[發明專利]利用電控二次電光效應實現入射光偏轉的光開關方法

無效

• 申請號: 201310618933.2
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103605217A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 宮德維;周忠祥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種利用電控二次電光效應實現入射光偏轉的光開關方法。

背景技術

光開關是光學信息傳輸和信息處理核心技術。目前光開關主要有機械光開關、熱光光開關、液晶光開關、氣泡光開關、聲光光開關和電控全息光開關等。

????機械式光開關主要由移動光纖、移動套管、移動準直器、移動反光鏡、移動棱鏡以及移動耦合器組成。經過多年的發展機械式光開關已比較成熟，其優點是介入損耗較低（≤2dB）、隔離度高（>45dB）、不受入射光偏振和波長的影響。但其開關時間較長（一般為毫秒量級）、體積較大的缺點使其不易做成大型的光開關矩陣，因此，傳統的機械光開關難以適應高速度、大容量光信息傳輸與信息處理的發展需求。近年來隨著微加工技術的不斷發展，人們制作出通過靜電或其他控制力使微鏡或光閘產生機械運動，從而改變光的傳播方向、實現開關功能的微光電機械開關。這種光開關既具有傳統機械光開關的介入損耗低、隔離度高等優點，同時又具有體積小易于集成等優點，并且由于光微電機械開關技術可以利用類似于IC的工藝成批加工生產，因此，盡管制造過程比較復雜，但是可以通過批量生產，降低單個器件的成本，增強其競爭力。由于其開關特性與光信號的波長、偏振、格式、調制方式、傳輸方向等無關，并且在損耗、擴展性上優于其他類型的光開關，與未來光網絡發展所要求的透明性和可擴展等趨勢相符合，有可能成為核心光交換器件中的主流。以二維微光機電8×8光開關為例，其芯片上集成了的微反射鏡陣列，可通過施加靜電力控制各個微反射鏡的旋轉。但由于開關是靠鏡面轉動來實現，所以任何機械摩擦、磨損或震動都可能損壞光開關，且其開關速度也受到限制。目前提供此類光開關的公司有OMM、IMM、朗訊、北電、Memscap、Calient等公司。

????熱光開關是一種利用材料折射率隨著材料的溫度發生變化,進而改變光學線路的器件。典型的熱光開關為1×l、1×2、2×2等光開關，更大的光開關可由1×2光開關元件在同一晶片上集成完成。熱光開關主要有兩種基本類型：數字型熱光開關(Digial?thermo-optical?switch)和干涉型光開關(Interiferometric?thermo-optical?switch)。

????最簡單的數字型熱光開關，也稱為Y型分支熱光開關。最基本的數字型熱光開關由在硅基底或SiO₂基底上生成矩形波導制作而成。其輸入和輸出波導均為單模波導。根據模式分離原則，當Y分支的兩分波導支臂中光的有效折射率存在差異時，輸入的光波將向有效折射率大的分支臂傳播，并且會由與此臂相連的輸出端輸出，這時的Y分支被稱為非對稱Y分支。因此，當其中一個分支上由沉積Ti或Cr形成的微加熱器通電加熱時，在該加熱器下面波導的折射率由于溫度的變化而減小，相應的光功率被轉向另一分支，即處于開的狀態。同時，在有源加熱器的分支則處于關的狀態，反之依然。

????干涉式光開關主要利用M-Z干涉原理。兩束光通過兩個分開的波導后合并，在兩個波導臂上鍍有金屬薄膜加熱器形成相位延時器，通過控制加熱器實現干涉的相長或相消，達到開關的目的。當加熱器未加熱時，輸入信號經過兩路波導的光程相同，在交叉輸出端口發生相干相長，而輸出在直通的輸出端口發生相干相消，輸入信號將在交叉輸出端口輸出。如果加熱器加熱，輸入信號經過兩路波導的光程不同，在交叉輸出端口發生相干相消，而輸出在直通的輸出端口發生相干相長，輸入信號將在直通的輸出端口輸出。干涉式熱光開關結構緊湊，但對光波長敏感，需要進行精密溫度控制。目前，NTT?Electronics、JDSU、Corning、阿爾卡特等公司在從事這個方面的研究。

????熱光開關雖然也是光開光的一個研究方向，但由于其開光原理為加熱改變光路，所以響應時間慢是其天生的缺點，這就使得它的發展受到了限制。