[發明專利]具有空氣隔離槽結構的低功耗聚合物熱光開關及其制備方法

有效

• 申請號: 201310210230.6
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103293714A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 孟杰;張大明;王希斌;孫健;王菲;孫小強
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于聚合物熱光開關制備技術領域，具體涉及采用干法刻蝕技術在二氧化硅/聚合物混合波導兩側刻蝕空氣隔離槽以制備低功耗聚合物熱光開關的方法。?

背景技術

采用光纖作為傳輸媒介的光通信技術日漸成為滿足當前飛速增長的通訊和數據傳輸的重要手段。與傳統通信系統相比，光纖通信系統具有頻帶寬、傳輸容量大、傳輸損耗小、誤碼率低和抗電磁干擾能力強等優勢。特別是波分復用技術（WDM）在光網絡中的應用，有效地實現了光傳輸網絡的擴容。但是目前大部分網絡設備仍然是基于電信號進行信息傳輸，也就是說光信號必須被轉換為電信號，才能被放大、再生、進行開關轉換等，然后再轉換為光信號進行傳輸。而光-電-光轉換已經成為信息高速傳輸的瓶頸。在此背景下，全光網絡應運而生。全光網絡的基本思想就是采用光網絡開關置換現存的電網絡開關，從而省略光-電-光轉換的步驟。光開關與光開關陣列在WDM光網絡中起著光域優化、路由、保護以及自愈等功能，是光插分復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）的核心技術之一。?

光開關的種類繁多，基于其工作時利用的物理效應進行分類，可以分為熱光開關、電光開關、磁光開關和聲光開關等。在不要求高開關速度的應用領域中（如μs量級的開關速度即可滿足需要），熱光開關憑借其驅動功率低和長期穩定性好等優點，受到了廣泛的關注，并在近些年取得了較大進展。熱光開關通常采用的波導結構有馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型、多模干涉型、定向耦合型以及數字型等。?

制備熱光開關的材料主要包括硅/二氧化硅（SOI）和聚合物兩種體系。由于SOI型熱光開關的材料體系的熱光系數相對較小，因此制備出的器件驅動功率較大。聚合物材料的熱光系數相對較大，而且具有種類多、成本低、加工工藝簡單等優點，成為制備熱光開關器件的理想材料之一。此外，由于聚合物具有可剪裁性，所以采用聚合物材料制備的熱光開關器件不僅驅動功率較小，而且器件的尺寸能夠得到有效控制。聚合物熱光開關的研究和技術日漸深入和成熟。?

由于光通信系統需要大量的熱光開關單元，所以如何降低單個熱光開關的功耗就成為研究重點。隨著三網融合等概念的提出，全光網絡的發展得到了進一步的推進。在此背景下，聚合物熱光開關的驅動功率亟待降低。?

目前，降低聚合物熱光開關功耗的方法主要有以下三種：?

1、采用熱傳導系數較低的聚合物材料體系制備波導。這樣能夠更好地將加熱功率限制在波導有效區域中，降低驅動功率。但是目前用于制備熱光開關的聚合物材料體系已經相對成熟，繼續尋求新的滿足熱光開關性能的聚合物材料比較困難。?

2、增加波導加熱區域的長度。如將波導彎曲盤旋成直徑為130μm的螺旋圈，這樣能夠更有效地利用加熱功率。但是這種方法使得器件尺寸大大增加，而且導致光傳輸中彎曲損耗和串擾增加。?

3、通過改善熱光開關器件的結構和尺寸使得微電極對芯層的加熱更有效。如減小微加熱電極的寬度，使得電極在波導上方的較小區域工作，這樣可以減小熱量在波導兩側包層中的散失，從而提高加熱效率。但是電極寬度很難有較大的縮減，因此這種方法發展空間較小。?

本發明正是為了解決上述問題而提出的。?

發明內容

本發明要解決的技術問題就是克服背景技術的不足，尋找一種簡便高效的方法降低聚合物熱光開關的驅動功率。本發明闡述的方法不需要尋找新的聚合物材料體系，同時避免增加器件的尺寸和損耗、串擾等，更不需要重新對波導的結構和尺寸進行復雜的設計，只需在聚合物熱光開關已經制備完成的基礎上經過干法刻蝕得到一種帶有空氣隔離槽結構的新型器件，可有效地降低聚合物熱光開關的功耗。?

本發明采用馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型波導結構制備熱光開關，其工作原理是當M-Z波導一臂的溫度變化時，其有效折射率發生變化，從而使該臂光束的光相位發生變化，然后通過兩臂光束耦合并干涉轉變成光振幅的變化，最終實現光開關功能。如圖7所示，為馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型波導結構示意圖，由光信號輸入區（701）、3-dB分束器（702）、波導互作用區（703）、3-dB耦合器（704）和光信號輸出區（705）五部分構成。?