一种4×4阵列的光波导开关的制作方法

本技术涉及一种4×4光波导开关，属于光电子。

背景技术：

1、随着网络传输数据的爆炸式增长，传统光电交换技术面临着难以进一步提升交换速率、如何继续扩大容量以及降低功耗等挑战。光学互联技术的开发与应用则大大拓展了通信带宽、提高了交换速率，同时也避免了光电转换所带来的巨大的能耗问题。光开关是光学互联元件中的关键部分，是现代光传输网络向着更高速和更大容量发展的重要元器件之一。光开关类型可大致分为基于光干涉原理的马赫曾德尔干涉仪型(参见文献：design andmatrix analysis of optical switch with multicast function using general mzi.optik 2017, 138, 166–174.)和微环谐振器原理型(参见文献：reconfigurable electro-optic logic circuits using microring resonator-based optical switch array.ieee photonics j. 2016, 8 (2), 1–8.)的光波导开关类型。它们主要通过电光调制对干涉臂施加电压引起的折射率变化进而形成相位差，但是都需要很大的功耗来保持某一种开关状态致使该器件具有易失性。

2、近年来，相变材料非易失性集成光波导器件中得到广泛的运用，其无需外部持续供能亦能够保持当前的状态。将相变材料沉积在波导上形成复合波导，可以通过热、光或电诱导，使得相变材料在非晶态和晶态之间进行可逆切换，利用在这过程中相变材料展现出巨大的折射率差异来改变光信号的传播路径。将相变材料用于光波导开关的相移单元取代干涉臂，制作可重构的模式复用光波导开关单元器件的方法已见报道。如文献报道了一种利用相变材料薄膜与硅基结合的1×4光波导开关的结构（参见文献：ge 2 sb 2 se 4 te 1-assisted non-volatile silicon mode selective switch. opt. mater. express2022, 12 (7), 2584.），这一结构包含四根长波导，其中基模波导为含多处弯曲区域的弯曲波导，加大了器件的制作难度，也因此限制了此类光开关的复用与集成度。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种基于相变薄膜，集成度高、切换速率高，具有4通道选择输入、4通道选择输出的4×4光开关。

2、实现本实用新型发明目的的技术方案是提供一种4×4阵列的光波导开关，它由4根长的硅波导和5根短的相变薄膜波导构成阵列光开关；所述的硅波导包括直波导段和弯曲波导段，相变复合波导为直波导；相变薄膜波导位于相邻两根平行设置的硅波导的直波导段中间，光波导阵列呈双轴对称结构。

3、本实用新型提供的4×4型模式阵列复用光开关结构器件，由4条硅波导和5根相变薄膜波导组成，4根硅波导比较长，联通了光波导开关的输入和输出端口，且输入和输出端口为互通，相变薄膜波导位于两根硅波导中间，具有切换光路通道的功能。通过改变相变薄膜波导上的相变材料的相态实现四进-四出的多通道选择输入、选择输出及模式任意切换功能，克服了现有单进-单出、单进-多出波导等光开关在复用方面存在的不足，具有选路输出、切换速率快等特点。

4、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

5、1、本实用新型将条形si波导和硫族化合物相变薄膜刻蚀沉积于sio2衬底之上形成四进-四出的波导式光开关，整个光波导开关采用双轴对称结构，大大降低了制作难度，提高了效率。

6、2、光波导开关中有五根相变复合波导，通过改变五根复合波导上相变薄膜材料的相态，可以任意控制光的输出。

技术特征：

1.一种4×4阵列的光波导开关，其特征在于：它由4根长的硅波导和5根短的相变薄膜波导构成阵列光开关；所述的硅波导包括直波导段和弯曲波导段，相变复合波导为直波导；相变薄膜波导位于相邻两根平行设置的硅波导的直波导段中间，光波导阵列呈双轴对称结构。

技术总结
本技术公开了一种4×4阵列的光波导开关，在二氧化硅衬底上沉积刻蚀4根长的硅波导和5根短的相变薄膜波导构成阵列光开关；硅波导由相间的直波导段和弯曲波导段组成，相变复合波导为直波导；相变薄膜波导位于相邻两根平行设置的硅波导的直波导段中间，光波导阵列呈双轴对称结构。本技术提供的光波导开关有4个输入端口和4个输出端口，通过调节相变复合波导的特性，可在任意端口输入或任意端口输出，具有多路输出、集成度高、切换速率高等特点。

技术研发人员：张桂菊,高雪松,王笑笑,吴迪
受保护的技术使用者：光芯互连（苏州）科技有限公司
技术研发日：20231229
技术公布日：2024/9/23