CN107479217A - 一种基于点阵结构的可重构光波导及其应用 - Google Patents

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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects

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Abstract

本发明涉及一种基于点阵结构的可重构光波导及其应用。所述基于点阵结构的可重构光波导包括基底和设置在基底上、下表面的上条形电极和下条形电极；所述上条形电极沿着基底的宽度方向设置，所述下条形电极沿着基底的长度方向设置；上条形电极和下条形电极垂直设置；上条形电极和下条形电极的重合区域构成折射率控制单元；所述基底为具有热光效应的材料。本发明所述基于点阵结构的可重构光波导，可实现多个器件同时构建和工作，进一步提高构建灵活性和提高工作效率。

Description

一种基于点阵结构的可重构光波导及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于点阵结构的可重构光波导及其应用，属于可重构光器件的技术领域。
背景技术
随着社会的进步，科技的不断发展，人们对信息的需求与日俱增，网络规模的不断扩大与各种新业务的不断部署，对光网络提出了更高的要求。然而传统光网络显现出数据业务带宽分配不灵活与传送效率低等弱点。可重构技术以其灵活性、可扩展性、对新业务的适应性、绿色节能等优势，日渐得到广泛关注。
随着可重构技术的不断发展，人们对各类可重构的光器件的研究也越来越深入，各类可重构光器件被提出，如可重构光开关，可重构滤波器，可重构光分叉复用器等。
中国专利授权公告号101840029B公告了一种集成化可重构光插分复用器。该光插分复用器是利用热光效应调谐微环使得其谐振波长动态可调从而构成了可重构光插分复用器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于点阵结构的可重构光波导。
本发明还提供一种利用上述可重构光波导构建光器件的方法。
本发明的技术方案为：
一种基于点阵结构的可重构光波导，包括基底和设置在基底上、下表面的上条形电极和下条形电极；所述上条形电极沿着基底的宽度方向设置，所述下条形电极沿着基底的长度方向设置；上条形电极和下条形电极垂直设置；上条形电极和下条形电极的重合区域构成折射率控制单元；所述基底为具有热光效应的材料。
根据本发明优选的，所述基底上、下表面分别设置有X个上条形电极和Y个下条形电极；所述X＝0.5×104～1.5×104；Y＝0.5×104～1.5×104。
根据本发明优选的，所述基底为长方体结构。
根据本发明优选的，所述基底的材料为硅、二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯。硅、二氧化硅以及聚甲基丙烯酸甲酯等材料是目前比较成熟的热光材料，具有可观的热光效应，物理化学性能稳定，且制备工艺也相对成熟，均是制备可重构光波导可行选择。
根据本发明优选的，所述上条形电极和下条形电极的宽度均为W；W＝0.2μm～1μm。
根据本发明优选的，所述上条形电极和下条形电极采用电子束光刻的方法在基底加工实现。
由于基底所采用的材料为具有热光效应的材料，通过对折射率控制单元加电，改变相应位置处材料的折射率，材料折射率能够提高10-3量级，从而形成任意形状的波导，停止加电，即可恢复，由此达到可重构目的。
一种利用上述可重构光波导构建光器件的方法，包括步骤如下：
1)设计所要实现光器件的尺寸；
2)根据所设计光器件的尺寸确定需要提高折射率的折射率控制单元的具体位置；
3)对步骤2)中所确定的折射率控制单元进行加电，得到构建的光器件。如第1列第5、6行，第2列第5、6、7、8行都需要提高折射率，那么首先第1列，第5、6行电极同时加电，再对第2列，第5、6、7、8行电极加电，由于材料散热都有延迟，且这个延迟时间相对于扫描时间长得多，因此当逐列扫描加电之后，加电后的所有折射率控制单元对应的材料折射率提高，进而构成所需要的器件。
根据本发明优选的，如果持续对步骤2)中所确定的折射率控制单元进行加电，则构建的光器件继续工作，否则构建的光器件停止工作。
根据本发明优选的，所述步骤3)中对折射率控制单元加电的具体方法为，对每个折射率控制单元对应的上条形电极和下条形电极同时加电，实现对折射率控制单元对应的基底材料加热，改变折射率，实现对折射率控制单元折射率的控制。
根据本发明优选的，所述步骤3)中对折射率控制单元加电的具体方法为，对折射率控制单元逐列或者逐行进行扫描加电。
根据本发明优选的，所述步骤3)中的加电电压为45～55V；加电持续时间为0.5～1.5ms。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述基于点阵结构的可重构光波导，利用基底材料的热光特性，结合点阵排列的折射率控制单元，基于热光效应改变折射率，灵活构造任意形状的光波导；
2、本发明所述基于点阵结构的可重构光波导，基于热光效应通过折射率控制单元加热提高材料折射率，不加热即可恢复，可重复操作，实现光波导的可重构，进而实现光器件的可重构，在物理层面解决光网络数据业务带宽分配不灵活与传送效率低等问题；
3、本发明所述基于点阵结构的可重构光波导，可实现多个器件同时构建和工作，进一步提高构建灵活性和提高工作效率。
附图说明
图1为本发明所述基于点阵结构的可重构光波导的截面图；
图2为本发明所述基于点阵结构的可重构光波导的俯视图；
图3为利用本发明所述基于点阵结构的可重构光波导同时实现光开关和马赫增德干涉仪的示意图；
其中，1、上条形电极；2、基底；3、下条形电极；4、折射率控制单元；5、不加电折射率控制单元；6、加电折射率控制单元。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图1-2所示。
一种基于点阵结构的可重构光波导，包括基底和设置在基底2上、下表面的上条形电极1和下条形电极3；所述上条形电极1沿着基底2的宽度方向设置，所述下条形电极3沿着基底2的长度方向设置；上条形电极1和下条形电极3垂直设置；上条形电极1和下条形电极3的重合区域构成折射率控制单元4；所述基底2为具有热光效应的材料。
所述基底上、下表面分别设置有X个上条形电极1和Y个下条形电极3。其中X＝Y＝10000。
实施例2
如实施例1所述的基于点阵结构的可重构光波导，所不同的是，所述基底2为长方体结构。
实施例3
如实施例1所述的基于点阵结构的可重构光波导，所不同的是，所述基底2的材料为硅。
实施例4
如实施例1所述的基于点阵结构的可重构光波导，所不同的是，所述上条形电极和下条形电极的宽度均为W；W＝0.2μm。
实施例5
如实施例1所述的基于点阵结构的可重构光波导，所不同的是，所述W＝1μm。
实施例6
如实施例1所述的基于点阵结构的可重构光波导，所不同的是，所述上条形电极1和下条形电极3采用电子束光刻的方法在基底加工实现。
由于基底2所采用的材料为具有热光效应的材料，通过对折射率控制单元4加电，改变相应位置处材料的折射率，材料折射率能够提高10-3量级，从而形成任意形状的波导，停止加电，即可恢复，由此达到可重构目的。
实施例7
一种利用实施例1-6所述可重构光波导构建光器件的方法，包括步骤如下：
1)设计所要实现光器件的尺寸；
2)根据所设计光器件的尺寸确定需要提高折射率的折射率控制单元4的具体位置；
3)对步骤2)中所确定的折射率控制单元4进行加电，得到构建的光器件。
实施例8
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，如果持续对步骤2)中所确定的折射率控制单元4进行加电，则构建的光器件继续工作，否则构建的光器件停止工作。
实施例9
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，所述步骤3)中对折射率控制单元4加电的具体方法为，对每个折射率控制单元4对应的上条形电极1和下条形电极3同时加电，实现对折射率控制单元4对应的基底2材料加热，改变折射率，实现对折射率控制单元4折射率的控制。
实施例10
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，所述步骤3)中对折射率控制单元4加电的具体方法为，对折射率控制单元4逐列进行扫描加电。
实施例11
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，构建的光器件为1×2的MMI功分器，用光束传输法进行仿真设计，选择输入波导的宽度和长度、MMI区域的宽度以及输出波导的宽度和长度，芯层折射率比包层高10-3，波长为1550nm，以功率均分为目的进行仿真，优化设计MMI区域的长度，得到整个器件的最终尺寸；
1×2的MM功分器结构相对简单，选择较大的W，W＝1μm。如果器件的尺寸是纳米量级，则选择较小的W，如果是微米量级，则选择较大的W，然后根据选取的W尺寸，以及器件所占的最小长度和宽度，确定X和Y的值；
实施例12
如实施例11所述的构建光器件的方法，所不同的是，构建的光器件为波导阵列光栅；波导阵列光栅结构相对复杂，W＝0.2μm。
实施例13
如图3所示。
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，同时构建的光器件为光开关和马赫增德干涉仪。
实施例14
如实施例7所述的构建光器件的方法，所不同的是，所述步骤3)中的加电电压为50V；加电持续时间为1ms。

Claims (10)

1.一种基于点阵结构的可重构光波导，其特征在于，包括基底和设置在基底上、下表面的上条形电极和下条形电极；所述上条形电极沿着基底的宽度方向设置，所述下条形电极沿着基底的长度方向设置；上条形电极和下条形电极垂直设置；上条形电极和下条形电极的重合区域构成折射率控制单元；所述基底为具有热光效应的材料。
2.根据权利要求1所述的基于点阵结构的可重构光波导，其特征在于，所述基底上、下表面分别设置有X个上条形电极和Y个下条形电极；所述X＝0.5×104～1.5×104；Y＝0.5×104～1.5×104；所述上条形电极和下条形电极的宽度均为W；W＝0.2μm～1μm。
3.根据权利要求1所述的基于点阵结构的可重构光波导，其特征在于，所述基底为长方体结构。
4.根据权利要求1所述的基于点阵结构的可重构光波导，其特征在于，所述基底的材料为硅、二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求1所述的基于点阵结构的可重构光波导，其特征在于，所述上条形电极和下条形电极采用电子束光刻的方法在基底加工实现。
6.一种利用权利要求1-5任意一项所述可重构光波导构建光器件的方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)设计所要实现光器件的尺寸；
2)根据所设计光器件的尺寸确定需要提高折射率的折射率控制单元的具体位置；
3)对步骤2)中所确定的折射率控制单元进行加电，得到构建的光器件。
7.根据权利要求6所述的构建光器件的方法，其特征在于，如果持续对步骤2)中所确定的折射率控制单元进行加电，则构建的光器件继续工作，否则构建的光器件停止工作。
8.根据权利要求6所述的构建光器件的方法，其特征在于，所述步骤3)中对折射率控制单元加电的具体方法为，对每个折射率控制单元对应的上条形电极和下条形电极同时加电，实现对折射率控制单元对应的基底材料加热，改变折射率，实现对折射率控制单元折射率的控制。
9.根据权利要求6所述的构建光器件的方法，其特征在于，所述步骤3)中对折射率控制单元加电的具体方法为，对折射率控制单元逐列或者逐行进行扫描加电。
10.根据权利要求6所述的构建光器件的方法，其特征在于，所述步骤3)中的加电电压为45～55V；加电持续时间为0.5～1.5ms。
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