C(y)和硅(1-x-y)锗(x)碳(y)交替层的超点阵。在另一个实施例中为包括多个包含硅、硅(1-y)碳(y)和硅(1-x)锗(x)三层结构周期的超点阵，并且在又一个实施例中为多个包含硅、硅(1-y)碳(y)和硅(1-x-y)锗(x)碳(y)层的三层结构周期。
[0120] 本发明实施方式中，可利用基于半导体光放大器(SOA)的传统半导体增益块作为增益块。可选地，量子点半导体光放大器(QD-SOA)可与适当的涂层一起使用，以提供增益块或作为光学电路中光放大器，例如ROADSTER。在本发明的一些实施例中，一对量子点半导体光放大器可通过90°彼此相对旋转，以补偿量子点半导体光放大器中的偏振相关效应。可选地，可利用设有双光放大器的偏振分集电路。
[0121] 现在图24A-26示出了根据本发明实施例的微定位器概念，这是由2014年8月15日提交的美国临时专利申请62/037,655《微机电包装方法和系统》的发明者提出的，其全部内容都涵盖在此作为参考。由此，图13A中示出了利用诸如关于本发明实施例上述MOTUS的微机电系统光学组件的波导/微机电系统结构的横截面，其中，除了微机电系统反射镜，还利用微机电系统微致动器实现主动/动态对准。由此，标称厚度为675μm的硅320基板上形成一层1-3μm的SiO2 330，然后形成最小厚度为11-16μm的硅320层，这取决于形成所述微机电系统元件基础的光波导结构。在波导区域，波导由厚度为2-4μm的SiO2 330下包层、厚度为70nm≤t≤220nm的氮化硅(Si3N4)芯和厚度为2-4μm的SiO2 330上包层组成。由此，基于厚度为1-3μm的SiO2 330下层和硅320基板的蚀刻，本设备所形成的不同区域包括支撑微机电系统结构2410、自由站立微机电系统结构2420、微光机电系统结构2430和光波导结构2440。
[0122] 在本发明其他实施例中，根据所述MOTUS的设计标准，可使用不同的Si3N4波导芯厚度。例如，在1550nm的单模光波导中，可通过利用设有SiO2上下包层的方形波导来实现偏振依赖性的降低。例如，可利用600nm×600nm芯。
[0123] 由此，图24B中示出了利用诸如关于本发明实施例上述MOTUS的微机电系统光学组件、类似于图24A所示的波导/微机电系统结构的横截面，其中，除了微机电系统反射镜，还利用微机电系统微致动器实现主动/动态对准。如图24A所示，所述层堆包括标称厚度为675μm的硅320基板，所述基板上形成一层厚度为1-3μm的SiO2 330，然后形成最小厚度为11-16μm的硅320层，这取决于形成所述微机电系统元件基础的光波导结构，最初成形后又蚀刻回7-8μm。所述光波导结构由厚度为2-4μm的SiO2 330下包层、厚度为70nm≤t≤220nm的氮化硅(Si3N4)芯和厚度为2-4μm的SiO2 330上包层组成。由此，所述微光机电系统的结构具有包括支撑微光机电系统2450、无支撑微光机电系统2460、裸芯2470和光导波结构2440的4种不同的横截面。在无支撑微光机电系统2460中，底层的硅320基板和二氧化硅330已去除(除了锚部2470以外)，从而留下光波导支撑于所述微机电系统硅320上。在裸芯2470中，所述底层的硅320基板、牺牲二氧化硅330、微机电系统硅320和氮化硅330上/下包层都已去除，留下短小区域的氮化硅240裸芯。本发明其他实施例中，裸芯2470可选择性地作为无光波导的微机电系统硅320支撑或具有较小厚度光波导的上和/或下包层。
[0124] 现在图24C示出了利用波导/类似于图24A和24B所示微机电系统结构的微光机电系统横截面，包括标称厚度为675μm的硅320基板、厚度为1-3μm的SiO2 330层、硅320机械层和由厚度为2-4μm的SiO2 330下包层组成的光波导结构、厚度为70nm≤t≤220nm的氮化硅(Si3N4)芯和厚度为2-4μm的SiO2 330上包层。此时，所述无支撑的微光机电系统2460替换为释放的微光机电系统2490，其中，通过蚀刻最下层的SiO2 330，机械硅320层已从硅320基板释放，但未去除所述硅320基板。由此，所述锚部2480现替换为单独形成于所述牺牲SiO2 330层中的锚部2495。
[0125] 现在图25分别示出了根据本发明一个实施例的微光机电系统光波导微定位器(MOEMS OWMP)2500A，以及第一和第二变型的微光机电系统光波导微定位器2500B和2500C。如图所示的微光机电系统光波导微定位器2500A包括以下区域：
·相当于光波导结构2410、设于非悬挂波导2510上的初始部分；
·相当于裸芯2470的第一裸芯区域2520；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于致动器2530上的光波导；以及
·相当于裸芯2470的第二裸芯区域2540。
·相当于光波导结构2410、设于非悬挂波导2510上的初始部分；
·相当于裸芯2470的第一裸芯区域2520；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于致动器2530上的光波导；以及
·相当于裸芯2470的第二裸芯区域2540。
[0126] 如图所示的致动器2530上的光波导由连接至微机电系统致动器2560的微机电系统光束2550支撑。由此，所述微机电系统致动器2560的移动使得所述致动器2530上的光波导和第二裸芯区域2540相对于另一个光波导或光学组件平移。这样，利用一对光波导可将可变光衰减器(VOA)功能集成于所述微光机电系统用于功率管理等，而所述光波导的一部分由所述微光机电系统光波导微定位器2500A形成；第一和第二可变微光机电系统光波导微定位器2500B和2500C分别示出了未设有第二裸芯区域2540和设有光波导芯的设计。对于本领域技术人员来说，很明显还可应用其他变型，例如形成所述第二裸芯区域2540一部分的光波导芯。
[0127] 现在图26示出了根据本发明一个实施例、位于第一位置2600和第二位置2650的微光机电系统光波导微定位器。所示的第一和第二致动器2630A和2630B的一端分别耦合至第一和第二角度梳状驱动2670A和2670B。所述第一和第二致动器2630A和2630B上的其他端为光波导部分。很明显，如图26和插件2600所示，所述光波导2620包括：·相当于支撑微光机电系统2450、设于非悬挂波导2610上的初始部分；
·相当于裸芯2470的第一裸芯区域；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于第二致动器2630B上的光波导；
·相当于裸芯2470的第二裸芯区域；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于第一致动器2630A上的光波导；以及·相当于裸芯2470和最接近所述光增益块模具2660的光波导2620部分的第三裸芯区域。
·相当于裸芯2470的第一裸芯区域；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于第二致动器2630B上的光波导；
·相当于裸芯2470的第二裸芯区域；
·相当于未支撑微光机电系统2460、设于第一致动器2630A上的光波导；以及·相当于裸芯2470和最接近所述光增益块模具2660的光波导2620部分的第三裸芯区域。
[0128] 因此，激活第一和第二角度梳状驱动2670A和2670B中任意一个或两个，引发各自的第一和第二致动器2630A和2630B移动——以其各自的锚部2640A和2640B为枢轴旋转，从而所述第一和第二致动器2630A和2630B距离第一和第二角度梳状驱动2670A和2670B的远端也发生类似移动，使得由所述第一和第二致动器2630A和2630B的这些远端支撑的光波导发生移动。图26中第一配置2600和插件2600A示出了第一种状态下的所述微光机电系统光波导微定位器，例如，正如制造或备选的第一和第二角度梳状驱动2670A和2640B，驱动它们以将第一和第二致动器2630A和2630B定位至这些位置上。现参照第二配置2650和插件2600B，接下来示出了根据本发明一个实施例的所述微光机电系统光波导微定位器，所述第一和第二角度梳状驱动2670C和2670D旋转和/或进一步旋转后，从而所述第一和第二致动器2630A和2630B的远端绕着第一和第二锚部2640A和2640B旋转，并且所述光波导几何形状随着悬挂波导2610的几何形状改变，以及所述光波导端部位置改变。
[0129] 诸如那些支持所有服务接入网络的通信体系中，人们已考虑到许多无源光网络(PONs)的变型。其中，下一代无源光网络体系利用波分复用和时分复用，例如利用耦合至光分配网络的彩色光线路终端(OLT)的所谓下一代无源光网络2(NG-PON2)，而无色光网络单元(ONUs)耦合至所述分配式光分配网络(ODN)。在这种网络中，无色是指所述光网络单元或其他元件在光波长的一段范围内运行，而不需要网络运营商选择和部署特定(彩色)波长组件/设备。一种方法是利用自由光谱范围小的组件，而另一种是部署可调/可设波长组件。下一代无源光网络2中，光线路终端决定光网络单元的带宽和波长，从而使所述光网络单元中接收器和发送器的波长必须是可以设置的。
[0130] 现在图27A示出了根据本发明一个实施例的这种可调8波长光网络单元，用于应用双波段收发器电路2700A、分别利用一对波长选择性MOTUS光引擎2710和2715来实现下一代无源光网络2的应用。如图所示，所述收发器电路2700A耦合至光纤2750且包括波段滤波器电路2760，其中所述波段滤波器电路接收来自第二波长选择性MOTUS光引擎的L波段波长信号并通过所述波段滤波器电路2760将其耦合至光网络，而来自光网络的C波段光信号从所述波段滤波器电路2715耦合至第一波长选择性MOTUS光引擎2710。所述第一波长选择性MOTUS光引擎2710使用传输式滤波器2790，如图22中关于波长选择性接收器2200的说明所示，通过第一合路器电路2720耦合至光探测器电路2740。由此，选定的C波段通道经过滤和耦合至光探测器电路2740中的接收光探测器。
[0131] 相比之下，第二波长选择性MOTUS光引擎2715使用一阵列反射式滤波器2780联合反射式半导体光放大器(RSOA)元件2770以形成波长选择性共振腔，其中，所得的来自所述反射式半导体光放大器元件2770的高反射率平面的特定波长输出通过马赫泽德调制器2765耦合至所述波段滤波器电路2760以及其中所述光纤2750。来自反射式滤波器2780阵列的输出通过第二合路器电路2725结合并耦合至光探测器电路2740。所述收发器电路2700A中的光对准由第一至第四微机电系统致动器2730A至2730D提供，其中分别提供：
-第一合路器电路2720对准耦合至所述光探测器电路2740的光波导；
-第二合路器电路2725对准耦合至所述光探测器电路2740的光波导；
-耦合至第二波长选择性MOTUS光引擎2715的光波导与反射式半导体光放大器元件
2770之间的对准；以及
-反射式半导体光放大器元件2770的高反射率平面与耦合至所述马赫泽德调制器2765的光波导之间的对准。
-第一合路器电路2720对准耦合至所述光探测器电路2740的光波导；
-第二合路器电路2725对准耦合至所述光探测器电路2740的光波导；
-耦合至第二波长选择性MOTUS光引擎2715的光波导与反射式半导体光放大器元件
2770之间的对准；以及
-反射式半导体光放大器元件2770的高反射率平面与耦合至所述马赫泽德调制器2765的光波导之间的对准。
[0132] 例如，第一和第二合路器电路2720和2725使用树形结构的定向合路器波分复用器(WDMs)和/或马赫泽德干涉仪波分复用器、以及单至多模耦合器、阵列波导光栅(AWG)波分复用器等。所述光探测器电路2740可实施于与所述无源光波导、传输式和反射式波长滤波器、第一和第二波长选择性MOTUS光引擎2710和2715等相同的硅电路。所述光探测器电路2740包括用于在经过滤的C波段光信号上所接收数据的高速光探测器和用于L波段中来自反射式滤波器2780阵列输出的低速光探测器。另外，所述光探测器电路2740可以是相对于所述收发器电路2700A倒装芯片的磷化铟模具，可设有或不设有额外用于对准的致动器，该对准取决于所述光学光探测器的对准公差。所述反射式半导体光放大器元件2770可以是相对于所述收发器电路2700A倒装芯片的磷化铟模具。
[0133] 现在图27B示出了根据本发明一个实施例的这种可调4波长光网络单元，用于应用双波段收发器电路2700B、分别利用一对波长选择性MOTUS光引擎2710和2715来实现下一代无源光网络2的应用。如图所示，所述双波段收发器电路2700B接收1596-1603nm的下游(DS)波段信号，而传输1524-1544nm的上游(UP)波段信号。由此，网络连接通过包括定向合路器和下游/上游布拉格滤波器的光滤波器电路27010实现。所述下游波段信号通过第一波长选择性MOTUS光引擎2710和传输式光滤波器27070、经第一合路器电路27020A耦合并选择至第一光学光探测器27030A。所述上游波段信号经光滤波器电路27010耦合至网络，其中，所述光滤波器电路通过包括反射式半导体光放大器元件2770的可调光源而产生，所述可调光源设有第二波长选择性MOTUS光引擎2715以及布拉格反射式滤波阵列27080和波长锁定装置27060。可调光源已设于抽头耦合器27040中、通过马赫泽德调制器27050耦合至所述光纤电路27010。来自布拉格反射式滤波器阵列27080的输出通过第二合路器电路27020B耦合至第二光学光探测器27030B。
[0134] 同样，图27B示出了根据本发明一个实施例、双波段收发器电路2700B中的微机电系统光波导微定位器27090，所述微机电系统光波导微定位器设于输出光波导上的所述第一合路器电路27020A之间，并耦合至所述第二光学光探测器27030B。这种所述微机电系统光波导微定位器27090可实现所述光学光探测器27030B的倒装芯片安装的对准公差微定位，例如雪崩光电二极管(APD)，还可实现控制器反馈下的光功率管理以限制和/或避免雪崩光电二极管在双波导收发器电路2700B接收到的较高光功率下饱和。
[0135] 所述双波段收发器电路2700B中，所述光纤电路27010可替换为定向合路器。任何网络中反射的上游信号都通过所述抽头耦合器27040分流比以及所述马赫泽德调制器27050的双通过量损耗和所述双波段收发器电路2700B前端的双通过量损耗从收发器隔离。
其他收发器中，波分复用组件用于耦合上游/下游信号自/至所述收发器。
其他收发器中，波分复用组件用于耦合上游/下游信号自/至所述收发器。
[0136] 现在图28A示出了根据本发明一个实施例的可调4波长光网络单元，用于应用双波段收发器电路2800、分别利用一对波长选择性MOTUS光引擎2710和2715来实现下一代电信网络的应用，例如上文图27B中所述的内容。第一波长选择性MOTUS光引擎2710耦合至下游通道并提供波长过滤、而非耦合至单独雪崩光电二极管，波长过滤后的输出耦合至相连的接收器电路2820，所述接收器电路包括偏振分离器和用于将接收的光信号与本机振荡器混合的一对雪崩光电二极管，从而使相位和/或键入的频率数据降频转换。所述第二波长选择性MOTUS光引擎2715形成利用反射式布拉格光栅联合半导体光放大器和波长锁定装置的可调波长上游发送器的一部分，如图27B所示。然而，所述双波段收发器电路2800现在还包括第三波长选择性MOTUS光学引擎2810，所述第三波长选择性MOTUS光学引擎与反射式半导体光放大器2820和布拉格滤波器阵列2830结合，以提供可调波长光源2850、为相干接收器电路2820提供本机振荡器。
[0137] 现在图28B示出了根据本发明一个实施例的可调4波长光网络单元，用于下一代电信网络的应用、利用如图28A所说明和示出的双波段收发器电路2800的可调4波长光网络单元配置基本相同的双波段收发器电路2800B，不同之处在于它通过上游通道上的正交相移键控(QPSK)调制器2860和下游通道上的相干正交相移键控探测器电路2870支持双向正交相移键控电信。
[0138] 相比其他发送器和收发器中的其他可调波长激光器，所述本机振荡器应提供TE和TM偏振，从而偏振状态下的入射变化不会导致接收机信号减退，而本机振荡器和所接收的信号在偏振中成正交。这既可通过光波导/光栅联合半导体光放大器设计，也可通过利用偏振扰频器/旋转器来实现，例如，利用现有技术已知的双核波导。可选地，双偏振可用作双载体，从而双偏振传输可随着每个偏振利用正交相移键控(QPSK)进行编码而实现，例如，提供双偏振正交相移监控调制。
[0139] 现在图29A和29B分别示出了根据本发明实施例利用来自微机电系统致动器倾斜光束的直接波导耦合、依据用于波长选择性滤波器耦合机制的另一种波导的第一和第二波长选择性滤波器2900A和2900B。图29A和第一波长选择性滤波器2900A示出了关于本发明实施例、上文所讨论并说明的一阵列布拉格光栅2950。相比所述微机电系统反射镜，输入/输出波导2910变为无支撑波导2940并设于自由站立光束2930上、耦合至微机电系统致动器的致动光束2935，其中，微机电系统致动器分别包括第一和第二静电微机电系统致动器2920A和2920B，参见上文关于本发明实施例的说明。由此，第一和第二静电微机电系统致动器2920A和2920B的旋转分别使所述致动器光束2935和其中基于其枢轴旋转点的所述光束
2930旋转，为清晰说明，所述枢轴未示出。由此，波导2940的波导端平面旋转并对准其中一个布拉格光栅2950，其中，如本发明的其他实施例所述，利用反射式布拉格光栅结构将反射信号耦合回去。很明显，在本发明的其他实施例中，所述反射式布拉格滤波器可为在其距离微光机电系统结构的远端耦合至其他波导的传输式布拉格滤波器或可利用法布里珀罗滤波器。可选地，不利用波长选择性元件使所述结构作为1×N光开关。可选地，利用基于枢轴点适当定位的线性致动器来取代分别为旋转致动器的第一和第二静电微机电系统致动器
2920A和2920B。可选地，可利用单独致动器。
2930旋转，为清晰说明，所述枢轴未示出。由此，波导2940的波导端平面旋转并对准其中一个布拉格光栅2950，其中，如本发明的其他实施例所述，利用反射式布拉格光栅结构将反射信号耦合回去。很明显，在本发明的其他实施例中，所述反射式布拉格滤波器可为在其距离微光机电系统结构的远端耦合至其他波导的传输式布拉格滤波器或可利用法布里珀罗滤波器。可选地，不利用波长选择性元件使所述结构作为1×N光开关。可选地，利用基于枢轴点适当定位的线性致动器来取代分别为旋转致动器的第一和第二静电微机电系统致动器
2920A和2920B。可选地，可利用单独致动器。
[0140] 现在图29B和第二波长选择性滤波器2900B示出了关于本发明实施例、上文所讨论并说明的一阵列布拉格光栅2950。相比所述微光机电系统反射镜，输入/输出波导2980成为无支撑波导2990并设于自由站立光束2970上，所述自由站立光束耦合至利用旋转静电致动的微机电系统致动器2960，如上文关于本发明实施例所述。由此，所述静电微机电系统致动器2960的旋转使基于其枢轴点的自由站立光束2970旋转，为清晰说明，所述枢轴未示出。由此，波导2990的波导端平面旋转并对准其中一个布拉格光栅2950，其中，如本发明的其他实施例所述，利用反射式布拉格光栅结构将反射信号耦合回去。很明显，在本发明的其他实施例中，所述反射式布拉格滤波器可为在其距离微光机电系统结构的远端耦合至其他波导的传输式布拉格滤波器或可利用法布里珀罗滤波器。可选地，不利用波长选择性元件使所述结构作为1×N光开关。在第二波长选择性滤波器2900B中，为清晰说明，示出了未具有二氧化硅层的所述光波导。
[0141] 对于本领域技术人员来说显而易见，如图29A和29B分别所示的第一和第二波长选择性滤波器2900A和2900B可用于上文图1至28分别示出的关于接收器、发送器和收发器的所述微光机电系统光电路。
[0142] 现在图30示出了根据本发明一个实施例、利用用于波长选择性反射的微机电系统可调光栅3030的备选示例性微光机电系统光引擎3000。由此，在耦合至平面(二维)波导之前，输入/输出三维(3D)光波导3060耦合至/自短小平面波导区域，形成半圆形(SC)微机电系统3040的一部分，如上文关于本发明的实施例所述。所述半圆形微机电系统3040耦合至静电致动器3010，从而所述静电致动器3010的移动使得所述半圆形微机电系统3040绕着微机电系统锚部3010所定义的枢轴点旋转。然而，所述半圆形微机电系统3040的旋转使所述光栅3030旋转，从而调整反射回所述输入/输出光波导3060的波长，而不是利用所述半圆形微机电系统3040的旋转来调整输入/输出波导3060重新侧向成像至另一波导的点。很明显，所述半圆形微机电系统3040表面上的平面(二维)光波导中的光栅3030可为中阶梯光栅、阶梯光栅或利用多个具有偏移的分布式反射器的其他反射式光栅。
[0143] 可选地，所述光栅3030也可设于半圆形微机电系统3030的后表面上，而非平面波导本身中，这样可免去制造流程中额外的光刻和蚀刻程序。可选地，图30所说明和示出的所述微机电系统可调波长光栅光路由可用于本说明书中所说明和阐述的、用于波长选择性滤波(传输式或反射式)及光路由的其他微光机电系统光引擎。
[0144] 如上文图1-30所示的本发明实施例中，已对薄硅和/或氮化硅光波导进行了说明。但很明显的是，除其他技术如聚合物等，其他实施例还可利用较厚的硅或氮化硅或杨氮化硅波导技术；由此，可利用较厚的偏振无关光波导以及允许使用非热布拉格光栅。
[0145] 如图1至29B所示，上文主要从C波段/L波段运行的1550nm电信的角度对本发明实施例进行了说明，很明显，所实施的其他实施例可包括那些支持S波段、波段分离的单一C波段、波段分离的单一L波段的1310nm电信运行，以及O波段运行和/或其组合。
[0146] 如图所示，在上述本发明实施例中，很明显，在所示半圆形微机电系统反射镜和其余光电路之间设有空气间隙，从而所述半圆形微机电系统反射镜可自由旋转。然而，一旦波长已设定，通常在这一波长上会保持很长一段时间，因此免去这一要求以维持静电致动可能是有益的。由此，在本发明实施例中，所述半圆形微机电系统反射镜与线性致动器联合使用将所述半圆形微机电系统反射镜推向波导，这样可以减小或去除所述间隙从而使得摩擦力将所述半圆形微机电系统反射镜留在原位。
[0147] 在本发明其他实施例中，所述半圆形微机电系统的上表面可形成特性：在MOTUS光波导部分的上表面上形成与这些特性相反的形状。例如，这些特性的形成可使用沉积在这些表面的金属同时在牺牲材料例如聚对二甲苯中填充空气间隙，使得半圆形微机电系统反射镜或光波导部分上的其中一个特性可从光侧壁上向前突出。以这种方式，在线性致动器的作用下，半圆形微机电系统反射镜向前移动，然后这些特性通过其对准特性和几何形状来对准所述半圆形微机电系统反射镜。因此这些特性可用于限制所述半圆形微机电系统反射镜随后的侧向/旋转移动。
[0148] 在本发明其他实施例中，所述半圆形微机电系统反射镜可闩锁设置一次于适当的位置。例如，这种闩锁可由形成侧向致动器一部分的闩锁机制提供，或可选地通过耦合另一种微机电系统结构至所述半圆形微机电系统反射镜来实现。例如，这种耦合可以是形成于所述半圆形微机电系统反射镜上或邻近的微机电系统的变型，将一个特性定位于所述半圆形微机电系统反射镜的垂直表面或所述半圆形微机电系统的侧壁。已知所述半圆形微机电系统反射镜相对一系列中的一个预设位置旋转，以对准包括波长选定性传输式或反射式结构的波导，这些用于闩锁所述半圆形微机电系统反射镜的特性可设于预设位置。
[0149] 在本发明其他实施例中，一旦所述半圆形微机电系统反射镜对准适当的波导，则夹持闩锁致动器可夹持住使所述半圆形微机电系统反射镜旋转的静电致动器。
[0150] 在如上图所示的本发明实施例中，对本领域技术人员显而易见的是，这些都是特定的非限制性实施例。尽管如此，在本发明其他实施例中：-所述布拉格光栅可用于过滤进入光电路和/或光系统其他部分的向前传输信号；
-所述布拉格光栅可用于反射预设部分并传输其余信号；
-通过微机电系统选定的包括在波导中的光滤波器可用除布拉格光栅以外的其他元件代替：例如，法布里珀罗腔体、环形谐振器、光子晶体等。
-光滤波器可基于光栅，例如中阶梯和阶梯光栅；
-所述半圆形微机电系统反射镜和/或所述光电路可耦合至自由空间光系统而非波导光电路元件；
-所述半圆形微机电系统反射镜可扫描光信号；
-所述布拉格光栅可利用除包层调制第一阶光栅以外的其他技术形成，这些技术包括但不限于波导宽度变化、不同光学材料、掺杂、离子注入和光致折射率变化；
-所述布拉格光栅可统一、采样、变迹、啁啾和倾斜。
-所述布拉格光栅可用于反射预设部分并传输其余信号；
-通过微机电系统选定的包括在波导中的光滤波器可用除布拉格光栅以外的其他元件代替：例如，法布里珀罗腔体、环形谐振器、光子晶体等。
-光滤波器可基于光栅，例如中阶梯和阶梯光栅；
-所述半圆形微机电系统反射镜和/或所述光电路可耦合至自由空间光系统而非波导光电路元件；
-所述半圆形微机电系统反射镜可扫描光信号；
-所述布拉格光栅可利用除包层调制第一阶光栅以外的其他技术形成，这些技术包括但不限于波导宽度变化、不同光学材料、掺杂、离子注入和光致折射率变化；
-所述布拉格光栅可统一、采样、变迹、啁啾和倾斜。
[0151] 在如上图1所示的本发明实施例中，对于本领域技术人员很明显的是，这些实施例的说明都与特定配置有关。但在本发明其他实施例和可调波长发送器、接收器和收发器中，所述布拉格光栅可为：-所述设备串联波长；
-伪随机顺序；以及
-根据预设波长计划；
-伪随机顺序；以及
-根据预设波长计划；
[0152] 在如上图所示的本发明实施例中，对本领域技术人员显而易见的是，这些都是特定的非限制性实施例。尽管如此，在本发明其他实施例中：-利用多个半圆形微机电系统反射镜元件增加角度范围；
-利用成对的半圆形微机电系统反射镜元件来选定/不选定光设备不同部分的特定波长；
-利用平面波导中额外的光元件；
-准直/聚焦传输式光栅；
-准直/聚焦反射式光栅；
-偏振镜；
-耦合至多个通道波导的多个光放大器；
-加工的波导透镜；
-指数感应波导透镜；
-波导菲涅耳透镜；以及
-子波长尺寸范围内、通过机械变型所调整的材料的其他可变光性能可用于例如光学透明介质而产生的压缩后回升、膨胀、变形等。
-利用成对的半圆形微机电系统反射镜元件来选定/不选定光设备不同部分的特定波长；
-利用平面波导中额外的光元件；
-准直/聚焦传输式光栅；
-准直/聚焦反射式光栅；
-偏振镜；
-耦合至多个通道波导的多个光放大器；
-加工的波导透镜；
-指数感应波导透镜；
-波导菲涅耳透镜；以及
-子波长尺寸范围内、通过机械变型所调整的材料的其他可变光性能可用于例如光学透明介质而产生的压缩后回升、膨胀、变形等。
[0153] 在如上图所示的本发明实施例中，对本领域技术人员显而易见的是，这些都是特定的非限制性实施例。尽管如此，在本发明其他实施例中：-氟化聚合物可用于抗反射涂层的波导空气间隙平面；
-氮化硅芯波导中的布拉格光栅可为非热或明显减少热波长位移的成品，并且-所述MOTUS光引擎可设计成在预设高温下运行，以免去组件包装内的冷却要求-所述MOTUS光引擎可包装好并设有外部加热器，以确保它在所需高温范围内运行。
-所述MOTUS光引擎设计成在预设高温下运行，可利用增益元件或结合外部加热器达到散热要求。
-氮化硅芯波导中的布拉格光栅可为非热或明显减少热波长位移的成品，并且-所述MOTUS光引擎可设计成在预设高温下运行，以免去组件包装内的冷却要求-所述MOTUS光引擎可包装好并设有外部加热器，以确保它在所需高温范围内运行。
-所述MOTUS光引擎设计成在预设高温下运行，可利用增益元件或结合外部加热器达到散热要求。
[0154] 以上说明中给出了特定元件，以便透彻地理解本实施例。然而，需要了解的是本实施例可在缺少这些特定元件的情况下实施。例如，电路可在框图中示出，以免不必要的元件混淆对本实施例的理解。在其他示例中，未示出公知的电路、工艺、算法、结构和技术的不必要元件，以免混淆本实施例。
[0155] 上述所公开的本发明示例性实施例用于例证和说明，而非旨在全部囊括或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述公开说明，本文所述实施例的多种变型和修改对本领域普通技术人员是显而易见的。本发明的范围仅由所附的权利要求书及其等效内容来定义。
[0156] 此外，在说明本发明代表性实施例的过程中，本说明书可能已经给出本发明的方法和/或工艺作为特定的步骤顺序。尽管如此，在某种程度上所述方法或工艺不依赖于本文所给出的特定步骤顺序，所述方法或工艺不应限于所述的特定步骤顺序。根据本领域普通技术人员的理解，可采用其他步骤顺序。因此，本说明书中给出的特定的步骤顺序不应形成对权利要求书的限制。此外，涉及本发明方法和/或工艺的权利要求书不应限于本文所述的实施步骤顺序，并且本领域技术人员应清楚，所述顺序可以改变，但仍然包括在本发明的精神和范围内。
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