專利名稱：光注入全內(nèi)反射型1×n全光光開關(guān)列陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)列陣，特別是全內(nèi)反射型1×N全光光開關(guān)列陣。
全光光開關(guān)列陣是光纖通信網(wǎng)絡(luò)不可少的關(guān)鍵器件，尤其是在寬帶全光交換網(wǎng)絡(luò)和未來的光子集成回路中。目前，常見的全內(nèi)反射型1×N開關(guān)列陣基本單元是由直通光波導、偏轉(zhuǎn)光波導和電流注入?yún)^(qū)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)為樹形，這種開關(guān)列陣在注入?yún)^(qū)由于采用電流注入，發(fā)熱較嚴重，其載流子壽命一般為微秒量級，使開關(guān)速度受限制；在各輸出端由于需通過全反射次數(shù)不同，易造成各輸出端的輸出光強度不均勻，串音較大，器件長度也較長。如采用鏡面反射和Bragg反射型全反射結(jié)構(gòu)構(gòu)成無阻塞光開關(guān)列陣時網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)復雜，而且制作工藝較難。
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)熱小的輸出光強度均勻的全內(nèi)反射型1×N全光光開關(guān)列陣。
本發(fā)明的目的是通過下述措施實現(xiàn)的它的基本單元是由直通光波導、偏轉(zhuǎn)光波導和注入?yún)^(qū)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)特征是在直通光波導兩側(cè)交替設(shè)置非對稱Y分叉的偏轉(zhuǎn)光波導，作為輸出端構(gòu)成形狀像“麥穗”形的開關(guān)列陣；所述注入?yún)^(qū)為光注入?yún)^(qū)，在直通光波導與所有偏轉(zhuǎn)光波導的分叉處分別設(shè)置光注入?yún)^(qū)，當光注入某一光注入?yún)^(qū)時能使直通光波導內(nèi)的傳輸光發(fā)生全反射，并射入到該處的偏轉(zhuǎn)光波導內(nèi)，達到光開關(guān)的功能。
本發(fā)明具有以下的特點1．由于采用了光注入?yún)^(qū)，因光脈沖有效光能量是毫焦耳量級，并只需一個注入?yún)^(qū)注入，所以發(fā)熱極小；2．因光注入式光開關(guān)的速度主要取決于光生載流子復合壽命，利用外加偏壓輔助方法能使光注入式光開關(guān)速度達到納秒量級；
3．由于直接采用了在直通光波導兩側(cè)交替制作非對稱Y分叉的偏轉(zhuǎn)光波導為輸出端，整體形狀像“麥穗”形，這樣每個輸出端只經(jīng)過一次傳輸光全內(nèi)反射，所以輸出端的輸出光強度均勻性好，串音低；4．“麥穗”形結(jié)構(gòu)易擴展輸出端口，尺寸小易于集成，便于發(fā)展基片混合集成型的全光光開關(guān)器件；5．光注入方法可推廣到X結(jié)、網(wǎng)格等結(jié)構(gòu)的全內(nèi)反射型光開關(guān)列陣。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光開關(guān)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
實施例 參照圖1、圖21．根據(jù)平面光波導理論和有效折射率法，按照附圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計單模光波導列陣，采用半導體基本工藝制作光波導。
2．光波導設(shè)計具體尺寸與所選材料、輸入光的波長等有關(guān)，如對于1．3微米的輸入光波，采用波導層為1．2微米的單異質(zhì)結(jié)波導材料(GaAs／GaAlAs)，則開關(guān)單元的波導寬度為4微米，脊形波導的脊高為0．4微米，偏轉(zhuǎn)波導1采用S形彎曲，曲率半徑大于5毫米。光注入?yún)^(qū)3與直通光波導2的夾角為偏轉(zhuǎn)光波導1與直通光波導2夾角2θ的一半，角度大小取決于光注入引起的折射率下降的幅度，如折射率差為0．02，θ取2度。偏轉(zhuǎn)光波導1交替分布在直通光波導2兩側(cè)組成“麥穗”形光開關(guān)列陣，兩相鄰光注入?yún)^(qū)3間距應(yīng)大于光注入?yún)^(qū)3的長度，作為輸出端的兩相鄰偏轉(zhuǎn)光波導1水平間隔取250微米。
3．采用普通的半導體制作工藝，制作光波導和光注入?yún)^(qū)3。
直通光波導2和偏轉(zhuǎn)光波導1的制作 直接采用光刻膠作掩膜的制作工藝流程為波導基片清洗→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→刻蝕(濕法刻蝕或干法刻蝕)→去膠清洗。
光注入?yún)^(qū)3的制作 制作工藝流程為清洗→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→真空鍍鋁膜→剝離；或采用反刻法清洗→真空鍍鋁膜→涂光刻膠→紫外光曝光→顯影→腐蝕鋁膜。
直通光波導2和注入?yún)^(qū)3之間位置采用自對準套刻方法實現(xiàn)對準。
4．光激勵采用波長略小于波導材料吸收峰波長(如對于GaAs材料，光注入光波波長選擇為0．79微米)的100mW量級的半導體激光器直接注入，光注入?yún)^(qū)3用鋁膜隔離，光注入?yún)^(qū)3寬度4微米，長度取決于直通光波導2的寬度和偏轉(zhuǎn)光波導1的夾角，由幾何關(guān)系可求得。注入方式可用多模光纖列陣垂直注入?yún)^(qū)直接照射，或利用基片混合集成技術(shù)，采用面發(fā)射發(fā)光、激光二極管列陣方法實現(xiàn)，單一光脈沖有效光能量在1毫焦耳以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光注入全內(nèi)反射型1×N全光光開關(guān)列陣，由直通光波導[2]、偏轉(zhuǎn)光波導[1]和注入?yún)^(qū)[3]構(gòu)成，其特征在于在直通光波導[2]兩側(cè)交替設(shè)置非對稱Y分叉的作為輸出端的偏轉(zhuǎn)光波導[1]構(gòu)成“麥穗”形開關(guān)列陣；所述注入?yún)^(qū)[3]為光注入?yún)^(qū)，分別設(shè)置在光注入某一光注入?yún)^(qū)時能使直通光波導[2]內(nèi)的傳輸光發(fā)生全反射，并射入到該處偏轉(zhuǎn)光波導[1]內(nèi)的直通光波導[2]與偏轉(zhuǎn)光波導[1]分叉處。
全文摘要
一種光注入全內(nèi)反射型1×N全光光開關(guān)列陣,由直通光波導和在其兩側(cè)交替設(shè)置非對稱Y分叉為輸出端的偏轉(zhuǎn)光波導構(gòu)成的“麥穗”形光開關(guān)列陣,在直通光波導與每個偏轉(zhuǎn)光波導的分叉處分別設(shè)置光注入?yún)^(qū),在光注入某一光注入?yún)^(qū)時能使直通光波導內(nèi)的傳輸光發(fā)生全反射,并射入到該處偏轉(zhuǎn)光波導內(nèi),達到光開關(guān)功能。本全光光開關(guān)列陣發(fā)熱極小,開關(guān)速度達到納秒量級,輸出光強度均勻,串音低,易擴展輸出端,尺寸小易集成。
文檔編號G02B6/125GK1279406SQ00122310
公開日2001年1月10日 申請日期2000年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月27日
發(fā)明者江曉清, 楊建義, 王明華 申請人:浙江大學半導體光電子技術(shù)與系統(tǒng)研究所