CN101833220A - 一种相变材料辅助的自持式波导光开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变材料辅助波导的自持式光开关。相变材料辅助波导的光开关包括主波导、相变材料和电极。其中相变材料覆盖于主波导正上方，或者覆盖于主波导的正下方，或者覆盖于主波导的右侧面，或者覆盖于主波导的左侧面，或者沿着上下左右方向覆盖主波导一周。而电极则加载在相变材料上。与传统的光开关相比，采用相变材料辅助波导的光开光，仅通过调节相变材料的状态，实现光路的切换，大大缩减了传统光开关在开与关持续过程的能耗，实现器件的低功耗，也更有利于器件的绿色与环保。本发明作为一种低功耗的光学元器件，可广泛用于光通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及光学元器件，具体涉及一种基于相变材料的波导光开关。
背景技术
随着科技的迅速发展，通信领域的信息传输容量日益增大，人们对带宽的要求越来越高，而光网络以大容量、波长路由特性以及可扩展特性，已经成为下一代高速宽带网络的首选。波分复用光网络的主要组成单元包括光节点和链接各节点的物理媒介。其中，光节点有两类：光交叉连接点和光分叉复用点。光开关作为构成光分叉复用和光交叉连接的关键器件之一，在WDM全光通信系统具有广泛的应用。光开关按工作原理划分，可分成机械式和非机械式两大块。波导光开关属于非机械式，主要依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率或其他性质，使得光路发生改变，实现开与关的功能。但是，传统上的光开关存在一个不好的现象，器件在维持开与关的过程中需要一直不断的消耗能耗，造成了能源的浪费。鉴于此，我们提出相变材料辅助的波导光开关，它消除开与关的状态维持过程中的功耗，而仅仅在在开与关的状态切换过程中有功耗，从而使能耗大大的降低，更有利于绿色和环保。
发明内容
为了缩减波导光开关的能耗，实现器件的低功耗。本发明目的在于提供一种基于相变材料的波导光开关。它采用相变材料辅助主波导，通过脉冲调节相变材料，实现器件的开与光，从而降低耗能。这对于器件的小型化和集成化起着重要的作用，也更利于绿色和环保，可广泛用于光通信系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括主波导衬底、主波导包层和主波导芯层；相变材料置于除光路方向以外的主波导芯层表面，加热电极与相变材料相连。
所述的相变材料置于主波导芯层的正上方、主波导芯层的正下方、主波导芯层的右侧方、主波导芯层的左侧方或者在主波导芯层以上四个方向排列组合的位置。
所述的主波导芯层的材料为硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的任意一种。
所述的相变材料为Ge2Sb2Te5相变材料或者为M:GexSbyTez相变材料。
本发明与背景技术的光开关相比，具有的有益效果是：
采用相变材料辅助波导的光开光，仅通过调节相变材料的状态，实现光路的切换，大大缩减了传统光开关在开与关持续过程的能耗，实现器件的低功耗，也更有利于器件的绿色与环保。本发明作为一种低功耗的光学元器件，可广泛用于光通信系统。
附图说明
图1是本发明结构原理俯视示意图。
图2是图1的A-A剖视示意图。
图中：1、主波导衬底，2、主波导包层，3、主波导芯层，4、相变材料，5、电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括主波导衬底1、主波导包层2和主波导芯层3；相变材料4置于除光路方向以外的主波导芯层3表面，加热电极5与相变材料4相连。相变材料4存在晶态和非晶态，通过加热电极对相变材料4施加一定的热，使其在两个状态下相互转换，进而控制其对主波导中传输光波的吸收损耗，实现器件的开与关。
所述的相变材料4置于主波导芯层3的正上方、主波导芯层3的正下方、主波导芯层3的右侧方、主波导芯层3的左侧方或者在主波导芯层3以上四个方向排列组合的位置。
所述的主波导芯层3的材料为硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的任意一种。
所述的相变材料4为Ge2Sb2Te5相变材料或者为M:GexSbyTez相变材料。
当采用的主波导芯层材料为硅时，制备衬底1，旋涂包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充芯层3，旋涂包层2，制备一层电极5，刻蚀该层电极5，填充相变材料4。从光纤或其他平面光波导回路输出的光信号耦合进入主波导芯层3，通过脉冲加载在电极5上调节相变材料4，当相变材料4在晶态状态下，器件处于off状态，而当相变材料4处于非晶态状态下，其器件处于on状态。
当采用的主波导芯层材料为二氧化硅时，制备衬底1，旋涂包层2，制备一层电极5，旋涂相变材料4，再制备一层电极5，旋涂包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充芯层3，旋涂包层2。从光纤或其他平面光波导回路输出的光信号耦合进入主波导芯层3，通过脉冲加载在电极5上调节相变材料4，当相变材料4在晶态状态下，器件处于off状态，而当相变材料4处于非晶态状态下，其器件处于on状态。
当采用的主波导芯层材料为玻璃时，两次离子交换获得主波导，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，制备一层电极5，刻蚀该层电极5，旋涂相变材料4。从光纤或其他平面光波导回路输出的光信号耦合进入主波导芯层3，通过脉冲加载在电极5上调节相变材料4，当相变材料4在晶态状态下，器件处于off状态，而当相变材料4处于非晶态状态下，其器件处于on状态。
当采用的主波导芯层材料为III-V族化合物时，制备外延生长片，旋涂光刻胶，光刻，显影，刻蚀并去除光刻胶，制备一层电极5，刻蚀该层电极5，旋涂相变材料4。从光纤或其他平面光波导回路输出的光信号耦合进入主波导芯层3，通过脉冲加载在电极5上调节相变材料4，当相变材料4在晶态状态下，器件处于off状态，而当相变材料4处于非晶态状态下，其器件处于on状态。
当采用的主波导芯层材料为聚合物，且相变材料覆盖主波导一周时：制备衬底1，旋涂包层2，制备一层电极5，刻蚀该层电极，旋涂相变材料4，旋涂包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充芯层3，旋涂包层2。从光纤或其他平面光波导回路输出的光信号耦合进入主波导芯层3，通过脉冲加载在电极5上调节相变材料4，当相变材料4在晶态状态下，器件处于off状态，而当相变材料4处于非晶态状态下，其器件处于on状态。
与传统的光开关相比，采用相变材料辅助波导的光开光，仅通过调节相变材料的状态，实现光路的切换，大大缩减了传统光开关在开与关持续过程的能耗，实现器件的低功耗，也更有利于器件的绿色与环保。
Claims (4)
1.一种相变材料辅助的自持式波导光开关，包括主波导衬底(1)、主波导包层(2)和主波导芯层(3)；其特征在于：相变材料(4)置于除光路方向以外的主波导芯层(3)表面，加热电极(5)与相变材料(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的自持式波导光开关，其特征在于：所述的相变材料(4)置于主波导芯层(3)的正上方、主波导芯层(3)的正下方、主波导芯层(3)的右侧方、主波导芯层(3)的左侧方或者在主波导芯层(3)以上四个方向排列组合的位置。
3.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的自持式波导光开关，其特征在于：所述的主波导芯层(3)的材料为硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的自持式波导光开关，其特征在于：所述的相变材料(4)为Ge2Sb2Te5相变材料或者为M:GexSbyTez相变材料。
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