一種低損耗超寬帶的熱光開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種平面光波導(dǎo)集成器件，尤其是涉及了一種低損耗超寬帶的熱光開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]光通信在長(zhǎng)距離通信領(lǐng)域取得了巨大成功。隨著光通信技術(shù)的日益發(fā)展，人們對(duì)通信容量的需求也日益增長(zhǎng)。這對(duì)光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。能夠根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中具體情況靈活智能地進(jìn)行光信號(hào)切換甚至路由就顯得尤為重要。具體地，在各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，光交叉連接器、光上下路器等光控制模塊就成為一切的基礎(chǔ)。光開關(guān)作為控制光信號(hào)的最基本器件單元，更是重中之重。往往在一個(gè)光控制模塊中，會(huì)包含幾十、甚至上百個(gè)光開關(guān)。因此單個(gè)光開關(guān)的性能將直接影響整個(gè)模塊的工作性能。
[0003]對(duì)于單個(gè)光開關(guān)，其插入損耗特性往往容易被忽視。但是作為基礎(chǔ)器件單元，大量光開關(guān)的級(jí)聯(lián)使用實(shí)際上對(duì)光開關(guān)的插入損耗提出了非常高的要求。另一方面，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)作為通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)，對(duì)光開關(guān)的帶寬也提出了很高的要求。具有超高帶寬的光開關(guān)，僅采用同一個(gè)設(shè)計(jì)，就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)各個(gè)WDM波長(zhǎng)的切換和路由。這將大大簡(jiǎn)化器件的設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)也能夠減少器件制作中可能帶來(lái)的誤差變量，提高制作成品率。因此，研制低損耗大帶寬的光開關(guān)具有至關(guān)重要的意義。
[0004]硅基光開關(guān)器件由于其具有超緊湊結(jié)構(gòu)以及兼容CMOS工藝等優(yōu)點(diǎn)，在光互聯(lián)系統(tǒng)備受關(guān)注。目前硅基光開關(guān)主要有基于熱光效應(yīng)和基于載流子吸收效應(yīng)兩種開關(guān)調(diào)諧手段?；谳d流子吸收效應(yīng)的光開關(guān)具有速度快，驅(qū)動(dòng)電壓小等特點(diǎn)，但其開關(guān)作用距離較長(zhǎng)，這進(jìn)一步增大了由于載流子吸收引起的額外損耗。相比之下，熱光調(diào)諧開關(guān)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制作方便、功耗低、損耗小等等突出優(yōu)點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，基于馬赫曾德干涉儀(MZI)結(jié)構(gòu)的2X2光開關(guān)是最常用的光開關(guān)基本單元。為獲得大帶寬光開關(guān)，最為關(guān)鍵的部分是實(shí)現(xiàn)具有超大帶寬的功率均分耦合器。人們往往采用基于多模干涉(MMI)結(jié)構(gòu)的功率均分耦合器，該類型器件盡管具有較大的工藝容差，但存在較大的固有損耗，且?guī)捰邢蓿貏e是難以用于實(shí)現(xiàn)大端口光開關(guān)陣列。方向耦合器(DC)結(jié)構(gòu)是另一種功率均分耦合器，其固有損耗幾乎為零，具有極低的附加損耗，但是其性能對(duì)波長(zhǎng)較為敏感。
[0005]為克服這些問(wèn)題，一種方案是采用級(jí)聯(lián)MZI結(jié)構(gòu)并通過(guò)對(duì)其耦合系數(shù)和相位進(jìn)行精確控制從而獲得較大工作帶寬。其缺點(diǎn)則是器件尺寸較長(zhǎng)，且需要控制變量較多，制作難度較大。另一種方案是采用非對(duì)稱方向耦合器(ADC)結(jié)構(gòu)，通過(guò)非對(duì)稱波導(dǎo)寬度的設(shè)計(jì)、并引入位相控制區(qū)域?qū)崿F(xiàn)較大工作帶寬，其缺點(diǎn)是其性能對(duì)耦合區(qū)的波導(dǎo)寬度非常敏感，且設(shè)計(jì)不夠靈活?？偠灾?，亟需發(fā)展一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低損大、大帶寬的新型光開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種低損耗超寬帶的熱光開關(guān)，具有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明包括第一輸入波導(dǎo)、第二輸入波導(dǎo)、第一功率均分親合器、第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)、第一加熱電極、第二加熱電極、第二功率均分耦合器、第一輸出波導(dǎo)和第二輸出波導(dǎo)；第一輸入波導(dǎo)、第二輸入波導(dǎo)經(jīng)第一功率均分耦合器后分別與第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)連接，第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)經(jīng)第二功率均分耦合器后分別與第一輸出波導(dǎo)和第二輸出波導(dǎo)連接，第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)的上方設(shè)有用于加熱波導(dǎo)的第一加熱電極和第二加熱電極；第二功率均分親合器相對(duì)于第一功率均分親合器呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，第一功率均分親合器旋轉(zhuǎn)180°后與第二功率均分親合器排布結(jié)構(gòu)相同，使得第一輸入波導(dǎo)的入射光被第一功率均分耦合器分成兩束光并分別經(jīng)由第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)后最終到達(dá)第二輸出波導(dǎo)處。
[0009]所述的第一輸入波導(dǎo)與第二輸入波導(dǎo)分別與第一功率均分親合器的第一輸入端口和第二輸入端口相連，第一功率均分親合器的第一輸出端口和第二輸出端口分別經(jīng)第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)與第二功率均分耦合器的第二輸出端口和第一輸出端口相連接，第二功率均分親合器的第二輸入端口和第一輸入端口分別與第一輸出波導(dǎo)和第二輸出波導(dǎo)相連接，第一加熱電極和第二加熱電極分別位于第一連接波導(dǎo)和第二連接波導(dǎo)正上方。
[0010]所述的第一加熱電極或第二加熱電極與外部電源相連，將外部注入的電能轉(zhuǎn)化為熱能，并向下傳遞至第一連接波導(dǎo)或第二連接波導(dǎo)的芯區(qū)，通過(guò)其溫度的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)其位相的調(diào)控。
[0011]所述的第一功率均分耦合器、第二功率均分耦合器均采用彎曲定向耦合器。
[0012]所述第一輸入波導(dǎo)、第二輸入波導(dǎo)、第一功率均分耦合器、第一連接波導(dǎo)、第二連接波導(dǎo)、第二功率均分耦合器、第一輸出波導(dǎo)、第二輸出波導(dǎo)均采用硅基條形光波導(dǎo)或硅基脊形光波導(dǎo)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0013]所述的第一加熱電極和第二加熱電極相對(duì)稱，以實(shí)現(xiàn)第一連接波導(dǎo)和第二連接波導(dǎo)的光強(qiáng)平衡。
[0014]所述的各個(gè)輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)和連接波導(dǎo)均是可逆的。
[0015]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種新型光開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，具備低損耗、超帶寬、高消光比等優(yōu)異性能，可實(shí)現(xiàn)大端口光開關(guān)陣列，在未來(lái)可重構(gòu)智能光網(wǎng)絡(luò)中得以應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明功率均分耦合器采用彎曲方向耦合器的實(shí)施例圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例制成器件的示意圖。
[0020]圖4是實(shí)施例經(jīng)測(cè)試的頻譜響應(yīng)圖。
[0021]圖中:1a、第一輸入波導(dǎo)，lb、第二輸入波導(dǎo)，2、第一功率均分親合器，3a、第一連接波導(dǎo)，3b、第二連接波導(dǎo)，4a、第一加熱電極，4b、第二加熱電極，5、第二功率均分耦合器，6a、第一輸出波導(dǎo)，6b、第二輸出波導(dǎo)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]如圖1所不，本發(fā)明的光開關(guān)包括第一輸入波導(dǎo)la、第二輸入波導(dǎo)lb、第一功率均分耦合器2、第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b、第一加熱電極4a、第二加熱電極4b、第二功率均分親合器5、第一輸出波導(dǎo)6a和第二輸出波導(dǎo)6b ;第一輸入波導(dǎo)la、第二輸入波導(dǎo)Ib經(jīng)第一功率均分耦合器2后分別與第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b連接，第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b經(jīng)第二功率均分親合器5后分別第一輸出波導(dǎo)6a和第二輸出波導(dǎo)6b連接，第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b的上方設(shè)有用于加熱波導(dǎo)的第一加熱電極4a和第二加熱電極4b。
[0024]第二功率均分親合器5相對(duì)于第一功率均分親合器2呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，第一功率均分親合器2旋轉(zhuǎn)180°后與第二功率均分親合器5排布結(jié)構(gòu)相同，使得第一輸入波導(dǎo)Ia的入射光被第一功率均分親合器2分成兩束光并分別經(jīng)由第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b后最終到達(dá)第二輸出波導(dǎo)6b處，具有零光程差，即第二輸出波導(dǎo)6b處接收到的兩束光的干涉級(jí)次為0，以降低波長(zhǎng)相關(guān)性從而獲得大帶寬。
[0025]如圖2所示，第一功率均分耦合器2和第二功率均分耦合器5均有位置相同的第一輸入端口、第二輸入端口、第二輸出端口和第一輸出端口。第一輸入波導(dǎo)Ia與第二輸入波導(dǎo)Ib分別與第一功率均分親合器2的第一輸入端口和第二輸入端口相連，第一功率均分親合器2的第一輸出端口和第二輸出端口分別經(jīng)第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b與第二功率均分耦合器5的第二輸出端口和第一輸出端口相連接，第二功率均分耦合器5的第二輸入端口和第一輸入端口分別與第一輸出波導(dǎo)6a和第二輸出波導(dǎo)6b相連接，第一加熱電極4a和第二加熱電極4b分別位于第一連接波導(dǎo)3a和第二連接波導(dǎo)3b上方的硅片。
[0026]第一加熱電極4a和第二加熱電極4b與外部電源相連，將外部注入的電能轉(zhuǎn)化為熱能，并向下傳遞至第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b的芯區(qū)的硅納米線波導(dǎo)處，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅波導(dǎo)加熱的溫度調(diào)控，實(shí)現(xiàn)其位相的調(diào)控。
[0027]如圖2所示，第一功率均分耦合器2、第二功率均分耦合器5均采用大帶寬的彎曲定向親合器。
[0028]第一輸入波導(dǎo)la、第二輸入波導(dǎo)lb、第一功率均分親合器2、第一連接波導(dǎo)3a、第二連接波導(dǎo)3b、第二功率均分親合器5、第一輸出波導(dǎo)6a、第二輸出波導(dǎo)6b均米用娃基條形光波導(dǎo)或硅基脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等其它光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0029]第一加熱電極4a和第二加熱電極4b相對(duì)稱，以實(shí)現(xiàn)第一連接波導(dǎo)3a和第二連接波導(dǎo)3b的光強(qiáng)平衡。
[0030]各個(gè)輸入波導(dǎo)、