CN101907786B

CN101907786B - 基于环形谐振腔的磁光开关

Info

Publication number: CN101907786B
Application number: CN 201010231228
Authority: CN
Inventors: 翁梓华; 阮剑剑
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2010-07-17
Filing date: 2010-07-17
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: CN101907786A

Abstract

基于环形谐振腔的磁光开关，涉及一种磁光开关。提供一种具备无运动件、开关速度快、稳定性好、驱动电压低、串扰小、体积小和易于高度集成等优点的基于环形谐振腔的磁光开关。设有硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔；硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行于所述硅基层的多层平面结；1根条形光波导用于传输输入的1路信号光，另1根条形光波导用于传输输入的另1路信号光；2根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，2根条形光波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为0～360°；2根条形光波导处于同一平面内的相交状态，或分属于不同平面的交叉状态，包括投影夹角为180°时的平行状态。

Description

基于环形谐振腔的磁光开关

技术领域

本发明涉及一种磁光开关，尤其是涉及一种基于法拉第磁光效应，借助磁光材料制作的环形谐振腔来实现光路切换的磁光开关。

背景技术

在全光网络中，光开关主要应用于光交换系统和主备倒换系统，利用光开关可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈保护等功能。随着全光网络的迅速普及和日益完善，光通信系统需要光分插复用系统、网间信息快速交换设备、光交叉连接器和光路由器等，这些都离不开超高速大规模集成的光开关矩阵。光开关及其规模化集成研究已经成为全光网络建设急需突破的瓶颈，是全光网络和光无源器件的重要研究热点和关键技术难点。

按照开关的工作原理来划分，光开关可以分为机械式光开关和非机械式光开关两大类。机械式光开关的发展比较成熟，它主要是依靠光纤或光学元件的移动来改变光路，具有插入损耗低、偏振无关和串扰小等优点。不足之处是开关时间长和体积大，与要求的纳秒和皮秒量级相差甚远，有的还存在回跳抖动和重复性较差等问题。非机械式光开关省去机械移动的部分，主要利用材料的电光、声光、热光和磁光等效应来改变材料的折射率或其它性质，使光路发生改变。相对于机械式光开关来说，它们具有较高的开关速度，一般可以达到纳秒级甚至皮秒级，可以实现高密度集成并应用于未来的集成光交换和光电子交换系统。不足之处是插入损耗较大和隔离度较低。现阶段较为前沿的非机械光开关有液晶光开关、热光效应光开关、声光开关、电光开关和磁光开关等。

磁光开关的基本原理是利用法拉第(Faraday)磁致旋光效应，通过外加磁场的改变来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的效果。相对于传统的机械式光开关，它具有开关速度快和稳定性高等优势；而相对于其它的非机械式光开关，它又具有驱动电压低和串扰小等优势。近年来，它在光无源器件领域得到越来越多的重视。

在现有的磁光开关中，通常采用的元器件有磁光晶体、偏振分束器、偏振合束器、半波片、双折射晶体、直角棱镜、光纤准直器和反射镜等。通过对已有磁光开关的比较和分析，可以发现存在如下缺点：

(1)开关速度较低。现有的大部分磁光开关产品的开关时间都是微秒量级的，只有少数一两家研究机构研制的产品开关时间达到纳秒量级。这些磁光开关在现有的条件下还能够满足基本要求，但与全光网络进一步要求的皮秒量级还有一定的差距。

(2)体积较大，难于阵列集成。已有的磁光开关大部分采用块状型的磁光材料和块状型的偏振合/分束器，体积较大，磁场利用率不高。同时，块状型结构的外形不利于磁光开关的大规模集成。这与全光网络所需要的光分插复用系统、光交叉连接器和光路由器的密集型多端口输入输出要求相差甚远。

本申请人在中国专利CN1588179中公开一种高速微型磁光开关装置，设有输入装置，输入装置设1根光纤和自聚焦透镜；输入的光束经第1只双折射晶体、法拉第旋转器、石英旋转器、第2只双折射晶体、偏振分束镜和全反射三角棱镜后由输出装置射出。驱动装置输入端接控制信号，输出端接法拉第旋转器。具有偏振灵敏度低、无运动件、插入损耗小、响应速度快、串扰小、体积小、集成化程度高等优点。可满足抗干扰能力强、驱动电压低、稳定性高，电路设计简单、可靠，可长时间连续工作等要求。既可应用于光通讯的光交叉连接器，又可以应用于各种光路监控与维护系统、数据网络、光纤传感器系统和光纤测量系统等。

本申请人在中国专利CN101071202中公开一种反射型磁光开关，设有3个直角棱镜、偏振分束器和偏振光旋转器件；第一直角棱镜输入端外接入射光，再射到偏振分束器；偏振分束器将入射光分解输出2束偏振态正交的P光和S光；第二直角棱镜输入端外接偏振分束器一端，将入射光反射到偏振光旋转器件；偏振光旋转器件的右半部分输入外接偏振分束器的输出端和第二直角棱镜的输出端，并从左半部分输出端将这两束偏振光出射到第三直角棱镜；第三直角棱镜外接偏振光旋转器件的左半部分的输出光，并在第三直角棱镜中反射到偏振光旋转器件左半部分的输入端口，经过偏振光旋转器件后，一束偏振光到第二直角棱镜，经过反射到偏振分束器与另一束偏振光合并，并按照要求进入输出端口。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的磁光开关存在的开关速度较低、难以微型化和无法密集阵列集成等缺点，提供一种具备无运动件、开关速度快、稳定性好、驱动电压低、串扰小、体积小和易于高度集成等优点的基于环形谐振腔的磁光开关。

本发明设有硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔；

所述硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行于所述硅基层的多层平面结构，形成双输入双输出的平面相交光路或双输入双输出的空间交叉光路；所述2根条形光波导处于同一平面或分属于不同平面，2根条形光波导中的1根条形光波导用于传输输入的1路信号光，2根条形光波导中的另1根条形光波导用于传输输入的另1路信号光；所述2根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，2根条形光波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为0～360°；所述2根条形光波导处于同一平面内的相交状态，或分属于不同平面的交叉状态，包括投影夹角为180°时的平行状态。

所述2根条形光波导可以采用掺杂半导体材料(AlGaAs-GaAs系或者InGaAsP-InP系)、Si元材料(Si-SiO₂)，或者有机聚合物材料(PMMA或PCZ等)的条形光波导。

所述环形谐振腔通过溅射和液相外延生长等工艺方法由磁光材料制作而成，所述磁光材料可以采用钇铁石榴石(YIG)或者掺铋稀土铁石榴石(Bi-RIG)等磁光材料；所述环形谐振腔的外形可以是片形、或环形等形状；所述环形谐振腔与2根条形光波导之间均分别保持有间距，用于满足匹配条件的信号光进行耦合并实现光路变换。

所述导电极通电时，产生的高速磁场可以磁化磁光材料制作的环形谐振腔，改变磁光材料的等效折射率，使得1根条形光波导中的信号光可以耦合进入环形谐振腔，并进一步耦合到另1根条形光波导中，实现光路切换；所述导电极不通电时，条形光波导中的信号光无法耦合进入环形谐振腔，并且继续保持在原有光路中传输。

所述导电极主要用于电流的传输，其两端外接纳秒脉冲电路，电流通过电极产生一个环形高速磁场，用于磁化环形磁光薄膜。所述高速磁场是指磁场的产生时间和消退时间都达到纳秒量级的磁场；所述导电极为可控元件，通过控制导电极的电流可以实现磁光开关的光路切换。

所述环形谐振腔为磁光材料制作而成的薄膜，可以通过导电极对其产生或者保持饱和磁化，也可以对其产生或者保持反向的饱和磁化；环形磁光薄膜置于高速磁场中，通过控制高速磁场的改变来改变磁光材料的等效折射率，用于改变光路切换。

所述环形谐振腔可为磁光材料制作的环形谐振腔。

本发明利用了环形谐振腔的耦合工作原理。在环形谐振腔磁光开关中，输入光束可以是线偏振光，也可以是椭圆偏振光。输入光束为椭圆偏振光时，省去了偏振分束器和偏振合束器等器件，从而使磁光开关的体积减小，并且有利于光开关的阵列集成。环形磁光薄膜可以通过采用液相外延(LPE)生长法并结合微电子机械系统(MEMS)技术制作而成，环形的直径可以小于1毫米，进一步减小了磁光开关的体积。磁光材料采用掺Bi的RIG薄膜，它具有大的比法拉第旋转值，只要微小磁场就能改变它的等效折射率值。例如，比法拉第旋转值为-1300deg/cm时，则外加磁场值只需3Oe。相应地，小磁场降低了开关的驱动电压，减小了耗能。例如，18mA的电流就能产生3Oe的外加磁场。

利用法拉第磁光效应原理，结合环形磁光薄膜和条形光波导等的特性，可以设计双输入双输出型环形谐振腔磁光开关，实现全光通信网络所必需的全光切换功能。本发明通过外加磁场的变化来改变磁光晶体材料对入射光的等效折射率，从而达到改变和切换光路的效果。与已有的磁光开关相比，本发明的优点为：

(1)采用环形谐振腔技术，光路原理简单实用。

(2)不必采用偏振分束器和偏振合束器等器件，使得本发明的外形尺寸相对于已有的磁光开关有较大程度的减小。

(3)整体结构简单，器件少，可集成可扩展，可多个平行排列，可以大规模集成为高密度的磁光开关阵列。

(4)驱动电压低。环形磁光薄膜对磁场的变化反应灵敏，磁场利用率相对提高，所需的驱动电压低、耗能低、温度稳定性相对提高。

附图说明

图1为本发明实施例1的三维立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的结构侧视示意图。

图3为图1所示的磁光开关处于信号光1“直通”状态的原理示意俯视图。

图4为图1所示的磁光开关处于信号光1“交叉”状态的原理示意俯视图。

图5为图1所示的磁光开关处于信号光2“直通”状态的原理示意俯视图。

图6为图1所示的磁光开关处于信号光2“交叉”状态的原理示意俯视图。

图7为本发明实施例2的三维立体的结构示意图。

图8为本发明实施例2的结构侧视示意图。

图9为图7所示的磁光开关处于信号光1“直通”状态的原理示意俯视图。

图10为图7所示的磁光开关处于信号光1“交叉”状态的原理示意俯视图。

图11为图7所示的磁光开关处于信号光2“直通”状态的原理示意俯视图。

图12为图7所示的磁光开关处于信号光2“交叉”状态的原理示意俯视图。

图13为本发明实施例3的三维立体的结构示意图。

图14为本发明实施例3的结构侧视示意图。

图15为图13所示的磁光开关处于信号光1“直通”状态的原理示意俯视图。

图16为图13所示的磁光开关处于信号光1“交叉”状态的原理示意俯视图。

图17为图13所示的磁光开关处于信号光2“直通”状态的原理示意俯视图。

图18为图13所示的磁光开关处于信号光2“交叉”状态的原理示意俯视图。

图19为本发明实施例4的三维立体的结构示意图。

图20为本发明实施例4的结构侧视示意图。

图21为图19所示的磁光开关处于信号光1“直通”状态的原理示意俯视图。

图22为图19所示的磁光开关处于信号光1“交叉”状态的原理示意俯视图。

图23为图19所示的磁光开关处于信号光2“直通”状态的原理示意俯视图。

图24为图19所示的磁光开关处于信号光2“交叉”状态的原理示意俯视图。

图25为本发明实施例5的三维立体的结构示意图。

图26为本发明实施例5的结构侧视示意图。

图27为图25所示的磁光开关处于信号光1“直通”状态的原理示意俯视图。

图28为图25所示的磁光开关处于信号光1“交叉”状态的原理示意俯视图。

图29为图25所示的磁光开关处于信号光2“直通”状态的原理示意俯视图。

图30为图25所示的磁光开关处于信号光2“交叉”状态的原理示意俯视图。

在图1～30中，各标记分别为：硅基层1，SiO₂衬底2，第1根条形光波导3，第2根条形光波导4，导电极5，环形谐振腔6，电源V，磁场M，光耦合路径L，投影夹角α，电流I。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

在本发明实施例中，第1根条形光波导3和第2根条形光波导4在硅基层1平面上的投影夹角α为0～360°。以下示意图中的投影夹角α为锐角或直角。

实施例1

如图1和2所示，本实施例公开了一种平面相交的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关，包括硅基层1、SiO₂衬底2、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、导电极5和环形谐振腔6。其中，导电极5、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、环形谐振腔6、SiO₂衬底2和硅基层1自上而下依次设置，构成相对于硅基层1的平面相交的双输入双输出光路。第1根条形光波导3、第2根条形光波导4和环形谐振腔6处于同一平面，而且所述的平面位于硅基层1之上。环形谐振腔6为磁光材料制作而成，同时导电极5放置于环形谐振腔6的对称轴位置。导电极5为可控元件，可以通过电流产生磁场M，以对所述的环形谐振腔6中的磁光材料产生外加饱和磁场，或者使所述的外加饱和磁场消失。在外加饱和磁场的作用下，环形谐振腔6的磁光材料折射率发生改变以满足耦合条件，使得1根条形光波导中的信号光可以从环形谐振腔6侧面耦合进入环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从其别处侧面耦合到另1根条形光波导，从而可以通过控制导电极5来实现磁光开关的光路切换。

如图3所示，当导电极5的电流I为零时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从“输出1”端口输出，光路处于“直通”状态。如图4所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从侧面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从侧面耦合到第2根条形光波导4，并从“输出2”端口输出，光路处于“交叉”状态。如图5所示，当导电极5的电流I为零时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从“输出2”端口输出，光路处于“直通”状态。如图6所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从侧面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从侧面耦合到第1根条形光波导3，并从“输出1”端口输出，光路处于“交叉”状态。

对于同时存在信号光1和信号光2的情况，当导电极5电流为零时，所述的光路为图3和图5的叠加状态，光路处于“直通”状态；当导电极5电流为饱和电流时，所述的光路为图4和图6的叠加状态，光路处于“交叉”状态。

本实施例中的环形谐振腔6直径约为30μm，2根条形光波导线宽为0.5μm，环形谐振腔6与2根条形光波导的间距范围为0.1～0.35μm。微米量级的光路结构，使得环形谐振腔磁光开关可以大规模高密度集成。

实施例2

如图7和8所示，本实施例公开了一种空间立体交叉的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关，包括硅基层1、SiO₂衬底2、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、导电极5和环形谐振腔6。其中，导电极5、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、环形谐振腔6、SiO₂衬底2和硅基层1自上而下依次设置，构成相对于硅基层的空间立体交叉的双输入双输出光路。2根条形光波导和环形谐振腔分属于3个不同的平面；第2根条形光波导4所属平面、环形谐振腔6所属平面和第1根条形光波导3所属平面自上而下依次设置，而且所述的3个平面均位于硅基层1上方。环形谐振腔6为磁光材料制作而成，同时导电极5放置于环形谐振腔6的对称轴位置。导电极5为可控元件，可以通过电流产生磁场M，以对所述的环形谐振腔6中的磁光材料产生外加饱和磁场，或者使所述的外加饱和磁场消失。在外加饱和磁场的作用下，环形谐振腔6的磁光材料折射率发生改变以满足耦合条件，使得1根条形光波导中的信号光可以从环形谐振腔6顶面耦合进入环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从其另一顶面耦合到另1根条形光波导，从而可以通过控制导电极5来实现磁光开关的光路切换。

如图9所示，当导电极5的电流为零时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从“输出1”端口输出，光路处于“直通”状态。如图10所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并向上耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6向上耦合到第2根条形光波导4，并从“输出2”端口输出，光路处于“交叉”状态。如图11所示，当导电极5的电流为零时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从“输出2”端口输出，光路处于“直通”状态。如图12所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并向下耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6向下耦合到第1根条形光波导3，并从“输出1”端口输出，光路处于“交叉”状态。

对于同时存在信号光1和信号光2的情况，当导电极5电流为零时，所述的光路为图9和11的叠加状态，光路处于“直通”状态；当导电极5电流为饱和电流时，所述的光路为图10和12的叠加状态，光路处于“交叉”状态。

本实施例中的环形谐振腔6和2根条形光波导的结构尺寸基本同于实施例1中的，但环形谐振腔6的宽度明显增加。

实施例3

如图13和14所示，本实施例公开了一种空间立体交叉的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关，包括硅基层1、SiO₂衬底2、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、导电极5和环形谐振腔6。其中，导电极5、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、环形谐振腔6、SiO₂衬底2和硅基层1自上而下依次设置，构成相对于硅基层1的空间立体交叉的双输入双输出光路。环形谐振腔6位于硅基层1上方，第2根条形光波导4位于环形谐振腔6上半段一侧并形成耦合结构，第1根条形光波导3位于环形谐振腔6下半段一侧并形成耦合结构；2根条形光波导分属于2个不同的平面，第2根条形光波导4所属平面和第1根条形光波导3所属平面自上而下依次设置，而且所述的2个平面均位于硅基层1上方。环形谐振腔6为磁光材料制作而成，同时导电极5放置于环形谐振腔6的对称轴位置。导电极5为可控元件，可以通过电流产生磁场M，以对所述的环形谐振腔6中的磁光材料产生外加饱和磁场，或者使所述的外加饱和磁场消失。在外加饱和磁场的作用下，环形谐振腔6的磁光材料折射率发生改变以满足耦合条件，使得1根条形光波导中的信号光可以从环形谐振腔6侧面耦合进入环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从其别处侧面耦合到另1根条形光波导，从而可以通过控制导电极5来实现磁光开关的光路切换。

如图15所示，当导电极5的电流为零时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从“输出1”端口输出，光路处于“直通”状态。如图16所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从侧面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从侧面耦合到第2根条形光波导4，并从“输出2”端口输出，光路处于“交叉”状态。如图17所示，当导电极5的电流为零时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从“输出2”端口输出，光路处于“直通”状态。如图18所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从侧面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从侧面耦合到第1根条形光波导3，并从“输出1”端口输出，光路处于“交叉”状态。

对于同时存在信号光1和信号光2的情况，当导电极5电流为零时，所述的光路为图15和17的叠加状态，光路处于“直通”状态；当导电极5电流为饱和电流时，所述的光路为图16和18的叠加状态，光路处于，“交叉”状态。

本实施例中的环形谐振腔6和2根条形光波导的结构尺寸基本同于实施例1中的，但环形谐振腔的厚度明显增加。

实施例4

如图19和20所示，本实施例公开了一种空间立体交叉的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关，包括硅基层1、SiO₂衬底2、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、导电极5和环形谐振腔6。其中，导电极5、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、环形谐振腔6、SiO₂衬底2和硅基层1自上而下依次设置，构成相对于硅基层1的空间立体交叉的双输入双输出光路。环形谐振腔6和第1根条形光波导3位于同一平面，并且位于硅基层1上方。第2根条形光波导4横跨在环形谐振腔6和第1根条形光波导3之上。环形谐振腔6为磁光材料制作而成，同时导电极5放置于环形谐振腔6的对称轴位置。导电极5为可控元件，可以通过电流产生磁场M，以对所述的环形谐振腔6中的磁光材料产生外加饱和磁场，或者使所述的外加饱和磁场消失。在外加饱和磁场的作用下，环形谐振腔6的磁光材料折射率发生改变以满足耦合条件，使得1根条形光波导中的信号光可以从环形谐振腔6耦合进入环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6耦合到另1根条形光波导，从而可以通过控制导电极5来实现磁光开关的光路切换。

如图21所示，当导电极5的电流为零时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从“输出1”端口输出，光路处于“直通”状态。如图22所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从侧面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从顶面耦合到第2根条形光波导4，并从“输出2”端口输出，光路处于“交叉”状态。如图23所示，当导电极5的电流为零时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从“输出2”端口输出，光路处于“直通”状态。如图24所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从顶面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从侧面耦合到第1根条形光波导3，并从“输出1”端口输出，光路处于“交叉”状态。

对于同时存在信号光1和信号光2的情况，当导电极5电流为零时，所述的光路为图21和23的叠加状态，光路处于“直通”状态；当导电极5电流为饱和电流时，所述的光路为图22和24的叠加状态，光路处于“交叉”状态。

本实施例中的环形谐振腔6和2根条形光波导的结构尺寸基本同于实施例1中的，但环形谐振腔6的宽度明显增加，且2个条形光波导的较大底面是相互垂直的。

实施例5

如图25和26所示，本实施例公开了一种空间立体交叉的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关，包括硅基层1、SiO₂衬底2、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、导电极5和环形谐振腔6。其中，导电极5、第1根条形光波导3、第2根条形光波导4、环形谐振腔6、SiO₂衬底2和硅基层1自上而下依次设置，构成相对于硅基层1的空间立体交叉的双输入双输出光路。第1根条形光波导3和第2根条形光波导4处于同一平面，而且所述的平面平行地安置于硅基层1之上。在2根条形光波导所处平面之上，放置了环形谐振腔6。环形谐振腔6为磁光材料制作而成，同时导电极5放置于环形谐振腔6的对称轴位置。导电极5为可控元件，可以通过电流产生磁场M，以对所述的环形谐振腔6中的磁光材料产生外加饱和磁场，或者使所述的外加饱和磁场消失。在外加饱和磁场的作用下，环形谐振腔6的磁光材料折射率发生改变以满足耦合条件，使得1根条形光波导中的信号光可以从环形谐振腔6耦合进入环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6耦合到另1根条形光波导，从而可以通过控制导电极来实现磁光开关的光路切换。

如图27所示，当导电极5的电流为零时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从“输出1”端口输出，光路处于“直通”状态。如图28所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光1自第1根条形光波导3的“输入1”端口输入，并从顶面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从顶面耦合到第2根条形光波导4，并从“输出2”端口输出，光路处于“交叉”状态。如图29所示，当导电极5的电流为零时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从“输出2”端口输出，光路处于“直通”状态。如图30所示，当导电极5施加饱和电流时，信号光2自第2根条形光波导4的“输入2”端口输入，并从顶面耦合到环形谐振腔6，进而由环形谐振腔6从顶面耦合到第1根条形光波导3，并从“输出1”端口输出，光路处于“交叉”状态。

对于同时存在信号光1和信号光2的情况，当导电极5电流为零时，所述的光路为图27和29的叠加状态，光路处于“直通”状态；当导电极5电流为饱和电流时，所述的光路为图28和30的叠加状态，光路处于“交叉”状态。

本实施例中的环形谐振腔6和2根条形光波导的结构尺寸基本同于实施例1中的，但环形谐振腔6的宽度明显增加，且2根条形光波导处于同一平面。

在上述实施例所涉及的图1～30中，各标记分别为：硅基层1，SiO₂衬底2，第1根条形光波导3，第2根条形光波导4，导电极5，环形谐振腔6，电源V，磁场M，光耦合路径L，投影夹角α，电流I。

以上实施例包含平面相交的和立体交叉的双输入双输出光路的环形谐振腔磁光开关。因此，任何未脱离本发明的精神和范畴，而对其进行的修改或更改，均包含在本发明所主张的保护范围中。

Claims

1.基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于设有硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔；

所述硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行于所述硅基层的多层平面结构，形成双输入双输出的平面相交光路或双输入双输出的空间交叉光路；2根条形光波导中的1根条形光波导用于传输输入的1路信号光，2根条形光波导中的另1根条形光波导用于传输输入的另1路信号光；所述2根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，2根条形光波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为0～360°；

所述2根条形光波导处于同一平面或分属于不同平面；所述2根条形光波导处于同一平面内的相交状态，或分属于不同平面的交叉状态；

所述环形谐振腔是通过溅射和液相外延生长工艺方法由磁光材料制作而成，所述磁光材料为钇铁石榴石或者掺铋稀土铁石榴石。

2.如权利要求1所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述2根条形光波导为掺杂半导体材料条形光波导、Si元材料条形光波导，或者有机聚合物材料条形光波导。

3.如权利要求2所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述掺杂半导体材料为AlGaAs-GaAs系或InGaAsP-InP系。

4.如权利要求2所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述有机聚合物材料为PMMA。

5.如权利要求1所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述环形谐振腔的外形为片形或环形。

6.如权利要求1所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述环形谐振腔与2根条形光波导之间均分别保持有间距。

7.如权利要求1所述的基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于所述环形谐振腔为磁光材料制作而成的薄膜。