基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2m×n×n型片狀集成電光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2m×n×n片狀集成電光開關(guān)，包括2m組n×n(m，n為大于1的整數(shù))的電光開關(guān)，主要由集成特殊形狀鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的“回”字型晶體平板構(gòu)成，“回”字型的晶片上制作2m組對(duì)稱的非矩形幾何形狀(包括梯形、拋物線形和喇叭形狀)的鐵電體微疇結(jié)構(gòu)電光偏轉(zhuǎn)器，每個(gè)微型電光偏轉(zhuǎn)器由光軸相鄰相反的三角形疇體級(jí)聯(lián)構(gòu)成，利用相鄰相反疇結(jié)構(gòu)的電光效應(yīng)導(dǎo)致的感應(yīng)折射率變化實(shí)現(xiàn)光的偏折，通過施加電場(chǎng)的控制實(shí)現(xiàn)2m組n路光的n×n光開關(guān)的功能，本發(fā)明電光開關(guān)僅由一片具有特殊形狀疇結(jié)構(gòu)的晶片構(gòu)成，一塊晶片上同時(shí)集成2m組n×n電光開關(guān)，具有響應(yīng)速度快，調(diào)制速率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于小型集成的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用于光通信和光信息處理領(lǐng)域。
【專利說明】基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn型片狀集成電光開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光開關(guān)領(lǐng)域，具體是一種基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn片狀集成電光開關(guān)，主體為一塊“回”字形電光晶體，中間為空氣，其上制作2m組兩兩對(duì)稱的非矩形幾何形狀疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器組，每個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器組包含η個(gè)非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器，非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器由光軸相鄰相反的三角形疇體級(jí)聯(lián)組成，不加電場(chǎng)時(shí)，光通過非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器時(shí)，相鄰疇反轉(zhuǎn)體的折射率不發(fā)生變化，光束直接通過，當(dāng)給非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器的加上電場(chǎng)后，相鄰疇反轉(zhuǎn)體的折射率發(fā)生變化，光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入其他通道，施加電場(chǎng)大光束偏轉(zhuǎn)大，施加電場(chǎng)小光束偏轉(zhuǎn)小，這樣通過控制電場(chǎng)的開關(guān)和大小實(shí)現(xiàn)ηΧη開關(guān)的互連導(dǎo)通功能。適用于光通信、光互連、光信息處理和激光【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光開關(guān)在激光技術(shù)、光信息學(xué)、光計(jì)算和光通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，是重要的光學(xué)元器件之一，光開關(guān)有許多，大致可分為以下幾大類:機(jī)械光開關(guān)、熱光開關(guān)、聲光開關(guān)和電光開關(guān)。傳統(tǒng)機(jī)械光開關(guān)技術(shù)成熟，但體積大，開關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，熱光開關(guān)通常需要進(jìn)行溫度控制，工藝和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且對(duì)波長(zhǎng)敏感，聲光開關(guān)易發(fā)生竄擾問題，近年來，隨著高速光互聯(lián)和全光通信網(wǎng)的快速發(fā)展，高調(diào)制速率和高響應(yīng)速度的光開光需求日益迫切，現(xiàn)有的機(jī)械光開關(guān)、MEMS (micro-electro-mechanical-systems)光開關(guān)等產(chǎn)品開關(guān)時(shí)間慢不能滿足高調(diào)制速率的性能要求，需要新型的高性能光開關(guān)。電光開關(guān)是所有開關(guān)類型中響應(yīng)速度最快的光開關(guān)，電光開關(guān)響應(yīng)頻率達(dá)111Hz,理論極限調(diào)制速率達(dá)10GHz，是高速光交換系統(tǒng)中最有應(yīng)用潛力的開關(guān)類型，現(xiàn)有電光開關(guān)產(chǎn)品大多基于電光效應(yīng)使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度的原理制成，采用電光晶體和偏振器實(shí)現(xiàn)，體積大，且多為I X 2的開關(guān)，不易實(shí)現(xiàn)ηΧη開關(guān)，也不易進(jìn)行微型化集成，為滿足高速光傳輸網(wǎng)和高速光信息處理的發(fā)展需求，本發(fā)明提供一種高度集成的高響應(yīng)速度的電光開關(guān)，可在一片晶片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)2m組ηΧη的電光開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn片狀集成電光開關(guān)，在一片電光晶體平板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)2m組ηΧη的電光開關(guān),具體為在一塊“回”字型的電光晶體平板上兩兩對(duì)稱制作m對(duì)(即2m組)非矩形幾何形狀的電光偏轉(zhuǎn)器組，每個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器組包含η個(gè)具有鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器，非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器由三角形的光軸兩兩相反的疇體級(jí)聯(lián)構(gòu)成。當(dāng)微型電光偏轉(zhuǎn)器不加電場(chǎng)時(shí)，光軸相反的疇體折射率相同，整個(gè)微型電光偏轉(zhuǎn)器無折射率變化，光束直接通過，當(dāng)給疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的微型電光偏轉(zhuǎn)器加上電場(chǎng)后，由于相鄰光軸相反的疇體的感應(yīng)折射率變化剛好相反，使得相鄰兩個(gè)三角形疇體的折射率不同，光束通過三角形的斜邊界面時(shí)將發(fā)生偏折，經(jīng)過級(jí)聯(lián)三角形疇體的一系列排列偏折，光束射出微型電光偏轉(zhuǎn)器后將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，合理設(shè)計(jì)下進(jìn)入另一個(gè)微型電光偏轉(zhuǎn)器，此時(shí)對(duì)該偏轉(zhuǎn)器施加相同電場(chǎng)，光束將從這個(gè)偏轉(zhuǎn)器水平射出，施加電場(chǎng)大光束偏轉(zhuǎn)大，施加電場(chǎng)小光束偏轉(zhuǎn)小，這樣通過控制電場(chǎng)的開關(guān)和大小實(shí)現(xiàn)2m組ηΧη的光開關(guān)功能。本發(fā)明2mXnXn片狀集成周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)電光開關(guān)僅由一塊具有周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的“回”字型晶片構(gòu)成，通過控制所加電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)光的開關(guān)互連功能，具有開關(guān)數(shù)量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快和易于系統(tǒng)集成的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]一種基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2m X η X η片狀集成電光開關(guān)，包含2m組η X η的電光開關(guān)，特點(diǎn)是其構(gòu)成為單塊“回”字型電光晶體平板，中間為空氣，其上兩兩對(duì)稱制作2m組非矩形幾何結(jié)構(gòu)的電光偏轉(zhuǎn)器組，每個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器組包含η個(gè)非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器，每個(gè)非矩形幾何形狀微型電光偏轉(zhuǎn)器由三角形的光軸相反的疇反轉(zhuǎn)體級(jí)聯(lián)構(gòu)成。所述的電光偏轉(zhuǎn)器組兩兩結(jié)構(gòu)相同，兩兩對(duì)稱位于“回”字型電光晶體平板中。所述的非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器包括梯形、拋物線形，半拋物線形，半喇叭形和喇叭形形狀的幾何結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn片狀集成電光開關(guān)利用三角形相反疇結(jié)構(gòu)的相反電光效應(yīng)產(chǎn)生不同的感應(yīng)折射率變化，使兩個(gè)三角介質(zhì)內(nèi)的折射率不同，光從一個(gè)三角形疇體進(jìn)入另一個(gè)三角疇體時(shí)，在界面發(fā)生折射，經(jīng)過非矩形幾何形狀內(nèi)所有三角形疇體的折射，光射出晶體時(shí)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角隨施加電場(chǎng)的增大而增加，這樣通過控制施加電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)2m組η路光的ηΧη開關(guān)互連功能，具有響應(yīng)速度快，調(diào)制速率高，開關(guān)數(shù)量多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明基 于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn片狀集成電光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明單個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)示意圖(圖中al為直角梯形，a2為等邊梯形，bl為半拋物形，b2為拋物形，Cl為半喇叭形，c2為喇叭形，Θ表示垂直紙面朝外的光軸方向，?表示垂直紙面朝里的光軸方向，X方向?yàn)槿肷涔鈧鞑シ较颍瑈z為垂直光傳播方向的平面)。
[0009]圖3是實(shí)施例基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的4X4X4片狀集成電光開關(guān)結(jié)構(gòu)不意圖【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011]本發(fā)明2mX η X η片狀集成周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)電光開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括單塊“回”字型晶體平板(01),電光偏轉(zhuǎn)器組I (02),電光偏轉(zhuǎn)器組2 (03),電光偏轉(zhuǎn)器組3 (04),電光偏轉(zhuǎn)器組4 (05)。其中每個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器組包含η個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器，
4組電光偏轉(zhuǎn)器組共包含4η個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器(11,12,13,......, In ；21,
22，23，……，2η ;31，32，33，……，3η ;41，42，43，……，4η)。每個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器由光軸相鄰相反的三角形疇反轉(zhuǎn)體級(jí)聯(lián)組成，其幾何結(jié)構(gòu)包括梯形，拋物線形，喇叭形半拋物線形，半喇叭型的幾何結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
[0012]非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器的原理基于相鄰反轉(zhuǎn)疇的電光效應(yīng)，對(duì)于光軸方向相反的三角疇體，沿平行光軸方向施加電場(chǎng)，光軸相反疇壁兩側(cè)的折射率發(fā)生變化，當(dāng)非常光e光通過不同折射率的三角區(qū)域時(shí)，在交界面發(fā)生折射，使光線產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)特性和施加電場(chǎng)、級(jí)聯(lián)數(shù)目、偏轉(zhuǎn)器幾何結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對(duì)于e偏振光，相鄰三角疇反轉(zhuǎn)區(qū)域的折射率差Λη為
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXηXη片狀集成電光開關(guān)，其特征在于，它包括2m組nXn(m,n為大于I的整數(shù))的電光開關(guān)，所述的2mXnXn片狀集成周期性疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)電光開關(guān)，其構(gòu)成包括一塊“回”字型電光晶體平板(01)，其上制作2m對(duì)電光偏轉(zhuǎn)器組la(02)，電光偏轉(zhuǎn)器組Ib (03),電光偏轉(zhuǎn)器組2a (04),電光偏轉(zhuǎn)器組2b (05),......,電光偏轉(zhuǎn)器組ma (06),電光偏轉(zhuǎn)器組mb (07),電光偏轉(zhuǎn)器組(m+1) a (08),電光偏轉(zhuǎn)器組(m+1) b (09),電光偏轉(zhuǎn)器組(m+2)a(10)，電光偏轉(zhuǎn)器組(m+2)b (11)，......，電光偏轉(zhuǎn)器組2ma(12)，電光偏轉(zhuǎn)器組2mb (12),電光偏轉(zhuǎn)器組2mb (13)。每個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器組包含η個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器，每個(gè)非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器由光軸相反的三角形疇反轉(zhuǎn)體級(jí)聯(lián)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXηXη片狀集成電光開關(guān)，其特征在于所述的“回”字型電光晶體平板(O I)，中間為空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXη X η片狀集成電光開關(guān)，其特征在于所述的電光偏轉(zhuǎn)器組Ia (02)和電光偏轉(zhuǎn)器組Ib (03)結(jié)構(gòu)相同，電光偏轉(zhuǎn)器組2a (04)和電光偏轉(zhuǎn)器組2b (05)結(jié)構(gòu)相同，......，電光偏轉(zhuǎn)器組ma(06),電光偏轉(zhuǎn)器組mb (07)結(jié)構(gòu)相同，兩兩對(duì)稱位于“回”字型電光晶體水平方向的兩個(gè)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXnXn片狀集成電光開關(guān)，其特征在于所述的電光偏轉(zhuǎn)器組(m+1) a (08)和電光偏轉(zhuǎn)器組(m+1) b (09),電光偏轉(zhuǎn)器組(m+2)a (10)和電光偏轉(zhuǎn)器組(m+2) b (11),......，電光偏轉(zhuǎn)器組2ma (12)和電光偏轉(zhuǎn)器組2mb (13)結(jié)構(gòu)相同，兩兩對(duì)稱位于“回”字型電光晶體垂直方向的兩個(gè)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXη X η片狀集成電光開關(guān)，其特征在于所述的非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器包括梯形、拋物線形，半拋物線形，半喇叭形和喇叭形形狀的幾何結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鐵電體微疇結(jié)構(gòu)的2mXη X η片狀集成電光開關(guān)，其特征在于所述的非矩形幾何結(jié)構(gòu)微型電光偏轉(zhuǎn)器由三角形的鐵電體疇反轉(zhuǎn)體級(jí)聯(lián)構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G02F1/31GK104035262SQ201310069872
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】萬玲玉, 盧智勇, 廖洋 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)