[發(fā)明專利]基于狹縫波導(dǎo)的馬赫－曾德型硅光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810061435.1
• 申請(qǐng)日: 2008-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101276068A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖司淼;王翔;王帆;郝寅雷;江曉清;王明華;楊建義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/065
• 分類號(hào): G02F1/065;G02B6/35;H04B10/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光通信器件，特別是涉及一種基于狹縫波導(dǎo)的馬赫-曾德型硅光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)。

背景技術(shù)

光開(kāi)關(guān)是光通信與光信息處理系統(tǒng)中的重要元器件之一。目前已實(shí)現(xiàn)的光開(kāi)關(guān)包括傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)光開(kāi)關(guān)、基于微光機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、波導(dǎo)型光開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體光放大器光開(kāi)關(guān)等。其中采用集成光子技術(shù)研制的波導(dǎo)型光開(kāi)關(guān)具有低驅(qū)動(dòng)電壓、緊湊結(jié)構(gòu)、大規(guī)模陣列和可集成化的優(yōu)點(diǎn)，是光開(kāi)關(guān)的重要發(fā)展方向。

作為40多年來(lái)迅速發(fā)展的微電子技術(shù)的支柱材料，硅材料(主要是SOI材料)近年來(lái)也在集成光子技術(shù)中引起越來(lái)越多的關(guān)注。它的應(yīng)用領(lǐng)域包括光互連、光通信、光傳感等諸多方面。由于可與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝相兼容，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。且成本低廉，便于實(shí)現(xiàn)單片集成與片間互連。但作為集成光子技術(shù)的新興材料，對(duì)它的研究還很不成熟。特別是硅基光開(kāi)關(guān)，一直都沒(méi)有獲得很好的性能。

目前硅基光開(kāi)關(guān)最常見(jiàn)的調(diào)制方式是熱光調(diào)制。但由于熱光調(diào)制速度慢的問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。要想達(dá)到納秒量級(jí)的開(kāi)關(guān)速度必須依靠電光調(diào)制。由于硅材料沒(méi)有直接電光效應(yīng)，只能通過(guò)載流子注入的方法進(jìn)行間接電光調(diào)制，吸收損耗大，消光比低，速度優(yōu)勢(shì)不能得到很好的體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種基于狹縫波導(dǎo)的馬赫-曾德型硅光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

包括輸入端實(shí)現(xiàn)功分功能的3dB耦合器、輸出端干涉耦合器，兩條狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的干涉臂和兩組模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；輸入端實(shí)現(xiàn)功分功能的3dB耦合器分波后，經(jīng)第一組兩個(gè)模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別連接到兩條狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的干涉臂，再經(jīng)第二組兩個(gè)模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)后，連接到輸出端干涉耦合器。

所述的兩條狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)干涉臂的狹縫中填充的電光材料為電光聚合物或液晶。

所述的模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是引入單根硅波導(dǎo)組成的錐形漸變波導(dǎo)對(duì)，或者同時(shí)引入兩根硅波導(dǎo)組成的錐形漸變波導(dǎo)對(duì)。

所述的3dB耦合器為1×2多模干涉耦合器(1×2MMI)、2×2多模干涉耦合器(2×2MMI)、Y分支或方向耦合器；干涉耦合器為2×2多模干涉耦合器、X結(jié)或方向耦合器；不同的3dB耦合器和不同的干涉耦合器間其相互組合分別構(gòu)成1×2和2×2的光波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)。

所述的由干涉臂狹縫兩側(cè)的硅波導(dǎo)作為對(duì)狹縫中電光材料實(shí)施調(diào)制的電極。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明引入狹縫波導(dǎo)的概念后，由于在狹縫中可以填充任意性質(zhì)的低折射率材料，大大豐富了可以采用的調(diào)制手段。在開(kāi)關(guān)的調(diào)制方式上，變傳統(tǒng)的載流子注入的間接電光調(diào)制為直接電光調(diào)制；并采用狹縫兩側(cè)自然電隔離的硅波導(dǎo)作為電極，縮短了電極與調(diào)制區(qū)的間距，以上兩個(gè)特點(diǎn)均能提高開(kāi)關(guān)的調(diào)制效率。整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，兼容于CMOS加工工藝，為單片集成的高速電光開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)提供了一種新的途徑。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A-A’的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3是圖1的B-B’的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4是引入單根硅波導(dǎo)組成錐形漸變波導(dǎo)對(duì)的模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖5是同時(shí)引入兩根硅波導(dǎo)組成錐形漸變波導(dǎo)對(duì)的模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6是由Y分支和X結(jié)構(gòu)成的1×2光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是由1×2MMI和2×2MMI構(gòu)成的1×2光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是由兩個(gè)方向耦合器構(gòu)成的2×2光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是由兩個(gè)2×2MMI構(gòu)成的2×2光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、3dB耦合器，2、模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，3、狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的干涉臂，4、干涉耦合器，5、干涉臂狹縫兩側(cè)的硅波導(dǎo)，6、干涉臂的狹縫，7、輸入輸出單模硅波導(dǎo)，8、引入單根硅波導(dǎo)組成的錐形漸變波導(dǎo)對(duì)，9、兩根硅波導(dǎo)組成的錐形漸變波導(dǎo)對(duì)，10、Y分支，11、X結(jié)，12、寬芯波導(dǎo)，13、窄芯波導(dǎo)，14、2×23dB多模干涉耦合器，15、2×2多模干涉耦合器，16、1×2多模干涉耦合器，17、方向耦合器，18、SOI材料的二氧化硅緩沖層，19、SOI材料的硅襯底。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明包括輸入端實(shí)現(xiàn)功分功能的3dB耦合器1、輸出端干涉耦合器4，兩條狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的干涉臂3和兩組模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2；輸入端實(shí)現(xiàn)功分功能的3dB耦合器1分波后，經(jīng)第一組兩個(gè)模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2分別連接到兩條狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的干涉臂3，再經(jīng)第二組兩個(gè)模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2后，連接到輸出端干涉耦合器4。