CN101866065A - 一种相变材料辅助的自持式光控波导光开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，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，采用驱动光源为外置光源照射在相变材料上，控制主波导的损耗，从而实现光路的开启与关闭引起相变材料状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。采用该结构一方面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，另一方面光控光开关不需要受电信号速度的限制，可大大提高开关的速度。本发明作为一种高速、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，具体涉及一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关。
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。另外光控光开关不需要受电信号速度的限制，可大大提高开关的速度。因此，我们提出一种相变材料辅助的自持式光控波导光开关，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，同时也大大提高了开关速度。
发明内容
为了缩减波导光开关的能耗和提高开关速度，实现一种高速的低功耗光学元器件。本发明的目的在于提供一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关。它通过外置光源产生的光经光纤传输或者经透镜后，照射在相变材料上，从而引起相变材料的状态的改变，继而实现光路的开启与关闭。
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，采用驱动光源为外置光源照射在相变材料上，引起相变材料状态的改变，控制主波导的损耗，从而实现光路的开启与关闭。
所述的驱动光源采用外置光源，外置光源产生的光经光纤传输后，照射在相变材料上，引起相变材料状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
所述的驱动光源采用外置光源，外置光源直接或经透镜后，照射在相变材料上，引起相变材料状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
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：
相变材料辅助波导的光控光开光，通过外置光源与光纤相连接，当外置光源产生的经光纤传输或者透镜后，照射在相变材料上，从而引起相变材料的状态的改变，进而控制主波导的损耗，实现光路的开启与关闭。采用该结构一方面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，另一方面光控光开关不需要受电信号速度的限制，可大大提高开关的速度。本发明作为一种高速、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是本发明的一种结构原理俯视示意图。
图2是本发明的另一种结构原理俯视示意图。
图3是图1或图2波导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、外置光源，6、光纤，7、透镜。
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、图3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；其中：相变材料4置于除光路方向以外的主波导芯层3表面，通过驱动光源控制相变材料4状态改变，进而控制主波导的损耗，实现光路的开启与关闭。
所述的驱动光源采用外置光源5，外置光源5产生的光经光纤6传输后，照射在相变材料4上，引起相变材料4状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
所述的驱动光源采用外置光源5，外置光源5直接或经透镜7后，照射在相变材料4上，引起相变材料4状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
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，制备主波导衬底1，旋涂主波导包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充主波导芯层3，旋涂主波导包层2，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，同时通过外置光源5发出的光经透镜7后，照射在相变材料4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，制备主波导衬底1，旋涂主波导包层2，旋涂相变材料4，旋涂主波导包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充主波导芯层3，旋涂主波导包层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，同时通过外置光源5发出的光经透镜7后，照射在相变材料4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，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，同时通过外置光源5发出的光经与其相连光纤6传输后，照射在相变材料4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，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，同时通过外置光源5发出的光经与其相连光纤6传输后，照射在相变材料4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：制备主波导衬底1，旋涂主波导包层2，旋涂相变材料4，旋涂主波导包层2，旋涂光刻胶，光刻，刻蚀并去除光刻胶，填充主波导芯层3，旋涂主波导包层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，同时通过外置光源5发出的光经与其相连光纤6传输后，照射在相变材料4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，采用相变材料辅助的光控自持式波导光开关，一方面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，另一方面光控光开关不需要受电信号速度的限制，可大大提高开关的速度。
Claims (6)
1.一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，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，采用驱动光源为外置光源(5)照射在相变材料(4)上，引起相变材料(4)状态的改变，控制主波导的损耗，从而实现光路的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，其特征在于：所述的驱动光源采用外置光源(5)，外置光源(5)产生的光经光纤(6)传输后，照射在相变材料(4)上，引起相变材料(4)状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
3.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，其特征在于：所述的驱动光源采用外置光源(5)，外置光源(5)直接或经透镜(7)后，照射在相变材料(4)上，引起相变材料(4)状态的改变，从而实现光路的开启与关闭。
4.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，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)以上所述方向排列组合的位置。
5.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，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。
6.根据权利要求1所述的一种相变材料辅助的光控自持式波导光开关，其特征在于：所述的相变材料(4)Ge2Sb2Te5相变材料或者为M：GexSbyTez相变材料。
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