CN1222794C - 光信号耦合到不同晶片上的未对准波导 - Google Patents

光信号耦合到不同晶片上的未对准波导 Download PDF

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Abstract

一种成像装置技术，用于把第一晶片上的第一波导与第二晶片上的第二波导对准。若第一晶片与第二晶片互相正交，则自适应成像装置用在第一波导和第二波导上。在一个实施例中，我的成像装置用于N×N光交叉连接，它是利用正交对接N个连接器的输入和输出平面型阵列构成的。若N不是太大，则最佳结构仅仅涉及两级树，每级树包含一个自适应成像装置，在不需要精确对准的条件下，允许输入树和输出树直接地连接在一起。

Description

光信号耦合到不同晶片上的未对准波导
相关主题公开在我以前的申请中，其名称为：″large N×N opticalswitch using binary trees″，系列号为09/653,449，200年10月11日申请，转让给了同一受让人。
技术领域
本发明涉及光波导的互连，具体涉及光信号耦合到位于不同晶片上的未对准波导的技术。
背景技术
在高容量的光网络中，一种重要的器件是N×N交叉连接接线器。这种接线器的功能是在每个节点处给几条输入光纤提供完全的连通性，每条光纤传输几个波长信道[1-6]。(请注意，在这个说明书中，参考另一个文献是用方括号中的数字表示的，用于识别它在附录的参考文献目录中的位置)在我以上标识的有关专利申请中，实现N×N纵横接线器的技术是在没有光纤连接的条件下把正交组的平面型接线器直接地连接在一起。这种技术可用于设计N×N接线器，它利用图1中所示经典的纵横制装置。N×N纵横接线器装置的基本目的是在没有波导交叉的条件下形成总数为N2条路径。在操作中，通过激活N条特定的路径和同时阻塞其余的路径，该装置实现N个输入与N个输出之间的交换连接。N2条路径是由两组平面型接线器产生的，安排成直接连接在一起的输入块和输出块阵列，如图1所示，两块之间旋转了90度。N个输入接线器中的每个接线器连接到所有N个输出接线器，而N个输出接线器中的每个接线器连接到所有N个输入接线器。N个接线器的输入和输出平面型阵列是完全相同的，它们是在没有波导交叉的集成形式下实现的。
以上装置的困难是，它要求输入在接合面上的与输出阵列之间的在接合面上有精确的对准。
发明内容
按照本发明，我克服上述的困难是利用自适应成像技术以减小激活路径上对准误差。该装置还可以减小串音，因为它可以设计成大大减小串音路径上传输的一种交换装置。
在一个实施例中，N×N交叉连接是利用正交对接平面型接线器阵列构成的。若N不是太大，则最佳结构仅仅涉及两级平面型接线器，每级包含一个自适应成像装置，在不需要精确对准的条件下，可以把输入接线器和输出接线器直接地连接在一起。
更一般地说，我的自适应成像装置可以把第一晶片上的第一波导与第二晶片上的第二波导对准。通常，未对准发生在第一晶片的平面上和在正交方向。所以，有效的校正通常要求两个晶片大致互相正交，且需要两个自适应成像装置，每个晶片上各有一个成像装置。因此，可以利用我的自适应成像装置技术使位于不同晶片上的两个波导之间有最大的耦合，或者，更一般地说，位于对接晶片两个阵列上的两个波导阵列之间有最大的耦合。该装置还可以设计成一种交换器件，能够在有指定信号通过它时有最大的传输，还能在仅有串音路径通过它时有最小的传输。
按照我的发明，公开一种用于两个或多个波导互连的设备，它包括：
有第一光成像器件的第一平面型晶片，用于有选择地把第一光波导上的信号会聚到第一焦点，第一焦点位于沿第一晶片上一个边缘的预定第一图像错位间隔；
位于第二平面型晶片上的第二波导，第二晶片有与第一晶片上该边缘形成一个接合连接的对接边缘，第二晶片包含一个光成像器件，用于有选择地把第二光波导上的信号会聚到一个焦点，该焦点位于沿第二晶片上对接边缘的预定第二图像错位间隔，第一晶片的图像错位间隔与第二晶片的图像错位间隔相交；和
其中第一光成像器件和第二光成像器件中的每个成像器件响应于控制信号，把它们各自的焦点与接合连接对准，从而使第一光波导到第二光波导有最大的信号耦合。
按照本发明的另一个方面，光波导互连设备可以安排成N×N光交叉连接设备，它包括：
第一种多个第一平面型晶片，每个第一晶片包含连接到1×N接线器的输入光波导，该接线器中N个输出波导中的每个波导有一个光成像器件，用于有选择地耦合信号到一个焦点，该焦点位于沿第一晶片上对接边缘的预定的第一图像错位间隔，从而形成图像错位间隔的第一阵列，每个间隔对应于特定第一晶片上的特定输出波导；
第二种多个第二平面型晶片，每个第二晶片包含连接到输出光波导的N×1接线器，该接线器中N个输入波导中的每个波导有一个光成像器件，用于有选择地耦合该光波导到一个输入焦点，该焦点位于沿所述第二晶片上对接边缘的预定的第二图像错位间隔，从而形成图像错位间隔的第二阵列，每个间隔对应于特定第二晶片上的特定输入波导；
其中多个第一晶片和多个第二晶片基本上是互相正交地对接，从而在它们之间形成相交连接的网格，且其中第一阵列的每个第一图像错位间隔与第二阵列的对应第二图像错位间隔相交；和
其中产生一对相交图像错位间隔的每对光成像器件响应于控制信号以对准它们各自的焦点，从而允许光信号从第一光成像器件耦合到所述一对光成像器件中的第二光成像器件。
按照本发明的另一个方面，公开一种操作互连光波导设备的方法，它包括以下步骤：
把第一平面型晶片的第一边缘与第二平面型晶片的第二边缘对接，第一晶片有第一光成像器件，用于有选择地把信号耦合第一焦点，第一焦点位于沿第一晶片上第一对接边缘的第一预定图像错位间隔；而第二平面型晶片有第二光成像器件，用于有选择地把信号耦合第二焦点，第二焦点位于沿第二晶片上第二对接边缘的第二预定图像错位间隔，从而使它与第一晶片上第一对接边缘的所述第一预定图像错位间隔重叠；和
有选择地操作第一光成像器件和第二光成像器件中至少一个成像器件，能使第一焦点与第二焦点对准，从而可以在第一光成像器件与第二光成像器件之间耦合光信号。
附图说明
在附图中，
图1表示利用两个正交组的平面连接器实现N×N纵横接线器(crossbar switch)的方框图。
图2表示第一个实施例中r＝3波导的成像装置。
图3表示利用两个径向阵列组合成三个波导的有效成像装置实现图2中的装置。
图4表示图3的有效成像装置中计算损耗与对准错位的关系曲线，其中r＝2，3。
图5表示在图1中两个正交平面型接线器连接处的对准错位δx，δy。
图6表示利用图3中成像装置的图1的两个正交平面型接线器。
图7表示带反射边界的两个平板部分的成像装置。
图8表示图7装置中计算损耗与对准错位之间的关系。
在以下的描述中，不同附图中相同的元件标志代表相同的元件。此外，在元件的标志中，第一个数字代表该元件第一次出现的图号(例如，102第一次出现在图1中)。
具体实施方式
按照本发明，利用形成的1×N和N×1平面型接线器，例如，利用1×2元件和2×1元件的二进制树，描述N×N光交叉连接的结构。若N不太大，则最佳结构仅仅涉及两级树，每级树包含一个自适应成像装置，在不需要精确对准的条件下，允许输入树和输出树直接地连接在一起。在N较大的情况下，可以利用包含较多级的类似结构。在所有的情况下，该装置的特征是有最小的损耗和串音。请注意，虽然在描述1×N和N×1平面型接线器时，例如，利用1×2元件和2×1元件的二进制树，还可以利用其他已知类型的1×N和N×1平面型接线器。
参照图1，这种技术的描述是用在利用经典纵横制装置的N×N接线器设计中。N×N纵横接线器装置的基本目的是，形成没有波导相交的总数为N2条路径。在操作中，通过激活N条特定的接线器路径并同时阻塞其余的接线器路径，该装置实现N个输入端，I1-IN，与N个输出端，O1-ON，之间接线器的连接。N2条路径是由两组平面型接线器产生的，安排成输入块阵列101和输出块阵列102在接合面103处直接地连接在一起，如图1所示两块阵列之间旋转了90度。当N个输入接线器中的每个接线器连接到所有N个输出接线器，并且N个输出接线器中的每个接线器连接到所有N个输入接线器时，在接合面103处形成了多个接合连接(junction connection)。N个接线器的输入和输出平面型阵列是完全相同的，它们可以在没有波导交叉的集成形式下实现。利用没有波导交叉的1×2元件和2×1元件的二进制树，分别形成输入1×N平面型接线器105和输出N×1平面型接线器106。每个1×2元件和2×1元件104分别受控制信号(未画出)的控制。输入和输出平面型接线器阵列是完全相同的，它们可以在没有波导交叉的集成形式下实现。没有波导交叉简化和改进了每个平面型接线器的设计，利用当代的技术可以实现N＝64的平面型接线器，其中的串音可以忽略，且损耗接近于5dB。
图1中装置的主要困难是，它要求在整个接合面103上输入接线器阵列101与输出接线器阵列102之间有精确的对准。按照本发明，为了减小对准误差，在接合面103附近的每条路径上包含一个完成可变成像的自适应装置。
参照图2，成像装置200包括：光信号分路器201，它由波导路径阵列202连接到成像部分203。聚焦部分203在P处产生模式的滤波像，该模式是由通过波导210接收的输入光信号产生的。除了可能一个特定波导以外的每个波导路径202包含一个波导长度调节器204，在控制信号205的控制下，控制它各自的波导长度。由于所有的波导长度调节是相对于特定的参考波导，一般地说，参考波导不需要波导长度调节器。例如，若波导202的数目是奇数，则参考波导可以是中心波导，如图3所示。若波导202的数目是偶数，则在中心位置之上或之下仅仅一个参考波导不需要波导长度调节器204。因此，若波导的数目是r，则波导长度调节器的数目是r-1。
回到图2中的例子，在不同的方向上改变中心波导之上或之下所有波导长度一个预定的量，可以改变输出光信号的焦点F。这些波导调节是由控制信号205完成的，其结果是，可以在离正常焦点位置F的任何一个方向上改变焦点位置P一个δ量。控制单元，未画出，存储给各个波导长度调节器204提供正确调节所需的控制信号值205，从而能给成像装置200的全部所需工作状态合适地安排焦点位置F。
成像装置200的特征是有两个主要的工作状态，分别产生最大传输和最小传输。如图2所示，把焦点P对准到接收路径206，就得到最大光传输(第一状态)；若产生的焦点P与接收路径206有较大的错位，则得到最小传输(第二状态)。因此，当该装置被激活路径通过时，利用第一状态使对准误差最小；当该装置处在空闲状态时，第二状态用于阻塞传输，所以，它仅仅接收串音。
我们注意到，波导长度调节器204可以改变构成阵列的各个波导202之间的光程长差。波导长度调节器204按照熟知的方式工作，例如，利用光电效应，或利用适当加热器产生的局部温度变化。因此，可以改变图像的位置，这个变化δ的宽度约为(r-1)W，其中W是图像(图4的401)的宽度，r是波导的数目。
参照图3，利用密排波导(间隔a和间隙s)的两个径向阵列303，304连接的两块平板301，302，其中波导臂305把两个径向阵列303，304连接在一起，可以有效地实现以上图2中的成像装置[7-9]。然后，安排输入波导306在第一阵列303的焦点307处，在第二阵列的焦点F附近产生其图像。与焦点之间的图像错位δ是由r个波导(303，304，305)的光程长差确定的。在参考文献[7，8]中采用类似的装置构造波长路由器，它是利用非零级波导光栅制成的，产生与波长有关的图像错位。然而，此处必须是零级，因为错位必须与波长无关以获得很好的近似。
如在参考文献[7，8]中所说明的，图3成像装置的目的是把输入波导模转变成在图像位置P处的输出复制品，该位置P与输出焦点F之间的错位为δ。实际上，图像不是波导模的准确复制品，这就产生实际图像与所需复制品之间耦合系数确定的失配损耗。如在参考文献[9]中所说明的，通过优化波导阵列308使失配损耗最小，若波导数目很大且它们之间是紧密排列的，在与输出平板302连接处的各个纤芯之间的间隙s很小，则其效率接近于1。然而，在我们的这个申请中，重要的是减小控制的数目r-1，所以我们选取r＝2，3。
图4表示图3的优化成像装置中典型的计算损耗与对准错位δ之间的关系曲线，其中r＝2，3。图4还表示错位为δ的两个波导的耦合损耗变化，δ用微米表示。在此情况下，在损耗不超过1dB的条件下，两个波导可以容许的最大错位δ为
        δ＝1.4微米                (1)
而我们的成像装置允许很大的偏差，
        r＝2，    则δ＝3.7微米
        r＝3，    则δ＝5.6微米    (2)
我的成像装置可允许偏差的增大可以大大减小图5中所示的路径对准问题δx，δy。
图5表示图1中两个正交平面型接线器500和501连接处的对准错位δx，δy。在这个装置中，每条路径是由一对正交平面形成的，这正交两个平面必须以形成该路径的两个波导502与503之间的最小错位连接在一起。图5中两个波导502和503连接处的耦合损耗是由两个正交错位δx，δy造成的，必须利用两个正交成像装置给以校正。所以，图5中的总损耗是图4中损耗(一个装置)的两倍(我们需要两个装置)。
图6表示采用图3中成像装置的两个图1中典型的正交平面型接线器500和501。两个波导502和503的成像装置分别是用601和602表示，平面型接线器500和501中其他路径的成像装置分别以方框图形式603和604表示。
回到图5，至此我们已考虑通过连接信号路径502和503的损耗，必须减小这种损耗。对于分别是平面型接线器500和501的所有其他路径505和506，其中没有建立信号路径，基本的损耗来自元件104的消光比。一般地说，需要增大这种损耗，图5的重要特征是，通过恰当地选取成像装置603和604的控制信号，可以容易地获得这种增大使其损耗最大。唯一的缺点是增加了控制算法的复杂性。图6中成像装置603和604的路径505和506的计算消光比增大通常超过优化设计的20dB。我们还注意到，加工误差一般地说在图1中N条激活路径造成不同的损耗。可能要求均衡这些损耗或至少减小这些最大值与最小值之差，而不是把每条路径的损耗减至最小。很清楚，只要调整有较大损耗激活路径的控制，以便增大低于规定的可接受损耗的所有损耗，就可以实现这个目的。
参照图3，成像部分302造成以上的损耗是主要的。可以按照如下减小这些损耗。为了简单化，考虑r＝2。成像部分302的损耗最好是通过反向传输导出，并确定从离焦点错位为δ的波导发射到r个臂的功率。r＝2的损耗包含两个分量。一个分量是因为仅仅一部分功率发射到两个臂701和702，另一个分量是因为功率不是均匀地发射到这两个臂。在图7的成像平板中引入反射边界704和705可以减轻这两个问题。成像平板包括与抛物线部分704组合的平直部分705。以上图3装置中损失的部分功率现在被反射边界704和705重新引向接收波导701和702，图8表示典型的结果。与图4比较，我们可以看到，损耗大大地减小了。具体地说，以上在r＝1和δ＝3.7情况下的1dB损耗减小到约0.5dB。
在图1的N×N纵横接线器中利用以上的成像装置技术可以消除波导交叉和简化每个平面型接线器的实现，由于接线器元件104不再要求高的消光比。这是因为在1×N二进制树101或N×1二进制树102中每个叶子处的成像装置给出高的(通常大于20dB)消光比。此外，现在可以实现大曲率的波导弯曲，由于不存在波导交叉，就不需要很小的旋转角。其结果是，通常需要很小的有效折射率差Δn以简化加工和提高效率。因此，我们在以上的例子中假设Δn/n＝0.0025。实际的折射率差较大，约为0.004。
如上所述，在我以上提到的专利申请中描述的N×N纵横制光接线器装置中可以利用这种成像装置。这种组合优于参考[4]中的装置。后者的装置需要2 N级，在N＝16的情况下，总长度约为66cm。而本装置仅需要2 log N级，且其特征是较低的损耗和较低的串音。例如，对于每级平均损耗为小于0.2dB的情况，全部损耗主要是由连接损耗造成的，在N＝64的情况下，它应当小于5dB。可以实现的最大N是由连接平面上多个波导形成的矩形阵列的间隔H(图1所示)确定的。选取间隔为1mm，在N＝64的情况下，总宽度(N-1)H是6.4cm，很容易制作在6英寸的晶片上。
注意到，图3中δ确定的所需路径长度差是很小的，若图像形成在焦点P处，则它必须等于零。为了满足这个条件，图3中的波导装置是由两部分构成的，如参考文献[10]所说明的，它们有相反的路程差，在δ＝0的情况下，实际结果是零程差。
以上的讨论是涉及在没有光纤互连的情况下直接地连接两个正交组平面型晶片的问题，在它们的连接处形成连接每个晶片到所有其他晶片的路径阵列(图1)。根据以上的讨论，我们清楚地知道，我的技术也可应用于连接形成在不同晶片上的两个波导(例如，图6)。此外，我的技术也可应用于把有N个光成像器件的第一晶片直接地连接到N个第二平面型晶片的正交组，它形成一个线性阵列连接，把第一晶片上N个光成像器件中的每个光成像器件连接到N个第二平面型晶片的正交组中不同第二晶片上的一个光成像器件。图1表示这种情况，其中晶片105连接到阵列102的N个晶片中的每个晶片。如图1所示，我的自适应成像装置技术用于N个平面型接线器晶片的两个正交组，这些晶片形成N×N纵横接线器。然而，应当明白，N个平面型晶片的两个正交组中的每一组不必限制于二进制接线器光路，一般地说，平面型晶片可以包括其他类型的光路，它们有必须互连的N个光波导。此外，每组N个平面型晶片中的每个平面型晶片不必包含相同类型的光路，而是可以包含不同类型的光路。因此，我的自适应成像装置技术不局限于接线器应用，而是更普遍地可用于单个波导之间，波导的线性阵列之间，或二维波导阵列之间的光互连。
在所有上述的应用中，我的自适应成像装置技术可用于减小对准误差。一般地说，这些误差发生在第一晶片平面和在正交方向上。所以，有效的校正通常要求两个晶片大致互相正交，并需要两个自适应成像装置，每个晶片上有一个成像装置。
附录
参考文献
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Claims (21)

1.一种用于两个或多个光波导互连的设备，包括：
有第一光成像器件的第一平面型晶片，用于有选择地把第一光波导上的信号会聚到第一焦点，第一焦点位于沿第一晶片上一个边缘的预定第一图像错位间隔；
位于第二平面型晶片上的第二波导，第二晶片有与第一晶片上该边缘形成一个接合连接的对接边缘，第二晶片包含一个光成像器件，用于有选择地把第二光波导上的信号会聚到一个焦点，该焦点位于沿第二晶片上对接边缘的预定第二图像错位间隔，第一晶片的图像错位间隔与第二晶片的图像错位间隔相交；和
其中第一光成像器件和第二光成像器件中的每个成像器件响应于控制信号，把它们各自的焦点与接合连接对准，从而使第一光波导到第二光波导有最大的信号耦合。
2.按照权利要求1的光波导互连设备，其中在合适信号的控制下，第一光成像器件和第二光成像器件一起工作成为交换器件，可以大大减小第一光波导到第二光波导之间的信号耦合。
3.按照权利要求1的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包括：信号分路器，成像器件，和连接分路器到成像器件的波导阵列，这里至少除了一个波导以外的所有波导都包含一个波导长度调节器，其中每个波导长度调节器响应于控制信号，改变它的长度以改变第一光成像器件的焦点。
4.按照权利要求3的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含两个波导。
5.按照权利要求3的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含三个波导。
6.按照权利要求1的光波导互连设备，还包括：
与第二晶片对接的多个第一平面型晶片，因此，每个第一晶片上每个对接边缘与第二晶片的一个边缘对接，从而形成多个接合连接；
其中每个第一晶片包含第一光成像器件，用于有选择地耦合来自光波导的信号到一个焦点，该焦点位于沿第一晶片上对接边缘的预定第一图像错位间隔，该第一图像错位间隔的位置是这样的，它包含与第二晶片形成的一个所述接合连接；
所述第二晶片包含多个第二光成像器件，每个第二成像器件有选择地耦合第二晶片上的光波导到位于沿预定的第二图像错位间隔的信号焦点，该第二图像错位间隔是在第二晶片的对接边缘上以包含与一个所述第一晶片的接合连接，因此，每个第一光成像器件与第二晶片上特定的第二光成像器件形成一对光成像器件；和
其中具有相交图像错位间隔的所述一对光成像器件中的每个成像器件响应于控制信号以对准它们各自的焦点，从而增大从第一光成像器件到所述一对光成像器件中第二光成像器件的光信号耦合。
7.按照权利要求6的光波导互连设备，其中与同一个接合连接重叠的每对光成像器件一起工作成为交换器件，可以大大减小该器件的传输，从而减小该器件在没有被指定信号通过时的串音。
8.按照权利要求6的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包括：信号分路器，成像器件和连接分路器到成像器件的波导阵列，至少除了一个波导以外的所有波导都包含一个波导长度调节器，其中响应于控制信号，每个波导长度调节器改变它的长度以改变所述光成像器件的焦点。
9.按照权利要求8的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含两个波导。
10.按照权利要求8的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含三个波导。
11.按照权利要求1的光波导互连设备，还包括：
与多个第二晶片对接的多个第一平面型晶片，因此，每个第一晶片上的每个对接边缘与第二晶片上的所有边缘对接，从而形成多个接合连接；
其中每个第一晶片包含一个光成像器件，用于有选择地耦合来自光波导的信号到一个焦点，该焦点位于沿第一晶片上对接边缘的预定的第一图像错位间隔，该第一图像错位间隔的位置是这样的，它包含与第二晶片的一个接合连接；
每个所述第二晶片至少有一个光成像器件，用于有选择地耦合来自位于沿预定的第二图像错位间隔的一个焦点的信号，该第二图像错位间隔是在第二晶片的对接边缘上以包含与第一晶片的接合连接，因此，第一晶片上的每个光成像器件与第二晶片上对应的光成像器件接合连接形成一对相连接的光成像器件；和
其中与相交图像错位间隔相连接的所述一对相连接的光成像器件中的每个光成像器件响应于控制信号以对准它们各自的焦点，能使来自第一光成像器件的光信号耦合到所述一对光成像器件中的第二光成像器件。
12.按照权利要求11的光波导互连设备，其中与同一个相交连接重叠的每对光成像器件一起工作成为交换器件，可以大大减小该器件的传输，从而减小该器件在没有被指定信号通过时的串音。
13.按照权利要求11的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包括：信号分路器，成像器件和连接分路器到成像器件的波导阵列，至少除了一个波导以外的所有波导都包含一个波导长度调节器，其中响应于控制信号，每个波导长度调节器改变它的长度以改变第一光成像器件的焦点。
14.按照权利要求13的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含两个波导。
15.按照权利要求13的光波导互连设备，其中至少一个光成像器件包含三个波导。
16.按照权利要求1的光波导互连设备，它安排成N×N光交叉连接设备，包括：
第一种多个第一平面型晶片，每个第一晶片包含连接到1×N接线器的输入光波导，该接线器中N个输出波导中的每个波导有一个光成像器件，用于有选择地耦合信号到一个焦点，该焦点位于沿第一晶片上对接边缘的预定的第一图像错位间隔，从而形成图像错位间隔的第一阵列，每个间隔对应于特定第一晶片上的特定输出波导；
第二种多个第二平面型晶片，每个第二晶片包含连接到输出光波导的N×1接线器，该接线器中N个输入波导中的每个波导有一个光成像器件，用于有选择地耦合该光波导到一个输入焦点，该焦点位于沿所述第二晶片上对接边缘的预定的第二图像错位间隔，从而形成图像错位间隔的第二阵列，每个间隔对应于特定第二晶片上的特定输入波导；
其中多个第一晶片和多个第二晶片是互相正交地对接，从而在它们之间形成相交连接的网格，且其中第一阵列的每个第一图像错位间隔与第二阵列的对应第二图像错位间隔相交；和
其中产生一对相交图像错位间隔的每对光成像器件响应于控制信号以对准它们各自的焦点，从而允许光信号从第一光成像器件耦合到所述一对光成像器件中的第二光成像器件。
17.按照权利要求16的N×N光交叉连接设备，其中具有相交图像错位间隔的每对光成像器件一起工作成为交换器件，可以大大减小该器件的传输，从而减小这两个器件在没有被指定信号通过时的串音。
18.按照权利要求16的N×N光交叉连接设备，其中至少一个光成像器件包括：信号分路器，成像器件和连接分路器到成像器件的波导阵列，这里至少除了一个波导以外的所有波导都包含一个波导长度调节器，其中响应于控制信号，每个波导长度调节器改变它的长度以改变第一光成像器件的焦点。
19.按照权利要求18的N×N光交叉连接设备，其中至少一个光成像器件包含两个波导。
20.按照权利要求18的N×N光交叉连接设备，其中至少一个光成像器件包含三个波导。
21.一种操作光波导互连设备的方法，包括以下步骤：
把第一平面型晶片的第一边缘与第二平面型晶片的第二边缘对接，第一晶片有第一光成像器件，用于有选择地把信号耦合第一焦点，第一焦点位于沿第一晶片上第一对接边缘的第一预定图像错位间隔；而第二平面型晶片有第二光成像器件，用于有选择地把信号耦合第二焦点，第二焦点位于沿第二晶片上第二对接边缘的第二预定图像错位间隔，从而使它与第一晶片上第一对接边缘的所述第一预定图像错位间隔重叠；和
有选择地操作第一光成像器件和第二光成像器件中至少一个成像器件，能使第一焦点与第二焦点对准，从而可以在第一光成像器件与第二光成像器件之间耦合光信号。
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