專利名稱：一種相變材料輔助的自持式波導光開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學元器件，具體涉及一種基于相變材料的波導光開關。
背景技術：
隨著科技的迅速發(fā)展，通信領域的信息傳輸容量日益增大，人們對帶寬的要求越 來越高，而光網(wǎng)絡以大容量、波長路由特性以及可擴展特性，已經(jīng)成為下一代高速寬帶網(wǎng)絡 的首選。波分復用光網(wǎng)絡的主要組成單元包括光節(jié)點和鏈接各節(jié)點的物理媒介。其中，光節(jié) 點有兩類光交叉連接點和光分叉復用點。光開關作為構成光分叉復用和光交叉連接的關 鍵器件之一，在WDM全光通信系統(tǒng)具有廣泛的應用。光開關按工作原理劃分，可分成機械式 和非機械式兩大塊。波導光開關屬于非機械式，主要依靠電光效應、磁光效應、聲光效應以 及熱光效應來改變波導折射率或其他性質(zhì)，使得光路發(fā)生改變，實現(xiàn)開與關的功能。但是， 傳統(tǒng)上的光開關存在一個不好的現(xiàn)象，器件在維持開與關的過程中需要一直不斷的消耗能 耗，造成了能源的浪費。鑒于此，我們提出相變材料輔助的波導光開關，它消除開與關的狀 態(tài)維持過程中的功耗，而僅僅在在開與關的狀態(tài)切換過程中有功耗，從而使能耗大大的降 低，更有利于綠色和環(huán)保。
發(fā)明內(nèi)容
為了縮減波導光開關的能耗，實現(xiàn)器件的低功耗。本發(fā)明目的在于提供一種基于 相變材料的波導光開關。它采用相變材料輔助主波導，通過脈沖調(diào)節(jié)相變材料，實現(xiàn)器件的 開與光，從而降低耗能。這對于器件的小型化和集成化起著重要的作用，也更利于綠色和環(huán) 保，可廣泛用于光通信系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是本發(fā)明包括主波導襯底、主波導包層和主波導芯層；相變材料置于除光路方向以 外的主波導芯層表面，加熱電極與相變材料相連。所述的相變材料置于主波導芯層的正上方、主波導芯層的正下方、主波導芯層的 右側(cè)方、主波導芯層的左側(cè)方或者在主波導芯層以上四個方向排列組合的位置。所述的主波導芯層的材料為硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的任
意一種。所述的相變材料為Ge2Sb2Te5相變材料或者為M = GexSbyTez相變材料。本發(fā)明與背景技術的光開關相比，具有的有益效果是采用相變材料輔助波導的光開光，僅通過調(diào)節(jié)相變材料的狀態(tài)，實現(xiàn)光路的切換， 大大縮減了傳統(tǒng)光開關在開與關持續(xù)過程的能耗，實現(xiàn)器件的低功耗，也更有利于器件的 綠色與環(huán)保。本發(fā)明作為一種低功耗的光學元器件，可廣泛用于光通信系統(tǒng)。
圖1是本發(fā)明結構原理俯視示意圖。
圖2是圖1的A-A剖視示意圖。圖中1、主波導襯底，2、主波導包層，3、主波導芯層，4、相變材料，5、電極。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括主波導襯底1、主波導包層2和主波導芯層3 ；相變材料4置于除光路方向以外的主波導芯層3表面，加熱電極5與相變材料4相連。相變材 料4存在晶態(tài)和非晶態(tài)，通過加熱電極對相變材料4施加一定的熱，使其在兩個狀態(tài)下相互 轉(zhuǎn)換，進而控制其對主波導中傳輸光波的吸收損耗，實現(xiàn)器件的開與關。所述的相變材料4置于主波導芯層3的正上方、主波導芯層3的正下方、主波導芯 層3的右側(cè)方、主波導芯層3的左側(cè)方或者在主波導芯層3以上四個方向排列組合的位置。所述的主波導芯層3的材料為硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的 任意一種。所述的相變材料4為Ge2Sb2Te5相變材料或者為M = GexSbyTez相變材料。當采用的主波導芯層材料為硅時，制備襯底1，旋涂包層2，旋涂光刻膠，光刻，刻 蝕并去除光刻膠，填充芯層3，旋涂包層2，制備一層電極5，刻蝕該層電極5，填充相變材料 4。從光纖或其他平面光波導回路輸出的光信號耦合進入主波導芯層3，通過脈沖加載在電 極5上調(diào)節(jié)相變材料4，當相變材料4在晶態(tài)狀態(tài)下，器件處于off狀態(tài)，而當相變材料4處 于非晶態(tài)狀態(tài)下，其器件處于on狀態(tài)。當采用的主波導芯層材料為二氧化硅時，制備襯底1，旋涂包層2，制備一層電極 5，旋涂相變材料4，再制備一層電極5，旋涂包層2，旋涂光刻膠，光刻，刻蝕并去除光刻膠， 填充芯層3，旋涂包層2。從光纖或其他平面光波導回路輸出的光信號耦合進入主波導芯層 3，通過脈沖加載在電極5上調(diào)節(jié)相變材料4，當相變材料4在晶態(tài)狀態(tài)下，器件處于off狀 態(tài)，而當相變材料4處于非晶態(tài)狀態(tài)下，其器件處于on狀態(tài)。當采用的主波導芯層材料為玻璃時，兩次離子交換獲得主波導，旋涂光刻膠，光 亥Ij，刻蝕并去除光刻膠，制備一層電極5，刻蝕該層電極5，旋涂相變材料4。從光纖或其他平 面光波導回路輸出的光信號耦合進入主波導芯層3，通過脈沖加載在電極5上調(diào)節(jié)相變材 料4，當相變材料4在晶態(tài)狀態(tài)下，器件處于off狀態(tài)，而當相變材料4處于非晶態(tài)狀態(tài)下， 其器件處于on狀態(tài)。當采用的主波導芯層材料為III-V族化合物時，制備外延生長片，旋涂光刻膠，光 亥|J，顯影，刻蝕并去除光刻膠，制備一層電極5，刻蝕該層電極5，旋涂相變材料4。從光纖或 其他平面光波導回路輸出的光信號耦合進入主波導芯層3，通過脈沖加載在電極5上調(diào)節(jié) 相變材料4，當相變材料4在晶態(tài)狀態(tài)下，器件處于off狀態(tài)，而當相變材料4處于非晶態(tài)狀 態(tài)下，其器件處于on狀態(tài)。當采用的主波導芯層材料為聚合物，且相變材料覆蓋主波導一周時制備襯底1， 旋涂包層2，制備一層電極5，刻蝕該層電極，旋涂相變材料4，旋涂包層2，旋涂光刻膠，光 亥IJ，刻蝕并去除光刻膠，填充芯層3，旋涂包層2。從光纖或其他平面光波導回路輸出的光信 號耦合進入主波導芯層3，通過脈沖加載在電極5上調(diào)節(jié)相變材料4，當相變材料4在晶態(tài) 狀態(tài)下，器件處于off狀態(tài)，而當相變材料4處于非晶態(tài)狀態(tài)下，其器件處于on狀態(tài)。
與傳統(tǒng)的光開關相比，采用相變材料輔助波導的光開光，僅通過調(diào)節(jié)相變材料的狀態(tài)，實現(xiàn)光路的切換，大大縮減了傳統(tǒng)光開關在開與關持續(xù)過程的能耗，實現(xiàn)器件的低功 耗，也更有利于器件的綠色與環(huán)保。
權利要求
一種相變材料輔助的自持式波導光開關，包括主波導襯底(1)、主波導包層(2)和主波導芯層(3)；其特征在于相變材料(4)置于除光路方向以外的主波導芯層(3)表面，加熱電極(5)與相變材料(4)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種相變材料輔助的自持式波導光開關，其特征在于所述 的相變材料(4)置于主波導芯層(3)的正上方、主波導芯層(3)的正下方、主波導芯層(3) 的右側(cè)方、主波導芯層(3)的左側(cè)方或者在主波導芯層(3)以上四個方向排列組合的位置。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種相變材料輔助的自持式波導光開關，其特征在于所述 的主波導芯層(3)的材料為硅、玻璃、二氧化硅、聚合物和III-V族化合物中的任意一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種相變材料輔助的自持式波導光開關，其特征在于所述 的相變材料⑷為66231321^5相變材料或者為M:GexSbyTez相變材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種相變材料輔助波導的自持式光開關。相變材料輔助波導的光開關包括主波導、相變材料和電極。其中相變材料覆蓋于主波導正上方，或者覆蓋于主波導的正下方，或者覆蓋于主波導的右側(cè)面，或者覆蓋于主波導的左側(cè)面，或者沿著上下左右方向覆蓋主波導一周。而電極則加載在相變材料上。與傳統(tǒng)的光開關相比，采用相變材料輔助波導的光開光，僅通過調(diào)節(jié)相變材料的狀態(tài)，實現(xiàn)光路的切換，大大縮減了傳統(tǒng)光開關在開與關持續(xù)過程的能耗，實現(xiàn)器件的低功耗，也更有利于器件的綠色與環(huán)保。本發(fā)明作為一種低功耗的光學元器件，可廣泛用于光通信系統(tǒng)。
文檔編號G02F1/313GK101833220SQ20101015159
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者周強, 李宇波, 楊建義, 江曉清, 王明華, 郝寅雷, 陳偉偉 申請人:浙江大學