[發明專利]光注入全內反射型1×N全光光開關列陣

無效

• 申請號: 00122310.0
• 申請日: 2000-07-27
• 公開（公告）號: CN1279406A
• 公開（公告）日: 2001-01-10
• 發明（設計）人: 江曉清;楊建義;王明華
• 申請（專利權）人: 浙江大學半導體光電子技術與系統研究所
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35
• 代理公司: 浙江高新專利事務所
• 代理人: 崔勇才

本發明涉及一種開關列陣，特別是全內反射型1×N全光光開關列陣。

全光光開關列陣是光纖通信網絡不可少的關鍵器件，尤其是在寬帶全光交換網絡和未來的光子集成回路中。目前，常見的全內反射型1×N開關列陣基本單元是由直通光波導、偏轉光波導和電流注入區構成，其結構為樹形，這種開關列陣在注入區由于采用電流注入，發熱較嚴重，其載流子壽命一般為微秒量級，使開關速度受限制；在各輸出端由于需通過全反射次數不同，易造成各輸出端的輸出光強度不均勻，串音較大，器件長度也較長。如采用鏡面反射和Bragg反射型全反射結構構成無阻塞光開關列陣時網絡拓撲結構復雜，而且制作工藝較難。

本發明的目的是提供一種發熱小的輸出光強度均勻的全內反射型1×N全光光開關列陣。

本發明的目的是通過下述措施實現的：它的基本單元是由直通光波導、偏轉光波導和注入區構成，結構特征是：在直通光波導兩側交替設置非對稱Y分叉的偏轉光波導，作為輸出端構成形狀像“麥穗”形的開關列陣；所述注入區為光注入區，在直通光波導與所有偏轉光波導的分叉處分別設置光注入區，當光注入某一光注入區時能使直通光波導內的傳輸光發生全反射，并射入到該處的偏轉光波導內，達到光開關的功能。

本發明具有以下的特點：

1．由于采用了光注入區，因光脈沖有效光能量是毫焦耳量級，并只需一個注入區注入，所以發熱極小；

2．因光注入式光開關的速度主要取決于光生載流子復合壽命，利用外加偏壓輔助方法能使光注入式光開關速度達到納秒量級；

3．由于直接采用了在直通光波導兩側交替制作非對稱Y分叉的偏轉光波導為輸出端，整體形狀像“麥穗”形，這樣每個輸出端只經過一次傳輸光全內反射，所以輸出端的輸出光強度均勻性好，串音低；

4．“麥穗”形結構易擴展輸出端口，尺寸小易于集成，便于發展基片混合集成型的全光光開關器件；

5．光注入方法可推廣到X結、網格等結構的全內反射型光開關列陣。

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是光開關單元的結構示意圖。

實施例??參照圖1、圖2

1．根據平面光波導理論和有效折射率法，按照附圖的結構設計單模光波導列陣，采用半導體基本工藝制作光波導。

2．光波導設計：具體尺寸與所選材料、輸入光的波長等有關，如對于1．3微米的輸入光波，采用波導層為1．2微米的單異質結波導材料(GaAs／GaAlAs)，則開關單元的波導寬度為4微米，脊形波導的脊高為0．4微米，偏轉波導1采用S形彎曲，曲率半徑大于5毫米。光注入區3與直通光波導2的夾角為偏轉光波導1與直通光波導2夾角2θ的一半，角度大小取決于光注入引起的折射率下降的幅度，如折射率差為0．02，θ取2度。偏轉光波導1交替分布在直通光波導2兩側組成“麥穗”形光開關列陣，兩相鄰光注入區3間距應大于光注入區3的長度，作為輸出端的兩相鄰偏轉光波導1水平間隔取250微米。

3．采用普通的半導體制作工藝，制作光波導和光注入區3。

直通光波導2和偏轉光波導1的制作??直接采用光刻膠作掩膜的制作工藝流程為：波導基片清洗→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→刻蝕(濕法刻蝕或干法刻蝕)→去膠清洗。

光注入區3的制作??制作工藝流程為：清洗→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→真空鍍鋁膜→剝離；或采用反刻法：清洗→真空鍍鋁膜→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→腐蝕鋁膜。

直通光波導2和注入區3之間位置采用自對準套刻方法實現對準。

4．光激勵采用波長略小于波導材料吸收峰波長(如對于GaAs材料，光注入光波波長選擇為0．79微米)的100mW量級的半導體激光器直接注入，光注入區3用鋁膜隔離，光注入區3寬度4微米，長度取決于直通光波導2的寬度和偏轉光波導1的夾角，由幾何關系可求得。注入方式可用多模光纖列陣垂直注入區直接照射，或利用基片混合集成技術，采用面發射發光、激光二極管列陣方法實現，單一光脈沖有效光能量在1毫焦耳以內。