[發(fā)明專利]一種偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410037116.2
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103760691A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫小菡;蔣衛(wèi)鋒;戚健庭;董納;陳源源
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/35
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)及其制備方法。

背景技術(shù)

光開關(guān)是一種可以對光傳輸過程中的光信號進行通道轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，可以廣泛應(yīng)用在全光層的路由選擇、波長選擇和光交叉連接等功能的實現(xiàn)上。根據(jù)工作介質(zhì)分類，光開關(guān)可分為自由空間光開關(guān)和平面波導(dǎo)型（文中簡稱：PLC型）光開關(guān)。

PLC型光開關(guān)利用半導(dǎo)體工藝制備，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可批量制作、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。其中基于硅上二氧化硅?(英文全稱:?Silica-on-Silicon，文中簡稱:?SoS)?工藝的PLC型光開關(guān)是較早被應(yīng)用于光通信、傳感系統(tǒng)中的PLC器件；并且其具有熱穩(wěn)定、低非線性、高帶寬、集成高和成本低等特點。現(xiàn)有的可調(diào)PLC型光開關(guān)主要通過材料的電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等原理，需要添加折射率調(diào)制模塊來改變多模波導(dǎo)的折射率實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)可調(diào)，制作工藝難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)，該多模干涉型光開關(guān)具有開關(guān)狀態(tài)可調(diào)、熱穩(wěn)定、低非線性、低傳輸損耗、寬工作帶寬、高度集成、與單模光纖高效耦合、價格便宜，且結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。同時，本發(fā)明還提供光開關(guān)的制備方法，該制備方法簡單、成本低、可批量制作光開關(guān)。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)，該光開關(guān)包括平面光波光路芯片、光源、偏振控制器和輸入光纖陣列，平面光波光路芯片包括硅襯底、生長在硅襯底上方的二氧化硅緩沖層、生長在二氧化硅緩沖層上方的波導(dǎo)，生長在波導(dǎo)上方的覆蓋層，二氧化硅緩沖層中設(shè)有裂紋，波導(dǎo)包括輸入級單模波導(dǎo)，中間級多模波導(dǎo)，n個輸出級單模波導(dǎo)，n為大于等于2的偶數(shù)；光源和偏振控制器的光輸入端連接，偏振控制器的光輸出端與輸入光纖陣列的輸入端連接，輸入光纖陣列的輸出端與輸入級單模波導(dǎo)的輸入端連接，輸入級單模波導(dǎo)的輸出端與中間級多模波導(dǎo)的輸入端連接，中間級多模波導(dǎo)的輸出端與n個輸出級單模波導(dǎo)的輸入端連接。

進一步，所述的裂紋為線性。

一種上述的偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

步驟10）制備平面光波光路芯片，具體包括步驟101）至步驟104）：

步驟101）：取一硅片作為硅襯底，利用濕化學(xué)法清洗硅片，利用熱氧化法在硅襯底上制備二氧化硅緩沖層，利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積方法在二氧化硅中摻雜二氧化鍺得到波導(dǎo)層，利用波導(dǎo)層和二氧化硅緩沖層熱膨脹系數(shù)之間的差異，通過控制反應(yīng)過程中的熱應(yīng)力在二氧化硅緩沖層中引入裂紋；

步驟102）：利用光刻和刻蝕工藝，在波導(dǎo)層上制備波導(dǎo)，波導(dǎo)包括輸入級單模波導(dǎo)、中間級多模波導(dǎo)和n個輸出級單模波導(dǎo)，輸入級單模波導(dǎo)的輸出端與中間級多模波導(dǎo)的輸入端連接，中間級多模波導(dǎo)的輸出端與n個輸出級單模波導(dǎo)的輸入端連接；

步驟103）：利用高溫退火加熱工藝在波導(dǎo)上方生長覆蓋層；

步驟104）：切片研磨，制作斜8°的平面光波光路芯片；

步驟20）連接器件：將光源、偏振控制器和輸入光纖陣列置于平面光波光路芯片同一側(cè)，且光源和偏振控制器的光輸入端連接，偏振控制器的光輸出端與輸入光纖陣列的輸入端連接，輸入光纖陣列的輸出端與平面光波光路芯片中輸入級單模波導(dǎo)的輸入端連接。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

（1）工藝難度低。本發(fā)明的一種偏振態(tài)控制的多模干涉型光開關(guān)通過無源PLC型芯片實現(xiàn)光開關(guān)；由于緩沖層存在裂紋，裂紋會對不同偏振態(tài)光信號產(chǎn)生不同的影響，繼而導(dǎo)致不同偏振態(tài)的輸入光在輸入級單模波導(dǎo)中的諧振現(xiàn)象、在中間級多模波導(dǎo)內(nèi)的干涉現(xiàn)象均不相同，最終使得多模干涉型光開關(guān)對不同偏振態(tài)的輸入光有不同的開關(guān)狀態(tài)不相同。然而，現(xiàn)有的可調(diào)PLC型光開關(guān)需要制作有源PLC型芯片實現(xiàn)開關(guān)功能，主要通過材料的電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等原理改變多模波導(dǎo)的折射率實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)可調(diào)。制作有源PLC型芯片的工藝難度比無源PLC型芯片高。