CN110927992B - 一种光开关 - Google Patents

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Abstract

一种光开关，涉及光通信器件领域，包括：一侧设有光输入端口，另一侧设有第一分光输出端口和第二分光输出端口的光分束器；一侧设有第一分光输入端口和第二分光输入端口，另一侧设有光输出端口的光合束器；第一分光输出端口和第一分光输入端口之间连接有负热光系数材料光波导，第二分光输出端口和第二分光输入端口之间连接有硅光波导，负热光系数材料光波导和硅光波导之间设有热电极。本发明的有益效果：光开关两条臂上的硅光波导和负热光系数材料光波导的热光系数一正一负，因此在通过同一热电极同时改变硅光波导和负热光系数材料光波导的温度时，两条臂上波导的折射率变化也是一正一负，因此可以大大提高光开关的调节效率。

Description

一种光开关
技术领域
本发明涉及光通信器件技术领域，尤其涉及一种光开关。
背景技术
光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。常用的光开关一般是通过加热改变MZI(Mach-Zehnderinterferometer，马赫-曾德尔干涉仪)中一臂的波导的折射率，从而在两条臂中引入相位差，到达改变输出光强的效果。
硅是一种正热光系数材料，其热光系数约为1.86×10-4/K，因此硅的折射率会随着温度的升高而增加。在硅光开关中，通过在热电极上施加一定的功率，从而导致硅光波导温度的升高，进而导致MZI的两臂有一定的相位差。
但是由于在该过程中温度的变化是同向的，所以不能将同一个热电极同时作用到MZI中两条硅波导上，否则将会导致两条硅波导的相位差的抵消，不能实现光开关的效果。因此，如果可以将同一个热电极同时作用到MZI的两条臂上，并且实现两条臂上相位相反的变化，就可以大大提高光开关的调节效率，降低功耗。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明公开一种高效的光开关，该光开关具有结构灵活、调节效率高、功耗低、消光比高的特点。
一种光开关，所述光开关包括结构主体，所述结构主体包括：
一侧设有光输入端口，另一侧设有第一分光输出端口和第二分光输出端口的光分束器；
一侧设有第一分光输入端口和第二分光输入端口，另一侧设有光输出端口的光合束器；
所述第一分光输出端口和所述第一分光输入端口之间连接有负热光系数材料光波导，所述第二分光输出端口和所述第二分光输入端口之间连接有硅光波导，所述负热光系数材料光波导和所述硅光波导之间设有热电极。
优选的，所述光分束器和所述光合束器的材质均为硅。
优选的，所述负热光系数材料光波导材质为聚合物、氧化钛或热光系数为负数的材质。
优选的，所述光开关结构还包括容置结构，所述容置结构包括：
容置槽体，所述容置槽体为U型槽，由横向部和两个相互平行且垂直连接在所述横向部上的竖向部构成，所述容置槽体的材质为硅；
两个低折射率材料层，分别连接在两个竖向部上远离所述横向部的顶端。
优选的，所述结构主体设置于所述容置结构内，所述负热光系数材料光波导与所述容置结构之间设有第一空气隔离槽，所述硅光波导与所述容置结构之间设有第二空气隔离槽。
优选的，所述第一空气隔离槽的长度不小于所述负热光系数材料光波导的长度。
优选的，所述第二空气隔离槽的长度不小于所述硅光波导的长度。
优选的，所述负热光系数材料光波导两端分别嵌入设有第一反锥形光耦合器和第二反锥形光耦合器，所述负热光系数材料光波导通过所述第一反锥形光耦合器连接所述第一分光输出端口，且通过所述第二反锥形光耦合器连接所述第一分光输入端口；
所述第一反锥形光耦合器的顶点嵌入所述负热光系数材料光波导，所述第一反锥形光耦合器的底面暴露于所述负热光系数材料光波导外且连接所述第一分光输出端口；
所述第二反锥形光耦合器的顶点嵌入所述负热光系数材料光波导，所述第二反锥形光耦合器的底面暴露于所述负热光系数材料光波导外。
优选的，所述第二反锥形光耦合器的底面依次连接第一渐变光波导、第一可调光衰减器、第三渐变光波导以及所述第一分光输入端口。
优选的，所述硅光波导的远离所述第二分光输出端口的一端依次连接第二渐变光波导、第二可调光衰减器以及第四渐变光波导。
本发明的有益效果：本发明提供的高效光开关中，两条臂上的硅光波导和负热光系数材料光波导的热光系数一正一负，因此在通过同一热电极同时改变硅光波导和负热光系数材料光波导的温度时，两条臂上的波导的折射率变化也是一正一负，因此可以大大提高调节效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种光开关的结构主体的结构示意图；
图2为本发明提供的一种光开关的结构示意图。
图中，附图标记的含义如下：
1-光输入端口；201-第一光分合束器；202-第二光分合束器；301-第一反锥形光耦合器；302-第二反锥形光耦合器；4-负热光系数材料光波导；5-硅光波导；6-热电极；701-第一空气隔离槽；702-第二空气隔离槽；801-第一渐变光波导；802-第二渐变光波导；803-第三渐变光波导；804-第四渐变光波导；901-第一可调光衰减器；902-第二可调光衰减器；11-光输出端口；12-容置槽体；13-低折射率材料层；14-第一分光输出端口；15-第二分光输出端口；16-第一分光输入端口；17-第二分光输入端口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
如图1所示，一种光开关，包括结构主体，结构主体包括光分束器201和光合束器202，光分束器201和光合束器202的材质均为硅。
光分束器201一侧设有光输入端口1，另一侧设有第一分光输出端口14和第二分光输出端口15。光分束器201可以是1X2或者2X2的光分合束器，相对应的，光输入端口1应该是1个或者2个。
光合束器202一侧设有第一分光输入端口16和第二分光输入端口17，另一侧设有光输出端口11。光合束器202可以是1X2或者2X2的光分合束器，相对应的，光输入端口1应该是1个或者2个。
第一分光输出端口14和第一分光输入端口16之间连接有负热光系数材料光波导4，第二分光输出端口15和第二分光输入端口17之间连接有硅光波导5，负热光系数材料光波导4和硅光波导5之间设有热电极6。负热光系数材料光波导4材质可以但不限于聚合物或氧化钛，也可采用其他热光系数为负数的材质。硅光波导5的横截面结构尺寸应满足单模波导的调节。
本发明的高效光开关中两条臂上的硅光波导5和负热光系数材料光波导4的热光系数一正一负，因此在通过同一热电极6同时改变硅光波导5和负热光系数材料光波导4的温度时，两条臂上的波导的折射率变化也是一正一负，因此可以大大提高光开关的调节效率。
如图2所示，光开关结构还包括容置结构，容置结构包括：
容置槽体12，容置槽体12为U型槽，由横向部和两个相互平行且垂直连接在横向部上的竖向部构成，容置槽体12可以是硅衬底层。两个竖向部上远离横向部的顶端分别连接有两个低折射率材料层13。
结构主体设置于容置结构内，且结构主体中的负热光系数材料光波导4与一侧的竖向部和低折射率材料层13之间具有第一空气隔离槽701，结构主体中的硅光波导5与另一侧的竖向部和低折射率材料层13之间具有第二空气隔离槽702。第一空气隔离槽701的长度不小于负热光系数材料光波导4的长度。第二空气隔离槽702的长度不小于硅光波导5的长度。还能够通过多个空气隔离槽间隔一定宽度级联实现，并且其宽带一般在5um以上，例如在负热光系数材料光波导4与一侧的容置槽体12之间设有多个空气隔离槽且多个空气隔离槽间隔一定宽度级联，硅光波导5与另一侧的容置槽体12之间设有多个空气隔离槽且多个空气隔离槽间隔一定宽度级联，每个空气隔离槽宽带一般在5um以上。通过设置空气隔离槽降低负热光系数材料光波导4和硅光波导5的热损失。
继续参照图1，负热光系数材料光波导4两端分别嵌入设有第一反锥形光耦合器301和第二反锥形光耦合器302，负热光系数材料光波导4通过第一反锥形光耦合器301连接第一分光输出端口14，且通过第二反锥形光耦合器302连接第一分光输入端口16。
其中，第一反锥形光耦合器301的顶点嵌入负热光系数材料光波导4，第一反锥形光耦合器301的底面暴露于负热光系数材料光波导4外且连接第一分光输出端口14。第二反锥形光耦合器302的顶点嵌入负热光系数材料光波导4，第二反锥形光耦合器302的底面暴露于负热光系数材料光波导4外且依次连接第一渐变光波导801、第一可调光衰减器901、第三渐变光波导803以及第一分光输入端口16。第一反锥形光耦合器301和第二反锥形光耦合器302的材质优选硅。
第一反锥形光耦合器301和第二反锥形光耦合器302能够提高硅材料波导(即采用硅材质的光分束器201)和负热光系数材料光波导4之间的耦合效率，降低光波传输的损耗。第一反锥形光耦合器301和第二反锥形光耦合器302嵌入负热光系数材料光波导4内部的的尖端直径应尽可能小，一般在150nm以下，且第一反锥形光耦合器301和第二反锥形光耦合器302的长度应满足绝热耦合的条件。
第一渐变光波导801和第二渐变光波导802用于调节由硅材料波导(即采用硅材质的第二反锥形光耦合器302)和第一可调光衰减器901的耦合效率，保证两者之间的模式能够更好的匹配。
继续参照图1，硅光波导5的远离第二分光输出端口15的一端依次连接第二渐变光波导802、第二可调光衰减器902以及第四渐变光波导804。
其中，第三渐变光波导803和第四渐变光波导804用于调节硅光波导5和第二可调光衰减器902的耦合效率，保证两者之间的模式能够更好的匹配。
第一可调光衰减器901和第二可调光衰减器902可以通过施加电流改变该光路上的光的损耗，实现两条臂上光损耗的均衡，大大提高光开关的消光比。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种光开关，其特征在于，所述光开关包括结构主体，所述结构主体包括：
一侧设有光输入端口，另一侧设有第一分光输出端口和第二分光输出端口的光分束器；
一侧设有第一分光输入端口和第二分光输入端口，另一侧设有光输出端口的光合束器；
所述第一分光输出端口和所述第一分光输入端口之间连接有负热光系数材料光波导，所述第二分光输出端口和所述第二分光输入端口之间连接有硅光波导，所述负热光系数材料光波导和所述硅光波导之间设有热电极；
所述负热光系数材料光波导两端分别嵌入设有第一反锥形光耦合器和第二反锥形光耦合器，所述负热光系数材料光波导通过所述第一反锥形光耦合器连接所述第一分光输出端口，且通过所述第二反锥形光耦合器连接所述第一分光输入端口；
所述第一反锥形光耦合器的顶点嵌入所述负热光系数材料光波导，所述第一反锥形光耦合器的底面暴露于所述负热光系数材料光波导外且连接所述第一分光输出端口；
所述第二反锥形光耦合器的顶点嵌入所述负热光系数材料光波导，所述第二反锥形光耦合器的底面暴露于所述负热光系数材料光波导外。
2.根据权利要求1的光开关，其特征在于，所述光分束器和所述光合束器的材质均为硅。
3.根据权利要求1的光开关，其特征在于，所述负热光系数材料光波导材质为聚合物、氧化钛或热光系数为负数的材质。
4.根据权利要求1的光开关，其特征在于，所述光开关结构还包括容置结构，所述容置结构包括：
容置槽体，所述容置槽体为U型槽，由横向部和两个相互平行且垂直连接在所述横向部上的竖向部构成，所述容置槽体的材质为硅；
两个低折射率材料层，分别连接在两个竖向部上远离所述横向部的顶端。
5.根据权利要求4的光开关，其特征在于，所述结构主体设置于所述容置结构内，所述负热光系数材料光波导与所述容置结构之间设有第一空气隔离槽，所述硅光波导与所述容置结构之间设有第二空气隔离槽。
6.根据权利要求5的光开关，其特征在于，所述第一空气隔离槽的长度不小于所述负热光系数材料光波导的长度。
7.根据权利要求5的光开关，其特征在于，所述第一空气隔离槽和所述第二空气隔离槽的长度不小于所述硅光波导的长度。
8.根据权利要求1的光开关，其特征在于，所述第二反锥形光耦合器的底面依次连接第一渐变光波导、第一可调光衰减器、第三渐变光波导以及所述第一分光输入端口。
9.根据权利要求1的光开关，其特征在于，所述硅光波导的远离所述第二分光输出端口的一端依次连接第二渐变光波导、第二可调光衰减器以及第四渐变光波导。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103941428A (zh) * 2014-05-05 2014-07-23 浙江大学 一种二氧化硅与聚合物混合集成光波导型热光调制器
CN104849878A (zh) * 2015-06-03 2015-08-19 东南大学 一种基于马赫-曾德结构的氮化硅波导热光开关阵列芯片及其制作方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19549245C2 (de) * 1995-12-19 2000-02-17 Hertz Inst Heinrich Thermo-optischer Schalter
KR100350414B1 (ko) * 2000-10-10 2002-08-28 (주)젠포토닉스 가변 광 감쇄기가 결합된 디지털 열광학 광 스위치
US6987895B2 (en) * 2002-07-02 2006-01-17 Intel Corporation Thermal compensation of waveguides by dual material core having positive thermo-optic coefficient inner core
US20040208421A1 (en) * 2003-04-17 2004-10-21 Alps Electric Co., Ltd. Mach-zehnder interferometer optical switch and mach-zehnder interferometer temperature sensor
JP4638749B2 (ja) * 2005-02-25 2011-02-23 日本電信電話株式会社 熱光学位相変調器及びその製造方法
US10197818B2 (en) * 2016-10-24 2019-02-05 Electronics & Telecommunications Research Institute Thermo-optic optical switch
CN107490829B (zh) * 2017-08-17 2019-12-13 宁波大学 基于反锥形波导的三模式复用器/解复用器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103941428A (zh) * 2014-05-05 2014-07-23 浙江大学 一种二氧化硅与聚合物混合集成光波导型热光调制器
CN104849878A (zh) * 2015-06-03 2015-08-19 东南大学 一种基于马赫-曾德结构的氮化硅波导热光开关阵列芯片及其制作方法

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