[發明專利]一種基于硫系相變材料的全光開關及其制備方法

在審

• 申請號: 201711152828.9
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108089350A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 繆向水;盧軼韜;童浩;汪毅
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/00;G02B1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種基于硫系相變材料的全光開關及其制備方法，屬于光通信領域，全光開關包括依次堆疊的覆蓋層薄膜、硫系相變材料薄膜、隔離層薄膜、硅光子晶體和襯底。硅光子晶體包括納米多孔結構，使得硅光子晶體具有法諾共振效應。全光開關在使用時，通過激光控制硫系相變材料薄膜的狀態，調制硅光子晶體的共振狀態，實現信號光透過率的調制，調制范圍為通信波段1500nm至1600nm，實現光開關。本發明全光開關具有高對比度、高速率、低損耗的特點，其結構簡單可降低生產成本，適應于CMOS集成易于匹配現代半導體工藝生產線，適用于工業生產和產品化。

技術領域

本發明屬于光通信領域，更具體地，涉及一種基于硫系相變材料的全光開關及其制備方法。

背景技術

現代社會通信，主要是由光纖通信承載，但是由于互聯網的迅速發展，物聯網等新型技術的出現，人們對于光纖通信的傳輸速率有了更高的要求。現在傳統的光纖通信系統當中，節點處有大量的光互聯交換設備，這些設備存在大量的光電光轉換，而由于電子瓶頸的存在，這種光電轉換的過程實際上會降低光纖通信的速率。因而許多學者和專家提出了全光通信的概念，即利用光來控制光，全程沒有光電轉換節點的存在，也沒有光電轉換的過程，在這種模式下，光纖本身的潛力能被更為完全的開發出來。

而作為全光通信實現的基礎器件，全光開關一直受到廣泛的關注，現有技術以二氧化釩材料的光致相變特性以及金屬光柵對光的偏振選擇作用來進行光的交換，但金屬光柵對于光能量有較大的損耗，且開關對比度相對較低；現有技術利用石墨烯的熱光效益引起微型諧振環光纖的共振變化來實現光的開關，其雖然可以實現全光開關且損耗較小，但其開關速率較慢，且結構復雜實際難以進行大規模的陣列集成；現有技術利用馬赫增德爾干涉儀引入光路進行干涉，從而實現全光開關，但馬赫增德爾干涉儀的結構比較復雜，難以進行大規模的集成，實用性受到了一定的限制。

由此可見，現有技術存在開關速率較慢、損耗較大、難以大規模集成的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于硫系相變材料的全光開關及其制備方法，由此解決現有技術存在開關速率較慢、損耗較大、難以大規模集成的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于硫系相變材料的全光開關，包括依次堆疊的覆蓋層薄膜、硫系相變材料薄膜、隔離層薄膜、硅光子晶體和襯底。

進一步的，硅光子晶體包括納米多孔結構，使得硅光子晶體具有法諾共振效應。

進一步的，納米多孔結構中納米孔的半徑為50nm-90nm，孔間間距為700nm-850nm，孔深為150nm-250nm。

進一步的，硫系相變材料薄膜的厚度為5nm-25nm，硫系相變材料薄膜為多元硫系相變材料或者多元硫系相變材料摻入雜質后形成的摻雜化合物。

進一步的，多元硫系相變材料為GeTe、SbTe、Bi2Te3、GeSe、Bi2Se3、Ge2Sb2Te5或者AgInSbTe，所述雜質為C、N、O、Ag或者Cu。

進一步的，隔離層薄膜的厚度為15nm-40nm，隔離層薄膜為SiO2薄膜或者SiNx薄膜。

進一步的，覆蓋層薄膜的厚度為20nm-200nm，覆蓋層薄膜為SiO2/ZnS薄膜、SiO2薄膜或者SiNx薄膜。