CN111999957A - 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关 - Google Patents

基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关 Download PDF

Info

Publication number
CN111999957A
CN111999957A CN202010690370.8A CN202010690370A CN111999957A CN 111999957 A CN111999957 A CN 111999957A CN 202010690370 A CN202010690370 A CN 202010690370A CN 111999957 A CN111999957 A CN 111999957A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
straight
face
isosceles trapezoid
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010690370.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111999957B (zh
Inventor
陈伟伟
梁伟
汪鹏君
张波豪
姚润葵
李燕
戴庭舸
杨建义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN202010690370.8A priority Critical patent/CN111999957B/zh
Publication of CN111999957A publication Critical patent/CN111999957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111999957B publication Critical patent/CN111999957B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—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
    • G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—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
    • G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于包括包层和光开关主体结构，光开关主体结构包括偏振分束器、第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，第一定向耦合器和第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导的弧度为90度，第一锥形波导具有小头端和大头端；优点是串扰低，带宽较宽，且可以用于TE0模式光源和TM0这模式光源同时传播即偏振不敏感。

Description

基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关
技术领域
本发明涉及一种光开关，尤其是涉及一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。
背景技术
在过去的十年里，硅光子学因其实现元件高密度和低功耗的潜力，以及其与互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术的兼容性，在光学互连、传感和信号处理等诸多领域得到广泛的研究。传统的硅光开关主要有基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的硅光开关以及基于微环谐振器(MRR)的硅光开关。这两种硅光开关主要依赖于自由载流子等离子体色散效应和热光效应，而引起人们的广泛关注。但是，为了维持开关状态，需要持续的功耗，因此非常需要一种不消耗额外功率来维持开关状态，并且在串扰、速度等方面具有引人注目的性能的一种光开关。
出于对上述问题的考虑，人们开始尝试将相变材料应用于集成光电子器件中。目前集成在硅波导上的锗锑碲化合物相变材料Ge2Sb2Te5已经普遍用于可重构的片上光学器件的实现，近几年来，人们已经在基于定向耦合器、微环谐振器以及非对称马赫增德尔干涉仪结构上，提出了很多光开关，且报道出来的光开关都能展示良好的性能，但是这些光开关所传播的光源模式很单一，即TE0模式的传播方向与电场方向垂直，TM0模式的传播方向与磁场方向垂直，也就是说它们仅适用于一种偏振状态，并且由于在绝缘体上硅平台的高折射率对比度而对偏振敏感，导致人们在设计光开关的时候，只能选择其中一种偏振模式，因此非常需要一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。
鉴此，设计一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。对于解决串扰问题，增大器件带宽以及解决偏振不敏感问题具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种串扰低，带宽较宽，且偏振不敏感的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，包括包层和光开关主体结构，所述的包层的材料为二氧化硅，所述的光开关主体结构嵌入所述的包层内被所述的包层包裹住，所述的光开关主体结构包括偏振分束器，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导分别由一直波导弯曲两次形成，且所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导的两处弯曲处均为弧形；所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的弧度均为90度，所述的第一锥形波导具有小头端和大头端；所述的偏振分束器、所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一偏振合成器和所述的第二偏振合成器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的交叉波导具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的偏振分束器的输入端为所述的硅光开关的输入端，用于接入由TE0模式光源和TM0模式光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，所述的偏振分束器的第一输出端通过所述的第一弯曲波导和所述的第一定向耦合器的输入端连接，所述的偏振分束器的第二输出端通过所述的第二弯曲波导和所述的第二定向耦合器的输入端连接，所述的第一定向耦合器的第一输出端通过第一矩形波导和所述的第二偏振合成器的第一输入端连接，所述的第一定向耦合器的第二输出端和所述的第一偏振合成器的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第一输出端和所述的第一偏振合成器的第二输入端连接，所述的第一偏振合成器的输出端和所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第二输出端和所述的第一锥形波导的小头端连接，所述的第一锥形波导的大头端和所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第二输入端连接，所述的交叉波导的第一输出端和所述的第三弧形波导的一端连接，所述的第三弧形波导的另一端和所述的第二偏振合成器的第二输入端连接，所述的第二偏振合成器的输出端为所述的硅光开关的第一输出端，所述的交叉波导的第二输出端和所述的第四弧形波导的一端连接，所述的第四弧形波导的另一端和所述的第二矩形波导的一端连接，所述的第二矩形波导的另一端为所述的硅光开关的第二输出端；所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器均具有两种工作模式，两种工作模式分别为相变工作模式和无相变工作模式，当对所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器的相变材料锗锑碲进行加热，使相变材料锗锑碲产生相变时，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于相变工作模式，否则，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于无相变工作模式，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器或者同时处于相变工作模式，或者同时处于无相变工作模式；当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于相变工作模式，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第二输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二定向耦合器的第一输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端无输出，所述的交叉波导的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的第一输入端接入TE0模式光源，所述的第一偏振合成器的第二输入端接入TM0模式光源，所述的第一偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的交叉波导的第一输入端接入TE0/TM0混合模式光源后在其第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源，所述的交叉波导的第一输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的输出端无信号输出，TE0/TM0混合模式光源通过所述的第二矩形波导输出，此时所述的硅光开关的第一输出端无信号输出，所述的硅光开关的第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源；当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于无相变工作模式时，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第一输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第二输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的第一输入端输入TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的输出端无信号输出，所述的交叉波导的第一输入端无信号输入，所述的交叉波导的第二输入端接入TM0模式光源，所述的交叉波导的第一输出端输出TM0模式光源，所述的交叉波导的第二输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端接入TM0模式光源，所述的第二偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的第一锥形波导无输出，此时所述的硅光开关的第二输出端无信号输出，所述的硅光开关的第一输出端输出TE0/TM0混合模式光源。
所述的偏振分束器包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、第一渐变直角梯形波导组、第一直角梯形波导、第二直角梯形波导和第三弯曲波导，所述的第一直波导、所述的第二直波导、所述的第三直波导、所述的第一渐变直角梯形波导组、所述的第一直角梯形波导、所述的第二直角梯形波导和所述的第三弯曲波导的材料均为硅，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度方向沿前后方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度均为450nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度方向沿上下方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度均为220nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的长度方向沿左右方向，所述的第一直波导的左端面作为所述的偏振分束器的输入端，所述的第一直波导的右端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面连接，所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面与所述的第一直角梯形波导的左端面连接，第一直角梯形波导的右端面和所述的第二直波导的左端面连接，所述的第二直波导的右端面为所述的偏振分束器的第一输入端，所述的第一直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第一直角梯形波导的直角腰所在端面为其后端面，所述的第一直角梯形波导的后端面、所述的第一直波导的后端面、所述的第二直波导的后端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导位于所述的第一渐变直角梯形波导组的后侧，所述的第二直角梯形波导的左端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第三弯曲波导的左端面连接，所述的第三弯曲波导的右端面和所述的第三直波导的左端面连接，所述的第三直波导的右端面为所述的偏振分束器的第二输出端，所述的第三直波导的右端面与所述的第二直波导的右端面齐平，所述的第二直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第二直角梯形波导的直角腰所在端面为其前端面，所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离为280nm，所述的第三直波导的前端面与所述的第二直波导的后端面之间的距离大于所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离；所述的第一渐变直角梯形波导组包括10个直角梯形波导和第三矩形波导，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿左右方向长度均为0.5μm，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿上下方向的高度均为220nm，其中10个直角梯形波导按照从左到右顺序排布，将这10个直角梯形波导从左到右依次称为第1个直角梯形波导、第2个直角梯形波导、第3个直角梯形波导、第4个直角梯形波导、第5个直角梯形波导、第6个直角梯形波导、第7个直角梯形波导、第8个直角梯形波导、第9个直角梯形波导和第10个直角梯形波导，所述的第三矩形波导位于第1个直角梯形波导和第2个直角梯形波导之间，这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面位于同一平面，且这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面按顺序依次连接形成所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面，第1个直角梯形波导的左端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面，第1个直角梯形波导的右端面与所述的第三矩形波导的左端面连接且两者完全重合，所述的第三矩形波导的右端面与第2个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第2个直角梯形波导的右端面与第3个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第3个直角梯形波导的右端面与第4个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第4个直角梯形波导的右端面与第5个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第5个直角梯形波导的右端面与第6个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第6个直角梯形波导的右端面与第7个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第7个直角梯形波导的右端面与第8个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第8个直角梯形波导的右端面与第9个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第9个直角梯形波导的右端面与第10个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第10个直角梯形波导的右端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面，第1个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为450nm，第1个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为380nm，所述的第三矩形波导沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm；所述的第一直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，所述的第一直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为450nm，所述的第一直角梯形波导沿上下方向的高度为220nm，所述的第二直角梯形波导沿左右方向的长度为5.5μm，所述的第二直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为300nm，所述的第二直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为450nm，所述的第一直角梯形波导沿上下方向的高度为220nm，所述的第三弯曲波导由前后方向宽度为450nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，且两处弯曲处均为弧形，所述的第三弯曲波导左端面到其右端面之间的距离为12μm，所述的第三弯曲波导的前端面到后端面之间的距离为2.1μm，所述的第三弯曲波导的后端面与所述的第三直波导的后端面位于同一平面。该偏振分束器能将在输入端进来的TE0/TM0两种模式光源，经过第一渐变梯形波导组时，保证TE0模式光源在偏振分束器的第一输出端输出，TM0模式光源在偏振分束器的第二输出端输出，对该偏振分束器进行仿真，仿真结果证明该偏振分束器在1500-1600nm波段范围内，对于TE0模式光源有0.02dB的最低插入损耗，以及高达27.7dB的偏振消光比，对于TM0模式光源有0.062dB的最低插入损耗，以及高达36.8dB的偏振消光比。
所述的第一偏振合成器与所述的偏振分束器呈镜像对称结构，所述的偏振分束器的输入端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的输出端，所述的偏振分束器的第一输出端端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的第一输入端，所述的偏振分束器的第而输出端端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的第二输入端，所述的第二偏振合成器的结构与所述的第一偏振合成器的结构完全相同。
所述的第一定向耦合器包括第四直波导、第五直波导、第六直波导和第四弯曲波导，所述的第四直波导、所述的第五直波导、所述的第六直波导和所述的第四弯曲波导的材料均为硅，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的宽度方向均沿前后方向，所述的第四直波导的宽度为450nm，所述的第五直波导和所述的第六直波导的宽度均为396nm，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的高度方向沿上下方向，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的高度均为220nm，所述的第五直波导的长度方向沿左右方向，所述的第五直波导的长度为15μm，所述的第四直波导的左端面作为所述的第一定向耦合器的输入端，所述的第四直波导的右端面作为所述的第一定向耦合器的第二输出端，所述的第五直波导位于所述的第四直波导的前侧，所述的第五直波导的后端面与所述的第四直波导的前端面之间的距离为180nm，所述的第五直波导的左端面所述的平面位于所述的第四直波导的左端面所在平面的右侧，所述的第五直波导的右端面与所述的第四弯曲波导的左端面连接，所述的第四弯曲波导的右端面与所述的第六直波导的左端面连接，所述的第六直波导的右端面作为所述的第一定向耦合器的第一输出端，所述的第六直波导的右端面与所述的第四直波导的右端面位于同一平面，所述的第四弯曲波导由前后方向宽度为396nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，所述的第四弯曲波导的两处弯折处均为弧形，所述的第四弯曲波导的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为8μm，所述的第四弯曲波导的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为6μm，所述的第四直波导的前端面与所述的第六直波导的后端面之间的距离大于180nm；所述的第五直波导的上表面附着有材料为GST的第一耦合层，所述的第一耦合层的前端面与所述的第五直波导的前端面齐平，所述的第一耦合层的后端面与所述的第五直波导的后端面齐平，所述的第一耦合层的左端面与所述的第五直波导的左端面齐平，所述的第一耦合层的右端面与所述的第五直波导的右端面齐平，所述的第一耦合层的上表面为平面，所述的第一耦合层沿上下方向的高度为20nm，所述的第一耦合层的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第二耦合层，所述的第二耦合层的前端面与所述的第五直波导的前端面齐平，所述的第二耦合层的后端面与所述的第五直波导的后端面齐平，所述的第二耦合层的左端面与所述的第五直波导的左端面齐平，所述的第二耦合层的右端面与所述的第五直波导的右端面齐平，所述的第二耦合层的上表面为平面，所述的第二耦合层沿上下方向的高度为50nm。该第一定向耦合器结构能保证当相变材料锗锑碲不产生相变模式下，输入进来的TE0模式光源会从第一定向耦合器的第一输出端输出，而当相变材料锗锑碲产生相变时，输入进来的TE0模式光源则会从第一定向耦合器的第二输出端输出。
所述的第二定向耦合器包括第七直波导、第八直波导、第九直波导和第五弯曲波导，所述的第七直波导、所述的第八直波导、所述的第九直波导和所述的第五弯曲波导的材料均为硅，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的宽度方向均沿前后方向，所述的第七直波导的宽度为292nm，所述的第八直波导和所述的第九直波导的宽度均为480nm，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的高度方向沿上下方向，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的高度均为220nm，所述的第八直波导的左端面作为所述的第二定向耦合器的输入端，所述的第七直波导的右端面作为所述的第二定向耦合器的第二输出端，所述的第八直波导位于所述的第七直波导的前侧，所述的第八直波导的后端面与所述的第七直波导的前端面之间的距离为450nm，所述的第八直波导的左端面所述的平面位于所述的第七直波导的左端面所在平面的左侧，所述的第八直波导的右端面与所述的第五弯曲波导的左端面连接，所述的第五弯曲波导的右端面与所述的第九直波导的左端面连接，所述的第九直波导的右端面作为所述的第二定向耦合器的第一输出端，所述的第九直波导的右端面与所述的第七直波导的右端面位于同一平面，所述的第五弯曲波导由前后方向宽度为480nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，所述的第五弯曲波导的两处弯折处均为弧形，所述的第五弯曲波导的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为18μm，所述的第五弯曲波导的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为22μm，所述的第七直波导的前端面与所述的第九直波导的后端面之间的距离大于450nm；所述的第七直波导的上表面附着有材料为GST的第三耦合层，所述的第三耦合层的前端面与所述的第七直波导的前端面齐平，所述的第三耦合层的后端面与所述的第七直波导的后端面齐平，所述的第三耦合层的左端面与所述的第七直波导的左端面齐平，所述的第三耦合层的右端面与所述的第七直波导的右端面齐平，所述的第三耦合层的上表面为平面，所述的第三耦合层沿上下方向的高度为20nm，所述的第三耦合层的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第四耦合层，所述的第四耦合层的前端面与所述的第七直波导的前端面齐平，所述的第四耦合层的后端面与所述的第七直波导的后端面齐平，所述的第四耦合层的左端面与所述的第七直波导的左端面齐平，所述的第四耦合层的右端面与所述的第七直波导的右端面齐平，所述的第四耦合层的上表面为平面，所述的第四耦合层沿上下方向的高度为50nm。该第二定向耦合器结构能保证当相变材料锗锑碲不产生相变时，输入进来的TM0模式光源会从第二定向耦合器的第二输出端输出，而当相变材料锗锑碲产生相变时，输入进来的TM0模式光源则会从第二定向耦合器的第一输出端输出。
所述的交叉波导包括第十直波导、第十一直波导、第十二直波导、第十三直波导、方形波导、第一渐变等腰梯形波导组、第二渐变等腰梯形波导组、第三渐变等腰梯形波导组和第四渐变等腰梯形波导组，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导、所述的第十三直波导、所述的方形波导、所述的第一渐变等腰梯形波导组、第二渐变等腰梯形波导组、第三渐变等腰梯形波导组和第四渐变等腰梯形波导组的材料均为硅，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导和所述的第十三直波导的宽度均为500nm，所述的方形波导宽度和长度均为2150nm，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导、所述的第十三直波导和所述的方形波导的高度方向沿上下方向，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导所述的第十三直波导和所述的方形波导的高度均为220nm，所述的第一渐变等腰梯形波导组、所述的第二渐变等腰梯形波导组、所述的第三渐变等腰梯形波导组和所述的第四渐变等腰梯形波导组分别具有大头端和小头端，所述的方向波导的相同的四个侧面作为其四个连接端，依次称为第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，所述的第十直波导的一端作为所述的交叉波导的第一输入端，所述的第十直波导的另一端和所述的第一渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第一渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第一连接端连接，所述的第十一直波导的一端作为所述的交叉波导的第二输入端，所述的第十一直波导的另一端和所述的第二渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第二渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第二连接端连接，所述的第十二直波导的一端作为所述的交叉波导的第一输出端，所述的第十二直波导的另一端和所述的第三渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第三渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第三连接端连接，所述的第十三直波导的一端作为所述的交叉波导的第二输出端，所述的第十三直波导的另一端和所述的第四渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第四渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第四连接端连接；所述的第一渐变等腰梯形波导组包括8个等腰梯形波导、第四矩形波导、第五矩形波导和第六矩形波导，将每个等腰梯形波导的上底所在端面称为其小头端，将每个等腰梯形波导的下底所在端面称为其大头端，所述的第四矩形波导、所述的第五矩形波导和所述的第六矩形波导的长度均为375nm，8个等腰梯形波导、所述的第四矩形波导、所述的第五矩形波导和所述的第六第六矩形波导沿上下方向的高度均为220nm，将这8个等腰梯形波导依次称为第1个等腰梯形波导、第2个等腰梯形波导、第3个等腰梯形波导、第4个等腰梯形波导、第5个等腰梯形波导、第6个等腰梯形波导、第7个等腰梯形波导和第8个等腰梯形波导，第1个等腰梯形波导的小头端端面为所述的第一渐变等腰梯形波导组的小头端，第1个等腰梯形波导的大头端与所述的第2个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第2个等腰梯形波导的大头端与所述的第3个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第3个等腰梯形波导的大头端与所述的第4个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第4个等腰梯形波导的大头端与所述的第四矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第四矩形波导的另一端与所述的第五矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第五矩形波导的另一端与所述第5个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第5个等腰梯形波导的大头端与所述的第6个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第6个等腰梯形波导的大头端与所述的第六矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第六矩形波导的另一端与所述的第7个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第7个等腰梯形波导的大头端与所述的第8个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第8个等腰梯形波导的大头端作为第一渐变等腰梯形波导组的大头端；第1个等腰梯形波导的小头端的宽度为500nm，第1个等腰梯形波导的大头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导的小头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导的大头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导的小头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导大头端的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导的大头端的宽度为1460nm，所述的第四矩形波导的宽度为1460nm，所述的第五矩形波导的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导的小头端的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导的大头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导的小头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导的大头端的宽度为1640nm，所述的第六矩形波导的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导的小头端的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导的大头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导的小头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导的大头端的宽度为2150nm；所述的第二渐变等腰梯形波导组、所述的第三渐变等腰梯形波导组和所述的第四渐变等腰梯形波导组的结构与所述的第一渐变等腰梯形波导组的结构完全相同。该交叉波导结构能将其第一输入端进来的TE0模式光源和第二输入端进来的TM0模式光源，分别从第二输出端和第一输出端输出。
所述的第一锥形波导的小头端的宽度为为292nm，大头端的宽度为500nm，长度为20μm，所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的宽度均为500nm。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过偏振分束器，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导构建光开关主体结构，且第一定向耦合器和第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，来自输入端混合模式TE0/TM0光源在经过第一偏振分束器时，会将TE0模式光源从第一偏振分束器的第一输出端输出，而TM0模式光源则会从第一偏振分束器的第二输出端输出，起到一个混合模式分离的作用，TE0模式光源会进入第一定向耦合器的输入端，TM0模式光源会进入第二耦合器的输入端，当第一定向耦合器和第二定向耦合器的相变材料锗锑碲不产生相变使第一定向耦合器和第二定向耦合器处在非相变工作模式下，TE0模式光源将会从第一定向耦合器的第一输出端输出，TM0模式光源将会从第二定向耦合器的第二输出端输出，并在交叉波导的第二输入端输入，第一输出端输出，进入第二偏振合成器的第二输入端，与来自第一定向耦合器的第一输出端输出的TE0模式光源汇聚成混合模式光源输出，当第一定向耦合器和第二定向耦合器的相变材料锗锑碲产生相变使第一定向耦合器和第二定向耦合器处在相变工作模式下，TE0模式光源则会在第一定向耦合器的第二输出端输出，进入第一偏振合成器的第一输入端，TM0模式光源则会在第二定向耦合器的第一输出端输出，进入第一偏振合成器的第二输入端，与TE0模式光源汇聚成混合模式在第一偏振合成器的输出端输出，进入交叉波导的第一输入端，最终在交叉波导的第二输出端口输出混合模式光源，以此达到简单光开关的目的，通过对本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关整体进行仿真，在整个1500-1600nm波段范围内，TE0模式光源具有0.78dB的最低插入损耗，-23.7dB的串扰，TM0模式光源具有1.0dB的最低插入损耗，-27.37dB的串扰，整个硅光开关器件的带宽达到30nm，由此本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关串扰较低，带宽较宽且偏振不敏感。
附图说明
图1为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构的结构图；
图2(a)为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中偏振分束器的结构图；
图2(b)为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中偏振分束器的第一渐变直角梯形波导组的结构图；
图3为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中第一定向耦合器的结构图；
图4为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中第一定向耦合器在图1中A-A'处的剖视图；
图5为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中第二定向耦合器的结构图；
图6为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中第二定向耦合器在图1中B-B'处的剖视图；
图7为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中交叉波导的结构图；
图8为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关主体结构中第一渐变等腰梯形波导组的结构图；
图9为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关输入TE0模式光源在第一定向耦合器处于不同工作模式下的仿真传输谱线图；
图10为本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关输入TM0模式光源在第二定向耦合器处于不同工作模式下的仿真传输谱线图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图1所示，一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，包括包层和光开关主体结构，包层的材料为二氧化硅，光开关主体结构嵌入包层内被包层包裹住，光开关主体结构包括偏振分束器PBS1，第一偏振合成器PBC1、第二偏振合成器PBC2、第一定向耦合器DCPCM1、第二定向耦合器DCPCM2、交叉波导PIWC、第一弯曲波导1、第二弯曲波导2、第一矩形波导3、第一锥形波导4、第二矩形波导5、第一弧形波导6、第二弧形波导7、第三弧形波导8和第四弧形波导9，第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2分别具有相变材料锗锑碲，第一弯曲波导1和第二弯曲波导2分别由一直波导弯曲两次形成，且第一弯曲波导1和第二弯曲波导2的两处弯曲处均为弧形；第一弧形波导6、第二弧形波导7、第三弧形波导8和第四弧形波导9的弧度均为90度，第一锥形波导4具有小头端和大头端；偏振分束器PBS1、第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一偏振合成器PBC1和第二偏振合成器PBC2分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，交叉波导PIWC具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，偏振分束器PBS1的输入端为硅光开关的输入端，用于接入由TE0模式光源和TM0模式光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，偏振分束器PBS1的第一输出端通过第一弯曲波导1和第一定向耦合器DCPCM1的输入端连接，偏振分束器PBS1的第二输出端通过第二弯曲波导2和第二定向耦合器DCPCM2的输入端连接，第一定向耦合器DCPCM1的第一输出端通过第一矩形波导3和第二偏振合成器PBC2的第一输入端连接，第一定向耦合器DCPCM1的第二输出端和第一偏振合成器PBC1的第一输入端连接，第二定向耦合器DCPCM2的第一输出端和第一偏振合成器PBC1的第二输入端连接，第一偏振合成器PBC1的输出端和第一弧形波导6的一端连接，第一弧形波导6的另一端和交叉波导PIWC的第一输入端连接，第二定向耦合器DCPCM2的第二输出端和第一锥形波导4的小头端连接，第一锥形波导4的大头端和第二弧形波导7的一端连接，第二弧形波导7的另一端和交叉波导PIWC的第二输入端连接，交叉波导PIWC的第一输出端和第三弧形波导8的一端连接，第三弧形波导8的另一端和第二偏振合成器PBC2的第二输入端连接，第二偏振合成器PBC2的输出端为硅光开关的第一输出端，交叉波导PIWC的第二输出端和第四弧形波导9的一端连接，第四弧形波导9的另一端和第二矩形波导5的一端连接，第二矩形波导5的另一端为硅光开关的第二输出端；第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2均具有两种工作模式，两种工作模式分别为相变工作模式和无相变工作模式，当对第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2的相变材料锗锑碲进行加热，使相变材料锗锑碲产生相变时，第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2处于相变工作模式，否则，第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2处于无相变工作模式，第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2或者同时处于相变工作模式，或者同时处于无相变工作模式；当第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2同时处于相变工作模式，偏振分束器PBS1将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，第一定向耦合器DCPCM1的输入端接入偏振分束器PBS1的第一输出端输出的TE0模式光源，第二定向耦合器DCPCM2的输入端接入偏振分束器PBS1的第二输出端输出的TM0模式光源，此时第一定向耦合器DCPCM1的第二输出端输出TE0模式光源，第一定向耦合器DCPCM1的第一输出端无输出，第二偏振合成器PBC2的第一输入端无信号输入，第二定向耦合器DCPCM2的第一输出端输出TM0模式光源，第二定向耦合器DCPCM2的第二输出端无输出，交叉波导PIWC的第二输入端无信号输入，第一偏振合成器PBC1的第一输入端接入TE0模式光源，第一偏振合成器PBC1的第二输入端接入TM0模式光源，第一偏振合成器PBC1将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，交叉波导PIWC的第一输入端接入TE0/TM0混合模式光源后在其第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源，交叉波导PIWC的第一输出端无信号输出，第二偏振合成器PBC2的第二输入端无信号输入，第二偏振合成器PBC2的输出端无信号输出，TE0/TM0混合模式光源通过第二矩形波导5输出，此时硅光开关的第一输出端无信号输出，硅光开关的第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源；当第一定向耦合器DCPCM1和第二定向耦合器DCPCM2同时处于无相变工作模式时，偏振分束器PBS1将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，第一定向耦合器DCPCM1的输入端接入偏振分束器PBS1的第一输出端输出的TE0模式光源，第二定向耦合器DCPCM2的输入端接入偏振分束器PBS1的第二输出端输出的TM0模式光源，此时第一定向耦合器DCPCM1的第一输出端输出TE0模式光源，第一定向耦合器DCPCM1的第二输出端无输出，第一偏振合成器PBC1的第一输入端无信号输入，第二偏振合成器PBC2的第一输入端输入TE0模式光源，第二定向耦合器DCPCM2的第二输出端输出TM0模式光源，第二定向耦合器DCPCM2的第一输出端无输出，第一偏振合成器PBC1的第二输入端无信号输入，第一偏振合成器PBC1的输出端无信号输出，交叉波导PIWC的第一输入端无信号输入，交叉波导PIWC的第二输入端接入TM0模式光源，交叉波导PIWC的第一输出端输出TM0模式光源，交叉波导PIWC的第二输出端无信号输出，第二偏振合成器PBC2的第一输入端接入TM0模式光源，第二偏振合成器PBC2将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，第一锥形波导4无输出，此时硅光开关的第二输出端无信号输出，硅光开关的第一输出端输出TE0/TM0混合模式光源。
本实施例中，如图2(a)和图2(b)所示，偏振分束器PBS1包括第一直波导10、第二直波导11、第三直波导12、第一渐变直角梯形波导组13、第一直角梯形波导14、第二直角梯形波导15和第三弯曲波导17，第一直波导10、第二直波导11、第三直波导12、第一渐变直角梯形波导组13、第一直角梯形波导14、第二直角梯形波导15和第三弯曲波导17的材料均为硅，第一直波导10、第二直波导11和第三直波导12的宽度方向沿前后方向，第一直波导10、第二直波导11和第三直波导12的宽度均为450nm，第一直波导10、第二直波导11和第三直波导12的高度方向沿上下方向，第一直波导10、第二直波导11和第三直波导12的高度均为220nm，第一直波导10、第二直波导11和第三直波导12的长度方向沿左右方向，第一直波导10的左端面作为偏振分束器PBS1的输入端，第一直波导10的右端面和第一渐变直角梯形波导组13的左端面连接，第一渐变直角梯形波导组13的右端面与第一直角梯形波导14的左端面连接，第一直角梯形波导14的右端面和第二直波导11的左端面连接，第二直波导11的右端面为偏振分束器PBS1的第一输入端，第一直角梯形波导14的左端面与其右端面平行，第一直角梯形波导14的直角腰所在端面为其后端面，第一直角梯形波导14的后端面、第一直波导10的后端面、第二直波导11的后端面和第一渐变直角梯形波导组13的后端面位于同一平面，第二直角梯形波导15位于第一渐变直角梯形波导组13的后侧，第二直角梯形波导15的左端面与第一渐变直角梯形波导组13的左端面位于同一平面，第二直角梯形波导15的右端面与第一渐变直角梯形波导组13的右端面位于同一平面，第二直角梯形波导15的右端面与第三弯曲波导17的左端面连接，第三弯曲波导17的右端面和第三直波导12的左端面连接，第三直波导12的右端面为偏振分束器PBS1的第二输出端，第三直波导12的右端面与第二直波导11的右端面齐平，第二直角梯形波导15的左端面与其右端面平行，第二直角梯形波导15的直角腰所在端面为其前端面，第二直角梯形波导15的前端面与第一渐变直角梯形波导组13的后端面之间的距离为280nm，第三直波导12的前端面与第二直波导11的后端面之间的距离大于第二直角梯形波导15的前端面与第一渐变直角梯形波导组13的后端面之间的距离；第一渐变直角梯形波导组13包括10个直角梯形波导和第三矩形波导18，这10个直角梯形波导和第三矩形波导18沿左右方向长度均为0.5μm，这10个直角梯形波导和第三矩形波导18沿上下方向的高度均为220nm，其中10个直角梯形波导按照从左到右顺序排布，将这10个直角梯形波导从左到右依次称为第1个直角梯形波导19、第2个直角梯形波导20、第3个直角梯形波导21、第4个直角梯形波导22、第5个直角梯形波导23、第6个直角梯形波导24、第7个直角梯形波导25、第8个直角梯形波导26、第9个直角梯形波导27和第10个直角梯形波导28，第三矩形波导18位于第1个直角梯形波导19和第2个直角梯形波导20之间，这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与第三矩形波导18的后端面位于同一平面，且这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与第三矩形波导18的后端面按顺序依次连接形成第一渐变直角梯形波导组13的后端面，第1个直角梯形波导19的左端面为第一渐变直角梯形波导组13的左端面，第1个直角梯形波导19的右端面与第三矩形波导18的左端面连接且两者完全重合，第三矩形波导18的右端面与第2个直角梯形波导20的左端面连接且两者完全重合，第2个直角梯形波导20的右端面与第3个直角梯形波导21的左端面连接且两者完全重合，第3个直角梯形波导21的右端面与第4个直角梯形波导22的左端面连接且两者完全重合，第4个直角梯形波导22的右端面与第5个直角梯形波导23的左端面连接且两者完全重合，第5个直角梯形波导23的右端面与第6个直角梯形波导24的左端面连接且两者完全重合，第6个直角梯形波导24的右端面与第7个直角梯形波导25的左端面连接且两者完全重合，第7个直角梯形波导25的右端面与第8个直角梯形波导26的左端面连接且两者完全重合，第8个直角梯形波导26的右端面与第9个直角梯形波导27的左端面连接且两者完全重合，第9个直角梯形波导27的右端面与第10个直角梯形波导28的左端面连接且两者完全重合，第10个直角梯形波导28的右端面为第一渐变直角梯形波导组13的右端面，第1个直角梯形波导19的左端面沿前后方向的宽度为450nm，第1个直角梯形波导19的右端面沿前后方向的宽度为380nm，第三矩形波导18沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导20的左端面沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导20的右端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导21的左端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导21的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导22的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导22的右端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导23的左端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导23的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导24的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导24的右端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导25的左端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导25的右端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导26的左端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导26的右端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导27的左端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导27的右端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导28的左端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导28的右端面沿前后方向的宽度为340nm；第一直角梯形波导14的左端面沿前后方向的宽度为340nm，第一直角梯形波导14的右端面沿前后方向的宽度为450nm，第一直角梯形波导14沿上下方向的高度为220nm，第二直角梯形波导15沿左右方向的长度为5.5μm，第二直角梯形波导15的左端面沿前后方向的宽度为300nm，第二直角梯形波导15的右端面沿前后方向的宽度为450nm，第一直角梯形波导14沿上下方向的高度为220nm，第三弯曲波导17由前后方向宽度为450nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，且两处弯曲处均为弧形，第三弯曲波导17左端面到其右端面之间的距离为12μm，第三弯曲波导17的前端面到后端面之间的距离为2.1μm，第三弯曲波导17的后端面与第三直波导12的后端面位于同一平面。
本实施例中，第一偏振合成器PBC1与偏振分束器PBS1呈镜像对称结构，偏振分束器PBS1的输入端镜像对称后作为第一偏振合成器PBC1的输出端，偏振分束器PBS1的第一输出端端镜像对称后作为第一偏振合成器PBC1的第一输入端，偏振分束器PBS1的第而输出端端镜像对称后作为第一偏振合成器PBC1的第二输入端，第二偏振合成器PBC2的结构与第一偏振合成器PBC1的结构完全相同。
本实施例中，如图3和图4所示，第一定向耦合器DCPCM1包括第四直波导29、第五直波导30、第六直波导31和第四弯曲波导32，第四直波导29、第五直波导30、第六直波导31和第四弯曲波导32的材料均为硅，第四直波导29、第五直波导30和第六直波导31的宽度方向均沿前后方向，第四直波导29的宽度为450nm，第五直波导30和第六直波导31的宽度均为396nm，第四直波导29、第五直波导30和第六直波导31的高度方向沿上下方向，第四直波导29、第五直波导30和第六直波导31的高度均为220nm，第五直波导30的长度方向沿左右方向，第五直波导30的长度为15μm，第四直波导29的左端面作为第一定向耦合器DCPCM1的输入端，第四直波导29的右端面作为第一定向耦合器DCPCM1的第二输出端，第五直波导30位于第四直波导29的前侧，第五直波导30的后端面与第四直波导29的前端面之间的距离为180nm，第五直波导30的左端面平面位于第四直波导29的左端面所在平面的右侧，第五直波导30的右端面与第四弯曲波导32的左端面连接，第四弯曲波导32的右端面与第六直波导31的左端面连接，第六直波导31的右端面作为第一定向耦合器DCPCM1的第一输出端，第六直波导31的右端面与第四直波导29的右端面位于同一平面，第四弯曲波导32由前后方向宽度为396nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，第四弯曲波导32的两处弯折处均为弧形，第四弯曲波导32的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为8μm，第四弯曲波导32的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为6μm，第四直波导29的前端面与第六直波导31的后端面之间的距离大于180nm；第五直波导30的上表面附着有材料为GST的第一耦合层33，第一耦合层33的前端面与第五直波导30的前端面齐平，第一耦合层33的后端面与第五直波导30的后端面齐平，第一耦合层33的左端面与第五直波导30的左端面齐平，第一耦合层33的右端面与第五直波导30的右端面齐平，第一耦合层33的上表面为平面，第一耦合层33沿上下方向的高度为20nm，第一耦合层33的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第二耦合层34，第二耦合层34的前端面与第五直波导30的前端面齐平，第二耦合层34的后端面与第五直波导30的后端面齐平，第二耦合层34的左端面与第五直波导30的左端面齐平，第二耦合层34的右端面与第五直波导30的右端面齐平，第二耦合层34的上表面为平面，第二耦合层34沿上下方向的高度为50nm。
本实施例中，如图5和图6所示，第二定向耦合器DCPCM2包括第七直波导35、第八直波导36、第九直波导37和第五弯曲波导38，第七直波导35、第八直波导36、第九直波导37和第五弯曲波导38的材料均为硅，第七直波导35、第八直波导36和第九直波导37的宽度方向均沿前后方向，第七直波导35的宽度为292nm，第八直波导36和第九直波导37的宽度均为480nm，第七直波导35、第八直波导36和第九直波导37的高度方向沿上下方向，第七直波导35、第八直波导36和第九直波导37的高度均为220nm，第八直波导36的左端面作为第二定向耦合器DCPCM2的输入端，第七直波导35的右端面作为第二定向耦合器DCPCM2的第二输出端，第八直波导36位于第七直波导35的前侧，第八直波导36的后端面与第七直波导35的前端面之间的距离为450nm，第八直波导36的左端面平面位于第七直波导35的左端面所在平面的左侧，第八直波导36的右端面与第五弯曲波导38的左端面连接，第五弯曲波导38的右端面与第九直波导37的左端面连接，第九直波导37的右端面作为第二定向耦合器DCPCM2的第一输出端，第九直波导37的右端面与第七直波导35的右端面位于同一平面，第五弯曲波导38由前后方向宽度为480nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，第五弯曲波导38的两处弯折处均为弧形，第五弯曲波导38的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为18μm，第五弯曲波导38的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为22μm，第七直波导35的前端面与第九直波导37的后端面之间的距离大于450nm；第七直波导35的上表面附着有材料为GST的第三耦合层39，第三耦合层39的前端面与第七直波导35的前端面齐平，第三耦合层39的后端面与第七直波导35的后端面齐平，第三耦合层39的左端面与第七直波导35的左端面齐平，第三耦合层39的右端面与第七直波导35的右端面齐平，第三耦合层39的上表面为平面，第三耦合层39沿上下方向的高度为20nm，第三耦合层39的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第四耦合层40，第四耦合层40的前端面与第七直波导35的前端面齐平，第四耦合层40的后端面与第七直波导35的后端面齐平，第四耦合层40的左端面与第七直波导35的左端面齐平，第四耦合层40的右端面与第七直波导35的右端面齐平，第四耦合层40的上表面为平面，第四耦合层40沿上下方向的高度为50nm。
本实施例中，如图7和图8所示，交叉波导PIWC包括第十直波导41、第十一直波导42、第十二直波导43、第十三直波导44、方形波导45、第一渐变等腰梯形波导组46、第二渐变等腰梯形波导组47、第三渐变等腰梯形波导组48和第四渐变等腰梯形波导组49，第十直波导41、第十一直波导42、第十二直波导43、第十三直波导44、方形波导45、第一渐变等腰梯形波导组46、第二渐变等腰梯形波导组47、第三渐变等腰梯形波导组48和第四渐变等腰梯形波导组49的材料均为硅，第十直波导41、第十一直波导42、第十二直波导43和第十三直波导44的宽度均为500nm，方形波导45宽度和长度均为2150nm，第十直波导41、第十一直波导42、第十二直波导43、第十三直波导44和方形波导45的高度方向沿上下方向，第十直波导41、第十一直波导42、第十二直波导43第十三直波导44和方形波导45的高度均为220nm，第一渐变等腰梯形波导组46、第二渐变等腰梯形波导组47、第三渐变等腰梯形波导组48和第四渐变等腰梯形波导组49分别具有大头端和小头端，方向波导的相同的四个侧面作为其四个连接端，依次称为第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，第十直波导41的一端作为交叉波导PIWC的第一输入端，第十直波导41的另一端和第一渐变等腰梯形波导组46的小头端连接，第一渐变等腰梯形波导组46的大头端和方形波导45的第一连接端连接，第十一直波导42的一端作为交叉波导PIWC的第二输入端，第十一直波导42的另一端和第二渐变等腰梯形波导组47的小头端连接，第二渐变等腰梯形波导组47的大头端和方形波导45的第二连接端连接，第十二直波导43的一端作为交叉波导PIWC的第一输出端，第十二直波导43的另一端和第三渐变等腰梯形波导组48的小头端连接，第三渐变等腰梯形波导组48的大头端和方形波导45的第三连接端连接，第十三直波导44的一端作为交叉波导PIWC的第二输出端，第十三直波导44的另一端和第四渐变等腰梯形波导组49的小头端连接，第四渐变等腰梯形波导组49的大头端和方形波导45的第四连接端连接；第一渐变等腰梯形波导组46包括8个等腰梯形波导、第四矩形波导50、第五矩形波导51和第六矩形波导52，将每个等腰梯形波导的上底所在端面称为其小头端，将每个等腰梯形波导的下底所在端面称为其大头端，第四矩形波导50、第五矩形波导51和第六矩形波导52的长度均为375nm，8个等腰梯形波导、第四矩形波导50、第五矩形波导51和第六矩形波导52沿上下方向的高度均为220nm，将这8个等腰梯形波导依次称为第1个等腰梯形波导53、第2个等腰梯形波导54、第3个等腰梯形波导55、第4个等腰梯形波导56、第5个等腰梯形波导57、第6个等腰梯形波导58、第7个等腰梯形波导59和第8个等腰梯形波导60，第1个等腰梯形波导53的小头端端面为第一渐变等腰梯形波导组46的小头端，第1个等腰梯形波导53的大头端与第2个等腰梯形波导54的小头端连接且两者完全重合，第2个等腰梯形波导54的大头端与第3个等腰梯形波导55的小头端连接且两者完全重合，第3个等腰梯形波导55的大头端与第4个等腰梯形波导56的小头端连接且两者完全重合，第4个等腰梯形波导56的大头端与第四矩形波导50的一端连接且两者完全重合，第四矩形波导50的另一端与第五矩形波导51的一端连接且两者完全重合，第五矩形波导51的另一端与所述第5个等腰梯形波导57的小头端连接且两者完全重合，第5个等腰梯形波导57的大头端与第6个等腰梯形波导58的小头端连接且两者完全重合，第6个等腰梯形波导58的大头端与第六矩形波导52的一端连接且两者完全重合，第六矩形波导52的另一端与第7个等腰梯形波导59的小头端连接且两者完全重合，第7个等腰梯形波导59的大头端与第8个等腰梯形波导60的小头端连接且两者完全重合，第8个等腰梯形波导60的大头端作为第一渐变等腰梯形波导组46的大头端；第1个等腰梯形波导53的小头端的宽度为500nm，第1个等腰梯形波导53的大头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导54的小头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导54的大头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导55的小头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导55大头端的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导56的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导56的大头端的宽度为1460nm，第四矩形波导50的宽度为1460nm，第五矩形波导51的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导57的小头端的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导57的大头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导58的小头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导58的大头端的宽度为1640nm，第六矩形波导52的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导59的小头端的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导59的大头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导60的小头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导60的大头端的宽度为2150nm；第二渐变等腰梯形波导组47、第三渐变等腰梯形波导组48和第四渐变等腰梯形波导组49的结构与第一渐变等腰梯形波导组46的结构完全相同。
本实施例中，第一锥形波导4的小头端的宽度为为292nm，大头端的宽度为500nm，长度为20μm，第一弧形波导6、第二弧形波导7、第三弧形波导8和第四弧形波导9的宽度均为500nm。
本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关输入TE0模式光源在第一定向耦合器不同工作模式下的仿真传输谱线图如图9所示。图9中正方形点代表输入TE0模式光源在第一定向耦合器处于无相变工作模式下硅光开关的第一输出端Output1传输谱线，圆点代表输入TE0模式光源在第一定向耦合器处于无相变工作模式下硅光开关的第二输出端Output2传输谱线，正三角形点代表输入TE0模式光源在第一定向耦合器处于相变工作模式下硅光开关的第二输出端Output2传输谱线，倒三角形点代表输入TE0模式光源在第一定向耦合器处于相变工作模式下硅光开关的第一输出端Output1传输谱线，分析图9可知在1500-1600nm波段范围内，当第一定向耦合器处于无相变工作模式时，在整个波段有0.83dB的最低插入损耗和-23.7dB的最低串扰，当第一定向耦合器处于相变工作模式时，在整个波段有0.78dB的最低插入损耗和-21.15dB的最低串扰。
本发明的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关输入TM0模式光源在第二定向耦合器不同工作模式下的仿真传输谱线图如图10所示。图10中正方形点代表输入TM0模式光源在第二定向耦合器处于无相变工作模式下硅光开关的第一输出端Output1传输谱线，圆点代表输入TM0模式光源在第二定向耦合器处于无相变工作模式下硅光开关的第二输出端Output2传输谱线，正三角形点代表输入TM0模式光源在第二定向耦合器处于相变工作模式下硅光开关的第二输出端Output2传输谱线，倒三角形点代表输入TM0模式光源在第二定向耦合器处于相变工作模式下硅光开关的第一输出端传输谱线，分析图10可知在1500-1600nm波段范围内，当第二定向耦合器处于无相变工作模式时，在整个波段有1.1dB的最低插入损耗和-27.37dB的最低串扰，当第二定向耦合器处于相变工作模式时，在整个波段有1.0dB的最低插入损耗和-23.13dB的最低串扰。

Claims (7)

1.一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于包括包层和光开关主体结构，所述的包层的材料为二氧化硅，所述的光开关主体结构嵌入所述的包层内被所述的包层包裹住，所述的光开关主体结构包括偏振分束器PBS1，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导分别由一直波导弯曲两次形成，且所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导的两处弯曲处均为弧形；所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的弧度均为90度，所述的第一锥形波导具有小头端和大头端；
所述的偏振分束器、所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一偏振合成器和所述的第二偏振合成器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的交叉波导具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的偏振分束器的输入端为所述的硅光开关的输入端，用于接入由TE0模式光源和TM0模式光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，所述的偏振分束器的第一输出端通过所述的第一弯曲波导和所述的第一定向耦合器的输入端连接，所述的偏振分束器的第二输出端通过所述的第二弯曲波导和所述的第二定向耦合器的输入端连接，所述的第一定向耦合器的第一输出端通过第一矩形波导和所述的第二偏振合成器的第一输入端连接，所述的第一定向耦合器的第二输出端和所述的第一偏振合成器的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第一输出端和所述的第一偏振合成器的第二输入端连接，所述的第一偏振合成器的输出端和所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第二输出端和所述的第一锥形波导的小头端连接，所述的第一锥形波导的大头端和所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第二输入端连接，所述的交叉波导的第一输出端和所述的第三弧形波导的一端连接，所述的第三弧形波导的另一端和所述的第二偏振合成器的第二输入端连接，所述的第二偏振合成器的输出端为所述的硅光开关的第一输出端，所述的交叉波导的第二输出端和所述的第四弧形波导的一端连接，所述的第四弧形波导的另一端和所述的第二矩形波导的一端连接，所述的第二矩形波导的另一端为所述的硅光开关的第二输出端；
所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器均具有两种工作模式，两种工作模式分别为相变工作模式和无相变工作模式，当对所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器的相变材料锗锑碲进行加热，使相变材料锗锑碲产生相变时，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于相变工作模式，否则，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于无相变工作模式，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器或者同时处于相变工作模式，或者同时处于无相变工作模式；
当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于相变工作模式，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第二输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二定向耦合器的第一输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端无输出，所述的交叉波导的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的第一输入端接入TE0模式光源，所述的第一偏振合成器的第二输入端接入TM0模式光源，所述的第一偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的交叉波导的第一输入端接入TE0/TM0混合模式光源后在其第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源，所述的交叉波导的第一输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的输出端无信号输出，TE0/TM0混合模式光源通过所述的第二矩形波导输出，此时所述的硅光开关的第一输出端无信号输出，所述的硅光开关的第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源；
当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于无相变工作模式时，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第一输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第二输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的第一输入端输入TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的输出端无信号输出，所述的交叉波导的第一输入端无信号输入，所述的交叉波导的第二输入端接入TM0模式光源，所述的交叉波导的第一输出端输出TM0模式光源，所述的交叉波导的第二输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端接入TM0模式光源，所述的第二偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的第一锥形波导无输出，此时所述的硅光开关的第二输出端无信号输出，所述的硅光开关的第一输出端输出TE0/TM0混合模式光源。
2.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的偏振分束器包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、第一渐变直角梯形波导组、第一直角梯形波导、第二直角梯形波导和第三弯曲波导，所述的第一直波导、所述的第二直波导、所述的第三直波导、所述的第一渐变直角梯形波导组、所述的第一直角梯形波导、所述的第二直角梯形波导和所述的第三弯曲波导的材料均为硅，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度方向沿前后方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度均为450nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度方向沿上下方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度均为220nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的长度方向沿左右方向，所述的第一直波导的左端面作为所述的偏振分束器的输入端，所述的第一直波导的右端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面连接，所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面与所述的第一直角梯形波导的左端面连接，第一直角梯形波导的右端面和所述的第二直波导的左端面连接，所述的第二直波导的右端面为所述的偏振分束器的第一输入端，所述的第一直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第一直角梯形波导的直角腰所在端面为其后端面，所述的第一直角梯形波导的后端面、所述的第一直波导的后端面、所述的第二直波导的后端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导位于所述的第一渐变直角梯形波导组的后侧，所述的第二直角梯形波导的左端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第三弯曲波导的左端面连接，所述的第三弯曲波导的右端面和所述的第三直波导的左端面连接，所述的第三直波导的右端面为所述的偏振分束器的第二输出端，所述的第三直波导的右端面与所述的第二直波导的右端面齐平，所述的第二直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第二直角梯形波导的直角腰所在端面为其前端面，所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离为280nm，所述的第三直波导的前端面与所述的第二直波导的后端面之间的距离大于所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离；
所述的第一渐变直角梯形波导组包括10个直角梯形波导和第三矩形波导，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿左右方向长度均为0.5μm，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿上下方向的高度均为220nm，其中10个直角梯形波导按照从左到右顺序排布，将这10个直角梯形波导从左到右依次称为第1个直角梯形波导、第2个直角梯形波导、第3个直角梯形波导、第4个直角梯形波导、第5个直角梯形波导、第6个直角梯形波导、第7个直角梯形波导、第8个直角梯形波导、第9个直角梯形波导和第10个直角梯形波导，所述的第三矩形波导位于第1个直角梯形波导和第2个直角梯形波导之间，这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面位于同一平面，且这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面按顺序依次连接形成所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面，第1个直角梯形波导的左端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面，第1个直角梯形波导的右端面与所述的第三矩形波导的左端面连接且两者完全重合，所述的第三矩形波导的右端面与第2个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第2个直角梯形波导的右端面与第3个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第3个直角梯形波导的右端面与第4个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第4个直角梯形波导的右端面与第5个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第5个直角梯形波导的右端面与第6个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第6个直角梯形波导的右端面与第7个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第7个直角梯形波导的右端面与第8个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第8个直角梯形波导的右端面与第9个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第9个直角梯形波导的右端面与第10个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第10个直角梯形波导的右端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面，第1个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为450nm，第1个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为380nm，所述的第三矩形波导沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm；
所述的第一直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，所述的第一直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为450nm，所述的第一直角梯形波导沿上下方向的高度为220nm，所述的第二直角梯形波导沿左右方向的长度为5.5μm，所述的第二直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为300nm，所述的第二直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为450nm，所述的第一直角梯形波导沿上下方向的高度为220nm，所述的第三弯曲波导由前后方向宽度为450nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，且两处弯曲处均为弧形，所述的第三弯曲波导左端面到其右端面之间的距离为12μm，所述的第三弯曲波导的前端面到后端面之间的距离为2.1μm，所述的第三弯曲波导的后端面与所述的第三直波导的后端面位于同一平面。
3.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的第一偏振合成器与所述的偏振分束器呈镜像对称结构，所述的偏振分束器的输入端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的输出端，所述的偏振分束器的第一输出端端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的第一输入端，所述的偏振分束器的第而输出端端镜像对称后作为所述的第一偏振合成器的第二输入端，所述的第二偏振合成器的结构与所述的第一偏振合成器的结构完全相同。
4.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的第一定向耦合器包括第四直波导、第五直波导、第六直波导和第四弯曲波导，所述的第四直波导、所述的第五直波导、所述的第六直波导和所述的第四弯曲波导的材料均为硅，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的宽度方向均沿前后方向，所述的第四直波导的宽度为450nm，所述的第五直波导和所述的第六直波导的宽度均为396nm，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的高度方向沿上下方向，所述的第四直波导、所述的第五直波导和所述的第六直波导的高度均为220nm，所述的第五直波导的长度方向沿左右方向，所述的第五直波导的长度为15μm，所述的第四直波导的左端面作为所述的第一定向耦合器的输入端，所述的第四直波导的右端面作为所述的第一定向耦合器的第二输出端，所述的第五直波导位于所述的第四直波导的前侧，所述的第五直波导的后端面与所述的第四直波导的前端面之间的距离为180nm，所述的第五直波导的左端面所述的平面位于所述的第四直波导的左端面所在平面的右侧，所述的第五直波导的右端面与所述的第四弯曲波导的左端面连接，所述的第四弯曲波导的右端面与所述的第六直波导的左端面连接，所述的第六直波导的右端面作为所述的第一定向耦合器的第一输出端，所述的第六直波导的右端面与所述的第四直波导的右端面位于同一平面，所述的第四弯曲波导由前后方向宽度为396nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，所述的第四弯曲波导的两处弯折处均为弧形，所述的第四弯曲波导的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为8μm，所述的第四弯曲波导的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为6μm，所述的第四直波导的前端面与所述的第六直波导的后端面之间的距离大于180nm；所述的第五直波导的上表面附着有材料为GST的第一耦合层，所述的第一耦合层的前端面与所述的第五直波导的前端面齐平，所述的第一耦合层的后端面与所述的第五直波导的后端面齐平，所述的第一耦合层的左端面与所述的第五直波导的左端面齐平，所述的第一耦合层的右端面与所述的第五直波导的右端面齐平，所述的第一耦合层的上表面为平面，所述的第一耦合层沿上下方向的高度为20nm，所述的第一耦合层的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第二耦合层，所述的第二耦合层的前端面与所述的第五直波导的前端面齐平，所述的第二耦合层的后端面与所述的第五直波导的后端面齐平，所述的第二耦合层的左端面与所述的第五直波导的左端面齐平，所述的第二耦合层的右端面与所述的第五直波导的右端面齐平，所述的第二耦合层的上表面为平面，所述的第二耦合层沿上下方向的高度为50nm。
5.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的第二定向耦合器包括第七直波导、第八直波导、第九直波导和第五弯曲波导，所述的第七直波导、所述的第八直波导、所述的第九直波导和所述的第五弯曲波导的材料均为硅，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的宽度方向均沿前后方向，所述的第七直波导的宽度为292nm，所述的第八直波导和所述的第九直波导的宽度均为480nm，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的高度方向沿上下方向，所述的第七直波导、所述的第八直波导和所述的第九直波导的高度均为220nm，所述的第八直波导的左端面作为所述的第二定向耦合器的输入端，所述的第七直波导的右端面作为所述的第二定向耦合器的第二输出端，所述的第八直波导位于所述的第七直波导的前侧，所述的第八直波导的后端面与所述的第七直波导的前端面之间的距离为450nm，所述的第八直波导的左端面所述的平面位于所述的第七直波导的左端面所在平面的左侧，所述的第八直波导的右端面与所述的第五弯曲波导的左端面连接，所述的第五弯曲波导的右端面与所述的第九直波导的左端面连接，所述的第九直波导的右端面作为所述的第二定向耦合器的第一输出端，所述的第九直波导的右端面与所述的第七直波导的右端面位于同一平面，所述的第五弯曲波导由前后方向宽度为480nm，上下方向高度为220nm的直波导弯折两次形成，所述的第五弯曲波导的两处弯折处均为弧形，所述的第五弯曲波导的左端面所在平面到其右端面所在平面的距离为18μm，所述的第五弯曲波导的前端面所在平面到其后端面所在平面的距离为22μm，所述的第七直波导的前端面与所述的第九直波导的后端面之间的距离大于450nm；所述的第七直波导的上表面附着有材料为GST的第三耦合层，所述的第三耦合层的前端面与所述的第七直波导的前端面齐平，所述的第三耦合层的后端面与所述的第七直波导的后端面齐平，所述的第三耦合层的左端面与所述的第七直波导的左端面齐平，所述的第三耦合层的右端面与所述的第七直波导的右端面齐平，所述的第三耦合层的上表面为平面，所述的第三耦合层沿上下方向的高度为20nm，所述的第三耦合层的上表面附着有材料为氧化铟锡(ITO)的第四耦合层，所述的第四耦合层的前端面与所述的第七直波导的前端面齐平，所述的第四耦合层的后端面与所述的第七直波导的后端面齐平，所述的第四耦合层的左端面与所述的第七直波导的左端面齐平，所述的第四耦合层的右端面与所述的第七直波导的右端面齐平，所述的第四耦合层的上表面为平面，所述的第四耦合层沿上下方向的高度为50nm。
6.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的交叉波导包括第十直波导、第十一直波导、第十二直波导、第十三直波导、方形波导、第一渐变等腰梯形波导组、第二渐变等腰梯形波导组、第三渐变等腰梯形波导组和第四渐变等腰梯形波导组，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导、所述的第十三直波导、所述的方形波导、所述的第一渐变等腰梯形波导组、第二渐变等腰梯形波导组、第三渐变等腰梯形波导组和第四渐变等腰梯形波导组的材料均为硅，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导和所述的第十三直波导的宽度均为500nm，所述的方形波导宽度和长度均为2150nm，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导、所述的第十三直波导和所述的方形波导的高度方向沿上下方向，所述的第十直波导、所述的第十一直波导、所述的第十二直波导所述的第十三直波导和所述的方形波导的高度均为220nm，所述的第一渐变等腰梯形波导组、所述的第二渐变等腰梯形波导组、所述的第三渐变等腰梯形波导组和所述的第四渐变等腰梯形波导组分别具有大头端和小头端，所述的方向波导的相同的四个侧面作为其四个连接端，依次称为第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，所述的第十直波导的一端作为所述的交叉波导的第一输入端，所述的第十直波导的另一端和所述的第一渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第一渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第一连接端连接，所述的第十一直波导的一端作为所述的交叉波导的第二输入端，所述的第十一直波导的另一端和所述的第二渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第二渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第二连接端连接，所述的第十二直波导的一端作为所述的交叉波导的第一输出端，所述的第十二直波导的另一端和所述的第三渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第三渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第三连接端连接，所述的第十三直波导的一端作为所述的交叉波导的第二输出端，所述的第十三直波导的另一端和所述的第四渐变等腰梯形波导组的小头端连接，所述的第四渐变等腰梯形波导组的大头端和所述的方形波导的第四连接端连接；
所述的第一渐变等腰梯形波导组包括8个等腰梯形波导、第四矩形波导、第五矩形波导和第六矩形波导，将每个等腰梯形波导的上底所在端面称为其小头端，将每个等腰梯形波导的下底所在端面称为其大头端，所述的第四矩形波导、所述的第五矩形波导和所述的第六矩形波导的长度均为375nm，8个等腰梯形波导、所述的第四矩形波导、所述的第五矩形波导和所述的第六矩形波导沿上下方向的高度均为220nm，将这8个等腰梯形波导依次称为第1个等腰梯形波导、第2个等腰梯形波导、第3个等腰梯形波导、第4个等腰梯形波导、第5个等腰梯形波导、第6个等腰梯形波导、第7个等腰梯形波导和第8个等腰梯形波导，第1个等腰梯形波导的小头端端面为所述的第一渐变等腰梯形波导组的小头端，第1个等腰梯形波导的大头端与所述的第2个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第2个等腰梯形波导的大头端与所述的第3个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第3个等腰梯形波导的大头端与所述的第4个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第4个等腰梯形波导的大头端与所述的第四矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第四矩形波导的另一端与所述的第五矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第五矩形波导的另一端与所述第5个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第5个等腰梯形波导的大头端与所述的第6个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第6个等腰梯形波导的大头端与所述的第六矩形波导的一端连接且两者完全重合，所述的第六矩形波导的另一端与所述的第7个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第7个等腰梯形波导的大头端与所述的第8个等腰梯形波导的小头端连接且两者完全重合，所述的第8个等腰梯形波导的大头端作为第一渐变等腰梯形波导组的大头端；第1个等腰梯形波导的小头端的宽度为500nm，第1个等腰梯形波导的大头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导的小头端的宽度为580nm，第2个等腰梯形波导的大头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导的小头端的宽度为930nm，第3个等腰梯形波导大头端的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导的小头端的宽度为1300nm，第4个等腰梯形波导的大头端的宽度为1460nm，所述的第四矩形波导的宽度为1460nm，所述的第五矩形波导的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导的小头端的宽度为1460nm，第5个等腰梯形波导的大头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导的小头端的宽度为1540nm，第6个等腰梯形波导的大头端的宽度为1640nm，所述的第六矩形波导的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导的小头端的宽度为1640nm，第7个等腰梯形波导的大头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导的小头端的宽度为1720nm，第8个等腰梯形波导的大头端的宽度为2150nm；
所述的第二渐变等腰梯形波导组、所述的第三渐变等腰梯形波导组和所述的第四渐变等腰梯形波导组的结构与所述的第一渐变等腰梯形波导组的结构完全相同。
7.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的第一锥形波导的小头端的宽度为为292nm，大头端的宽度为500nm，长度为20μm，所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的宽度均为500nm。
CN202010690370.8A 2020-07-17 2020-07-17 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关 Active CN111999957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010690370.8A CN111999957B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010690370.8A CN111999957B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111999957A true CN111999957A (zh) 2020-11-27
CN111999957B CN111999957B (zh) 2022-08-05

Family

ID=73467054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010690370.8A Active CN111999957B (zh) 2020-07-17 2020-07-17 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111999957B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115308837A (zh) * 2022-08-30 2022-11-08 浙江大学 一种基于相变材料-硅混合集成波导的片上起偏器
EP4261603A1 (en) * 2022-04-12 2023-10-18 Eagle Technology, LLC Optical switch having latched switch states and associated methods

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015055711A (ja) * 2013-09-11 2015-03-23 学校法人千歳科学技術大学 光スイッチ
CN106324865A (zh) * 2016-08-19 2017-01-11 上海交通大学 一种基于相变材料三维集成光开关
CN109445132A (zh) * 2018-11-30 2019-03-08 宁波大学 一种基于相变材料的非易失性可调谐方向耦合器
US20190253776A1 (en) * 2014-08-01 2019-08-15 Mohammad A. Mazed Fast optical switch and its applications in optical communication
CN110376753A (zh) * 2019-07-04 2019-10-25 浙江大学 一种高性能偏振分束器及其设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015055711A (ja) * 2013-09-11 2015-03-23 学校法人千歳科学技術大学 光スイッチ
US20190253776A1 (en) * 2014-08-01 2019-08-15 Mohammad A. Mazed Fast optical switch and its applications in optical communication
CN106324865A (zh) * 2016-08-19 2017-01-11 上海交通大学 一种基于相变材料三维集成光开关
CN109445132A (zh) * 2018-11-30 2019-03-08 宁波大学 一种基于相变材料的非易失性可调谐方向耦合器
CN110376753A (zh) * 2019-07-04 2019-10-25 浙江大学 一种高性能偏振分束器及其设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOHAO ZHANG, ET AL.: ""Switchable Polarization Beam Splitter Based on GST-on-Silicon Waveguides"", 《IEEE PHOTONICS JOURNAL》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4261603A1 (en) * 2022-04-12 2023-10-18 Eagle Technology, LLC Optical switch having latched switch states and associated methods
US11803011B1 (en) 2022-04-12 2023-10-31 Eagle Technology, Llc Optical switch having latched switch states and associated methods
CN115308837A (zh) * 2022-08-30 2022-11-08 浙江大学 一种基于相变材料-硅混合集成波导的片上起偏器
WO2024045491A1 (zh) * 2022-08-30 2024-03-07 浙江大学 一种基于相变材料-硅混合集成波导的片上起偏器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111999957B (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8774569B2 (en) High confinement waveguide on an electro-optic substrate
JP6198091B2 (ja) 導波路偏光スプリッタ兼偏光回転子
US9164350B2 (en) Multi-port optical circulator system
JP5433919B2 (ja) 光機能素子、その駆動方法及び製造方法
US6954568B2 (en) Method and apparatus for splitting or combining optical beams with A Y coupler with reduced loss and electrical isolation
Xiao et al. Ultracompact polarization-insensitive power splitter using subwavelength gratings
CN204302526U (zh) 偏振分束旋转器
CN106959485B (zh) 基于亚波长光栅的定向耦合型tm起偏器及分束器
CN111999957B (zh) 基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关
US7406226B1 (en) Circular grating resonator structure with integrated electro-optical modulation
Zhang et al. Compact, broadband and low-loss polarization beam splitter on lithium-niobate-on-insulator using a silicon nanowire assisted waveguide
Jiang Reconfigurable mode (de) multiplexer via 3-D triple-waveguide directional coupler with optical phase change material
US7221825B2 (en) Optical coupler
US5852691A (en) Self-imaging waveguide optical polarization or wavelength splitters
Saber et al. Integrated polarisation handling devices
US10852570B1 (en) Dual-slab-layer low-loss silicon optical modulator
JP5467414B2 (ja) 光機能導波路
CN113189708B (zh) 一种偏振不敏感的定向耦合器结构及方法
Hu et al. Mach–Zehnder modulator based on a tapered waveguide and carrier plasma dispersion in photonic crystal
Chang et al. A novel low-loss wide-angle Y-branch with a diamond-like microprism
Zhang et al. A compact and low-loss silicon waveguide crossing for O-band optical interconnect
Xiao et al. Electro-optic polymer assisted optical switch based on silicon slot structure
González-Andrade et al. Dispersion-engineered nanophotonic devices based on subwavelength metamaterial waveguides
Huang et al. Simulation of hybrid silicon nitride/polymer Mach-Zehnder optical modulator beyond 170 GHz
CN115509032A (zh) 一种相变材料辅助微环结构的非易失性硅基光开关

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant