[發(fā)明專利]光波導干涉結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN113126372A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 薛九枝;田永輝
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇集萃智能液晶科技有限公司
• 主分類號: G02F1/1343
• 分類號: G02F1/1343;G02B6/122
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11269
• 代理人: 王維;嚴慎

本發(fā)明提供了一種光波導干涉結(jié)構(gòu)，包括第一基材層、第一核芯臂、第二核芯臂、相位調(diào)制層以及第二基材層，所述第一核芯臂與所述第二核芯臂被對稱地設置在所述第一基材層上，所述第一核芯臂和所述第二核芯臂中的至少一個與所述相位調(diào)制層形成至少一個面的接觸，所述第二基材層設置于所述相位調(diào)制層之上，其中所述第一核芯臂和所述第二核芯臂的折射率相同，所述第一基材層的折射率和所述相位調(diào)制層的折射率均小于所述第一核芯臂和所述第二核芯臂的折射率，所述相位調(diào)制層光學性能的改變使在所述第一核芯臂和/或所述第二核芯臂內(nèi)傳播的光產(chǎn)生相位變化。本發(fā)明公開的光波導干涉結(jié)構(gòu)切換速率快，功耗小，且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，制備成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于光電子器件領域，具體涉及一種包含液晶的光波導干涉結(jié)構(gòu)。

背景技術

在當今這個數(shù)字時代，人們對高速、大容量、低時延的信息處理需求越來越大。受到諸如云計算、電信、高清視頻傳輸、互動娛樂、物聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)應用的推動，數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡交換節(jié)點等內(nèi)部每天所需處理的信息流規(guī)模已達5澤字節(jié)(ZB，1ZB相當于270B)以上，相當于現(xiàn)在全球網(wǎng)絡流量的4倍以上，且該速度將保持每年27％的速率繼續(xù)增長。信息交換作為數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡節(jié)點承擔的最主要任務之一，直接影響著人們對大數(shù)據(jù)應用的使用體驗。傳統(tǒng)的信息交換單元的實現(xiàn)方式主要通過“光-電-光”的方式來實現(xiàn)，即首先將通信的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入服務器或存儲器等設備中，在電域完成所需的信息交換后再轉(zhuǎn)換成光信號輸出，繼續(xù)傳輸至下一通信設備。這就使得傳統(tǒng)信息交換技術會受制于電學速度和帶寬瓶頸，且光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換過程中會帶來極大的轉(zhuǎn)換功耗，增加設備運行成本。此外，針對目前廣泛應用的光波分復用技術，“光-電-光”交換技術則需要多路復用/解復用和光-電-光轉(zhuǎn)換，導致光信息交換設備體積極為龐大。因此，對于數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡交換節(jié)點來說，如何使信息交換單元以較低的成本、較低的功耗、較小的設備尺寸、較大的工作帶寬和較快的速度來處理海量數(shù)據(jù)已成為其面臨的最主要問題。

近些年發(fā)展起來的光交換技術為解決以上問題提供了有前景的解決方案。一方面，光天然具有高速、寬帶、低功耗和低時延的特點，在進行信息交換時不需光-電-光轉(zhuǎn)換，能極大地降低交換設備運行功耗，縮小設備體積。另一方面，與電交換相比，光交換的數(shù)據(jù)比特率、信號格式和協(xié)議是透明的，更能夠滿足數(shù)據(jù)率和調(diào)制格式的多樣化需求。目前商用光開關的方式主要有微機電系統(tǒng)(MEMS)開關、磁光開關、二氧化硅平面波導型開關、III-V族材料型電光開關、鈮酸鋰型電光開關等。其中MEMS開關通常利用靜電力作用產(chǎn)生微機械運動來改變微型反射鏡的方向，從而實現(xiàn)光路改變功能，這種光開關的損耗和串擾較低，但尺寸大，交換速度慢，且實現(xiàn)開關功能所需的功耗較大。另外，任何機械器件都有因機械勞損而引起的壽命的擔憂。磁光開關則主要利用磁光晶體在外加磁場作用下產(chǎn)生法拉第旋光效應，改變?nèi)肷淦窆馄衩妫M而實現(xiàn)光路的切換，該類型光開關同樣尺寸較大，且串擾較高。二氧化硅平面波導型光開關主要依賴二氧化硅的熱光效應來實現(xiàn)，制作簡單，穩(wěn)定性較好，但由于二氧化硅波導的折射率差較小，導致器件尺寸較大，且該類型開關響應速度較慢，功耗也較高。III-V族材料型電光開關主要通過半導體光放大器與馬赫增德爾型干涉器或微環(huán)諧振器結(jié)合來實現(xiàn)，該類型器件由于是直接帶隙材料構(gòu)成的，因而具有較好的線性電光效應，且損耗可補償，但制作工藝較復雜，生產(chǎn)成本較高，功耗也較大，無法較大規(guī)模集成。鈮酸鋰型電光開關的開關速率較快，能達到納秒量級，但是尺寸非常大，調(diào)制所需電壓也較高。綜合以上光開關的特點可以看出，目前仍然很有必要研發(fā)出一種成本較低、功耗較小、尺寸較小、帶寬較大、速度較快的光開關來滿足市場需求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種光波導干涉結(jié)構(gòu)，包括第一基材層、第一核芯臂、第二核芯臂、相位調(diào)制層以及第二基材層，第一核芯臂與第二核芯臂被對稱地設置在第一基材層上，第一核芯臂和第二核芯臂中的至少一個與相位調(diào)制層形成至少一個面的接觸，第二基材層設置于相位調(diào)制層之上，其中第一核芯臂和第二核芯臂的折射率相同，第一基材層的折射率和相位調(diào)制層的折射率均小于第一核芯臂和第二核芯臂的折射率，相位調(diào)制層光學性能的改變使在第一核芯臂和/或第二核芯臂內(nèi)傳播的光產(chǎn)生相位變化。