[發(fā)明專利]一種基于SOI材料制備的具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的熱光開(kāi)關(guān)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011488413.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112946826A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡國(guó)華;劉瓊;鄧春雨;徐嘉鑫;惲斌峰;張若虎;崔一平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/35
• 分類號(hào): G02B6/35;G02B6/122
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于SOI材料制備的具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的熱光開(kāi)關(guān)，所述熱光開(kāi)關(guān)包括SiO₂包層，SiO₂包層內(nèi)部設(shè)有水平設(shè)置的波導(dǎo)層，所述波導(dǎo)層采用Si材料制備而成，SiO₂包層上平面設(shè)有熱電極，所述波導(dǎo)層由兩條橫向直波導(dǎo)、一條橫向拉錐波導(dǎo)、一個(gè)跑道型微環(huán)波導(dǎo)構(gòu)成；其中跑道型微環(huán)波導(dǎo)由彎曲波導(dǎo)和短直波導(dǎo)構(gòu)成閉合跑道，所述跑道型微環(huán)波導(dǎo)與直波導(dǎo)間、直波導(dǎo)與直波導(dǎo)間均構(gòu)成耦合區(qū)。所述頂部熱電極加載的數(shù)字電信號(hào)作用下實(shí)現(xiàn)光通道的快速切換。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)輸入光信號(hào)的偏振旋轉(zhuǎn)和開(kāi)關(guān)功能，可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信息處理等器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SOI材料制備的具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的1 ×2熱光開(kāi)關(guān)。

背景技術(shù)

隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)于信息傳輸、處理的要求也越來(lái)越高。集成化、損耗小、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)成了光波導(dǎo)器件研發(fā)目標(biāo)。材料的選擇不僅關(guān)系到器件的性能參數(shù)，還關(guān)乎制作成本、加工可行性、與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容等問(wèn)題。

SOI(Silicon on Insulator，絕緣體上的硅)具有與CMOS制作工藝兼容、高折射率差、制造成本低廉、制作工藝成熟等優(yōu)勢(shì)，有利于將波導(dǎo)器件微型化、適用于大規(guī)模集成。

光開(kāi)關(guān)是光信息系統(tǒng)中的不可或缺的光學(xué)器件，具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的光開(kāi)關(guān)功能包括偏振旋轉(zhuǎn)和分束，可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信息處理、復(fù)用器件等。逐漸增大波導(dǎo)芯的寬度，可以實(shí)現(xiàn)入射光模式的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)偏振旋轉(zhuǎn)；在SOI上加輔助熱電極，可改變臨近波導(dǎo)的溫度，進(jìn)而改變波導(dǎo)內(nèi)模式的有效折射率，從而實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的光路轉(zhuǎn)換功能。

發(fā)明內(nèi)容

為獲得上述器件，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于SOI材料制備的具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的熱光開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)日益多樣化的信號(hào)處理，并且在一定程度上，減少非必要鏈路中的能量損失。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于SOI材料制備的具有偏振旋轉(zhuǎn)功能的熱光開(kāi)關(guān)，包括SiO₂包層，SiO₂包層內(nèi)部設(shè)有水平設(shè)置的波導(dǎo)層，SiO₂包層上平面設(shè)有熱電極，所述波導(dǎo)層由六個(gè)直波導(dǎo)、四個(gè)拉錐波導(dǎo)、一個(gè)跑道型微環(huán)波導(dǎo)和一個(gè)彎曲波導(dǎo)構(gòu)成，所述橫向直波導(dǎo)的左端是輸入端，上橫向直波導(dǎo)的右端和下橫向直波導(dǎo)的左端為輸出端。所述跑道型微環(huán)波導(dǎo)包括兩個(gè)短的直波導(dǎo)和兩個(gè)二分之一的環(huán)形波導(dǎo)形成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，上下波導(dǎo)間耦合間距相同；所述熱電極的形貌和跑道型微環(huán)波導(dǎo)形貌一致，所述熱電極位于跑道型微環(huán)波導(dǎo)正上方；熱電極與跑道型微環(huán)波導(dǎo)中間有SiO₂為緩沖層，所述熱電極兩端施加變化電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的光路轉(zhuǎn)換功能。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述結(jié)構(gòu)上下波導(dǎo)間均有耦合，從而形成兩個(gè)輸出端口，以便實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)選路功能。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述橫向拉錐波導(dǎo)采用多段、漸變多模波導(dǎo)設(shè)計(jì)，以完成入射光的偏振旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)功能。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述跑道型微環(huán)波導(dǎo)內(nèi)，左右兩邊環(huán)的半徑較大，以使上方熱電極兩平行輸出端有較大間距，方便加工。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：由寬度較寬的直波導(dǎo)耦合到寬度較窄的直波導(dǎo)，以完成高階模到低階模的轉(zhuǎn)換。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述波導(dǎo)層包括六個(gè)直波導(dǎo)、四個(gè)拉錐波導(dǎo)、一個(gè)跑道型微環(huán)波導(dǎo)和一個(gè)彎曲波導(dǎo)，均采用SOI材料制備而成，所有波導(dǎo)均為脊型。

本發(fā)明的有益效果是：