[實用新型]一種多模式切換的1×3光開關

有效

• 申請號: 202222061414.8
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN218122296U
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 高雪松;張桂菊;汪成根;崔元昊
• 申請（專利權）人: 光芯互連（蘇州）科技有限公司
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B6/10
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本實用新型公開了一種多模式切換的1×3光開關。在襯底設置五根平行的條形直波導，其中三根為Si波導，兩根為相變材料薄膜和Si復合的波導，形成單直波導區域、上行耦合波導區域和下行耦合波導區域；開關單元由覆蓋在光開關耦合區域波導之上的相變材料薄膜控制，通過切換相變薄膜的相態可對輸入的電磁場基模，由三根條形波導分別進行基模、一階模和二階模的三路選通及模式切換，實現模式分離和復用的光開關切換功能。本實用新型具有模式選通、集成度高、體積小和切換速率高等特點。

技術領域

本實用新型屬于光電子技術領域，特別涉及的是一種多模式重構和切換的1×3光波導開關。

背景技術

光開關是模式復用與數據交換的核心單元，目前硅基光波導開關中用于切換光傳輸的核心部件主要是基于光干涉原理的馬赫-曾德爾干涉儀型（參見文獻：Lin Y , Zhou T, Hao J , et al. General architectures for on-chip optical space and modeswitching[J]. Optica, 2018, 5(2):180.）和微環諧振器原理型（參見文獻：Nikolova D,Calhoun D M, Liu Y, Rumley S, et. Al. Modular architecture for fully non-blocking silicon photonic switch fabric Microsystems Nanoengineering 3 1-916071,2017）的光開波導開關類型。它們主要通過電光調制對干涉臂施加電壓引起的折射率變化進而形成相位差。但由于折射率調制較為微弱，造成器件尺寸過大，而且狀態需要不斷的電壓維持致使該器件具有易失性。

隨著人們對光開關器件的探索，出現了基于相變材料的光開關。將相變材料覆蓋在波導上形成復合波導，利用相變材料在晶態和非晶態可逆復相變，且相變前后可形成巨大的折射率差異來改變光信號的傳播路徑。將相變材料薄膜用于光波導開關的相移單元，取代干涉臂，制作可重構的模式復用光波導開關單元器件，逐漸浮現。將相變材料覆蓋在硅基條形波導上形成復合波導，并利用相變材料在晶態和非晶態可逆復相變和相變前后形成巨大的折射率差異來改變光信號的傳播路徑。目前，能查到的利用相變材料薄膜與硅基結合的1×3光波導開關的結構（參見文獻：He, Jie, Junbo Yang, Hansi Ma, et al.Design of a Multi-Functional Integrated Optical Switch Based on Phase ChangeMaterials, Photonics 2022, 9(320):1-13.)，這一結構包含三根長波導，其中兩根為彎曲波導。彎曲波導容易帶來更大的光損耗和串擾，并且加大了器件的實驗難度，因此也限制了此類光開關的更大的復用和集成度，還有待于進一步開發和利用。

發明內容

本實用新型針對現有現有技術存在的不足，提供一種基于硫族化合相變薄膜的多模式切換的1×3光波導開關，實現單進-三出的多通道選擇輸入、選通和模式任意切換的功能，具有高消光比、尺寸小、切換速率快等特點。

實現本實用新型目的技術方案是提供一種多模式切換的1×3光開關，包括襯底（9）、Si波導和復合波導，其結構包括由中行Si直波導組成的單直波導區域設置于光開關的中間，一側為由上行Si直波導和上行復合波導組成的上行耦合波導區域，另一側為由下行復合波導和下行Si直波導組成的下行耦合波導區域；

各波導相互平行，間距為100～200納米，Si直波導與復合波導相間分布，上行復合波導位于中行Si直波導的前端區域，下行復合波導位于中行Si直波導的后端區域；

光輸入端口和光波的基模輸出端口分別設置于中行Si直波導的前、后端；光波的一階模輸出端口設置于上行Si直波導的后端；光波的二階模輸出端口設置于下行Si直波導的后端；

所述的上行復合波導和下行復合波導為在Si波導上沉積或覆蓋一層相變材料薄膜構成。