專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光通信器件，特別是涉及一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
光開(kāi)關(guān)是光通信與光信息處理系統(tǒng)中的重要元器件之一。目前實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的方案有多種，包括傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)光開(kāi)關(guān)、基于微機(jī)械技術(shù)的光開(kāi)關(guān)、基于液晶技術(shù)的光開(kāi)關(guān)等。這些光開(kāi)關(guān)在一定程度上能夠滿足現(xiàn)有通信系統(tǒng)的需要，但是對(duì)于高速開(kāi)關(guān)的要求，受限于技術(shù)本身固有特點(diǎn)，這些技術(shù)均無(wú)法滿足。采用集成光子技術(shù)是研制具有低驅(qū)動(dòng)電壓、緊湊結(jié)構(gòu)、大規(guī)模陣列和可集成化的主要技術(shù)，是光器件的重要發(fā)展方向。采用熱光效應(yīng)，目前也已經(jīng)有產(chǎn)品化的光開(kāi)關(guān)，但是由于熱場(chǎng)的產(chǎn)生與耗散速度限制，開(kāi)關(guān)速度目前僅為毫秒級(jí)，與上面所述技術(shù)支持下的光開(kāi)關(guān)速度在同一數(shù)量級(jí)。為了實(shí)現(xiàn)高速的光開(kāi)關(guān)，特別是亞微秒、納秒、甚至更高速的開(kāi)關(guān)響應(yīng)，需要采用電光效應(yīng)等高速效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)器件。然而，由于電光效應(yīng)具有偏振依賴(lài)性，目前基于電光效應(yīng)所研制的各種光開(kāi)關(guān)均具有偏振相關(guān)性，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不可以接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于電光聚合物材料的具有偏振無(wú)關(guān)特性的光開(kāi)關(guān)。本發(fā)明利用極化電場(chǎng)控制極化電光聚合物材料偏振依賴(lài)特性這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的偏振無(wú)關(guān)光相位調(diào)制光路，實(shí)現(xiàn)具有偏振無(wú)關(guān)特性的光開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括芯層、上限制層、下限制層和襯底的光波導(dǎo)，光波導(dǎo)具有脊型結(jié)構(gòu)或條型結(jié)構(gòu)；包括一個(gè)輸入端口或另一個(gè)輸入端口、3dB耦合器結(jié)構(gòu)、兩個(gè)干涉臂、2×2的干涉器結(jié)構(gòu)和兩個(gè)輸出端口并采用馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的光開(kāi)關(guān)。在一個(gè)干涉臂兩側(cè)沿干涉臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，每對(duì)電極均在所處干涉臂的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
在另一個(gè)干涉臂兩側(cè)沿干涉臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，每對(duì)電極均在所處干涉臂的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
所述的3dB耦合器結(jié)構(gòu)為X結(jié)結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)或Y分支器結(jié)構(gòu)。
所述的2×2的干涉器結(jié)構(gòu)為X結(jié)結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)或多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明利用極化電場(chǎng)控制極化電光聚合物材料偏振依賴(lài)特性這一特點(diǎn)，因此，本發(fā)明的光開(kāi)關(guān)可以既具有高速性能，又具有偏振無(wú)關(guān)性能。


圖1是單臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是雙臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖5是圖4的A-A剖視圖；圖6是圖4的B-B剖視圖；圖7是3dB耦合器與干涉器采用X結(jié)結(jié)構(gòu)的雙臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖8是3dB耦合器與干涉器采用定向耦合器結(jié)構(gòu)的雙臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖9是3dB耦合器與干涉器采用多模干涉耦合器結(jié)構(gòu)的雙臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖10是3dB耦合器采用Y分支器結(jié)構(gòu)、干涉器采用X結(jié)結(jié)構(gòu)的雙臂設(shè)置電極的偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖。
圖中1、輸入端口，2、輸入端口，3、3dB耦合器，4、馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的干涉臂，5、馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的干涉臂，6、干涉器，7、輸出端口，8、輸出端口，9、10和11、12為兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，13、14和15、16為兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，17、光波導(dǎo)芯層，18、光波導(dǎo)上限制層，19、光波導(dǎo)下限制層，20、襯底，23、X結(jié)結(jié)構(gòu)，26、X結(jié)結(jié)構(gòu)，33、定向耦合器結(jié)構(gòu)，36、定向耦合器結(jié)構(gòu)，43、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)，46、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)，53、Y分支器結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括芯層17、上限制層18、下限制層19和襯底20的光波導(dǎo)，光波導(dǎo)具有脊型結(jié)構(gòu)或條型結(jié)構(gòu)；包括一個(gè)輸入端口1或另一個(gè)輸入端口2、3dB耦合器結(jié)構(gòu)3、兩個(gè)干涉臂4，5、2×2的干涉器結(jié)構(gòu)6和兩個(gè)輸出端口7，8并采用馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的光開(kāi)關(guān)。在一個(gè)干涉臂4兩側(cè)沿干涉臂4長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極9、10和11、12，每對(duì)電極均在所處干涉臂4的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂4上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極9、10和11、12的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
如圖4、圖5、圖6所示，還可在另一個(gè)干涉臂5兩側(cè)沿干涉臂5長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極13、14和15、16，每對(duì)電極均在所處干涉臂5的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂5上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極13、14和15、16的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
如圖7、圖8、圖9、圖10所示，所述的3dB耦合器結(jié)構(gòu)3為X結(jié)結(jié)構(gòu)23、定向耦合器結(jié)構(gòu)33、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)43或Y分支器結(jié)構(gòu)53。
如圖7、圖8、圖9、圖10所示，所述的2×2的干涉器結(jié)構(gòu)6為X結(jié)結(jié)構(gòu)26、定向耦合器結(jié)構(gòu)36或多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)46。
本發(fā)明的實(shí)施方式有多種，以下為實(shí)施例，但決非僅限于這些實(shí)施例。
以硅片為襯底，先將硅片氧化，采用濺射、光刻與腐蝕方法制作出光開(kāi)關(guān)的下電極。然后，采用旋轉(zhuǎn)涂敷成膜法制作一層聚合物NOA61作為下限制層，熱固化后，旋涂一層電光聚合物DR1/PMMA或者CLD1/APC作為波導(dǎo)芯層，熱固化，經(jīng)光刻與干法刻蝕后制作出脊型波導(dǎo)芯區(qū)，再旋涂上限制層NOA61，熱固化。再次采用濺射、光刻與腐蝕方法，制作出光開(kāi)關(guān)的上電極。此時(shí)，將光開(kāi)關(guān)芯片置于120度熱控平臺(tái)上，在光開(kāi)關(guān)的上下電極間加上約900V的極化電壓，約30分鐘后，將熱控平臺(tái)的溫度降至室溫，撤去所加極化電壓，即制作出偏振無(wú)關(guān)的聚合物電光光開(kāi)關(guān)。
在所制作的光開(kāi)關(guān)中，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以采用脊波導(dǎo)，或者條波導(dǎo)，這其中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)選擇由聚合物材料的光學(xué)折射率特性決定。光開(kāi)關(guān)的馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)中，3dB耦合器可采用X結(jié)結(jié)構(gòu)23、定向耦合器結(jié)構(gòu)33、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)43或Y分支器結(jié)構(gòu)53，干涉器可采用X結(jié)結(jié)構(gòu)26、定向耦合器結(jié)構(gòu)36、或多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)46，從而2×2或者1×2光開(kāi)關(guān)。
在單臂設(shè)置電極的光開(kāi)關(guān)制作過(guò)程中，對(duì)電光聚合物材料的極化場(chǎng)設(shè)置為45°傾角，完成極化后，即完成光開(kāi)關(guān)的制作。使用時(shí)對(duì)單臂上的兩對(duì)電極同時(shí)施加等效的開(kāi)關(guān)電壓，即可實(shí)現(xiàn)基于赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)功能。
在雙臂設(shè)置電極的光開(kāi)關(guān)制作過(guò)程中，對(duì)雙臂電光聚合物材料的極化場(chǎng)同時(shí)設(shè)置為45°傾角向上或向下(或者同時(shí)設(shè)置為45°傾角向左或向右)，完成極化后，即完成光開(kāi)關(guān)的制作。使用時(shí)，對(duì)雙臂上的兩對(duì)電極同時(shí)施加等效的開(kāi)關(guān)電壓，但所形成的電場(chǎng)方向應(yīng)該分別為45°傾角向上和向下(或者分別為45°傾角向左和向右)，構(gòu)成電推挽工作，即可實(shí)現(xiàn)基于赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)功能。
在雙臂設(shè)置電極的光開(kāi)關(guān)制作過(guò)程中，對(duì)雙臂電光聚合物材料的極化場(chǎng)分別設(shè)置為45°傾角向上和向下(或者分別設(shè)置為45°傾角向左和向右)，構(gòu)成光推挽結(jié)構(gòu)，完成極化后，即完成光開(kāi)關(guān)的制作。使用時(shí)，對(duì)雙臂上的兩對(duì)電極同時(shí)施加等效的開(kāi)關(guān)電壓，并且所形成的電場(chǎng)方向同時(shí)45°傾角向上或向下(或者同時(shí)為45°傾角向左或向右)，即可實(shí)現(xiàn)基于赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)功能。
權(quán)利要求
1.一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)，包括芯層(17)、上限制層(18)、下限制層(19)和襯底(20)的光波導(dǎo)，光波導(dǎo)具有脊型結(jié)構(gòu)或條型結(jié)構(gòu)；包括一個(gè)輸入端口(1)或另一個(gè)輸入端口(2)、3dB耦合器結(jié)構(gòu)(3)、兩個(gè)干涉臂(4，5)、2×2的干涉器結(jié)構(gòu)(6)和兩個(gè)輸出端口(7，8)并采用馬赫-曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)的光開(kāi)關(guān)；其特征在于在一個(gè)干涉臂(4)兩側(cè)沿干涉臂(4)長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極(9、10和11、12)，每對(duì)電極均在所處干涉臂(4)的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂(4)上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極(9、10和11、12)的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)，其特征在于在另一個(gè)干涉臂(5)兩側(cè)沿干涉臂(5)長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極(13、14和15、16)，每對(duì)電極均在所處干涉臂(5)的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂(5)上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極(13、14和15、16)的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的3dB耦合器結(jié)構(gòu)(3)為X結(jié)結(jié)構(gòu)(23)、定向耦合器結(jié)構(gòu)(33)、多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)(43)或Y分支器結(jié)構(gòu)(53)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的2×2的干涉器結(jié)構(gòu)(6)為X結(jié)結(jié)構(gòu)(26)、定向耦合器結(jié)構(gòu)(36)或多耦合干涉耦合器結(jié)構(gòu)(46)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電光聚合物材料的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)，光波導(dǎo)基于聚合物材料，光波導(dǎo)具有脊型結(jié)構(gòu)或條型結(jié)構(gòu)；光開(kāi)關(guān)采用馬赫－曾德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)；在一個(gè)干涉臂兩側(cè)沿干涉臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，或在另一個(gè)干涉臂兩側(cè)沿干涉臂長(zhǎng)度方向再分別設(shè)置兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極，每對(duì)電極均在所處干涉臂的聚合物光波導(dǎo)芯區(qū)形成等效的與水平成45°傾角的電場(chǎng)，而同一干涉臂上的兩對(duì)開(kāi)關(guān)電極的等效長(zhǎng)度相等，并且所形成的兩個(gè)電場(chǎng)間相互垂直。利用極化電場(chǎng)控制極化電光聚合物材料偏振依賴(lài)特性這一特點(diǎn)，本發(fā)明的光開(kāi)關(guān)可以既具有高速性能，又具有偏振無(wú)關(guān)性能。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1760708SQ20051006154
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者楊建義, 王帆, 江曉清, 王明華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)