基于一维光子晶体结构的液晶光开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于一维光子晶体结构的液晶光开关，该液晶光开关包括输入光波导、一维光子晶体光栅薄膜结构和输出光波导，其中：输入光波导用于将入射光引入到一维光子晶体光栅薄膜结构中；一维光子晶体光栅薄膜结构用于通过调控整体一维光子晶体透射谱来调控由输入光波导引入的入射光的透射特性，进而选择入射光的透射波长；输出光波导用于引出一维光子晶体光栅薄膜结构的输出光。本发明专利技术利用电场改变光子晶体中液晶材料在光传播方向的折射率张量来调节出射光的开和关的状态。本发明专利技术的光子晶体结构液晶光开关可用于集成度较高的光互联芯片中，并且具有结构简单，光损耗低，功耗低，扩展性好的特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于一维光子晶体结构的液晶光开关，该液晶光开关包括输入光波导、一维光子晶体光栅薄膜结构和输出光波导，其中：输入光波导用于将入射光引入到一维光子晶体光栅薄膜结构中；一维光子晶体光栅薄膜结构用于通过调控整体一维光子晶体透射谱来调控由输入光波导引入的入射光的透射特性，进而选择入射光的透射波长；输出光波导用于引出一维光子晶体光栅薄膜结构的输出光。本专利技术利用电场改变光子晶体中液晶材料在光传播方向的折射率张量来调节出射光的开和关的状态。本专利技术的光子晶体结构液晶光开关可用于集成度较高的光互联芯片中，并且具有结构简单，光损耗低，功耗低，扩展性好的特性。【专利说明】基于一维光子晶体结构的液晶光开关
本专利技术涉及一种光互联器件，特别涉及一种基于一维光子晶体结构的液晶光开关，适用于光通信、光互联和集成光电子芯片等
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技术介绍
光开关是光纤通信、光互联和光逻辑器件中的重要元器件之一，可以实现全光层的路由选择和波长选择。在光通信、光网络监控、光计算和光信息处理系统中都有重要的应用。目前已实现的光开关包括传统的机械结构光开关、微电子机械开关、马赫-曾德干涉仪型光开关、热光效应光开关、声光效应光开关、半导体放大器开关、液晶光开关、全息光栅开关和气泡开关等，每种光开关都有各自的优势和应用范围。机械结构光开关器件体积庞大，不易集成。微电子机械光开关利用类似集成电路工艺，工艺兼容性好但光损耗较大，开关可靠性差，响应时间为毫秒量级。波导光开关的响应时间快，体积小，但其消光比低并且损耗大。随着集成光子技术的发展，低驱动电压、高集成度、低功耗、可适用于不同要求的光开关的设计和制作成为了大规模、集成化光芯片发展的关键因素。液晶光开关的开关阈值低，响应速度较机械结构光开关快，达到毫秒量级，另外液晶材料的吸收损耗很低，这些特性使得液晶光开关在光互联上具有很好的应用前景。液晶材料是一种被广泛应用于各类电子元件中的各向异性材料，不同种类的液晶光开关也已经在各类集成度不高的产品中被广泛应用。传统液晶光开关工作原理为:将输入光分为两路偏振光，然后把光输入到液晶内，受到电场调控的液晶可以改变光的偏振状态，输出的光射到无源器件上进而实现透过和阻断两种状态。这种光开关结构中包括光分束器，两组液晶器件和合束器。因此这类开关体积大，集成度低，光损耗很高。光子晶体可以被用于设计制作各种光学集成器件，如滤波器、波分复用器和光开关。利用光子晶体来实现光开关的思想最早由Scalora等人于1994年提出，此后光子晶体光开关逐渐成为研究的热点，其调制机理包括光子带隙迁移和缺陷模式迁移。Fei等人于2012年在半导体介质柱中填充聚苯乙烯，利用光子晶体波导与微腔的耦合实现了全光开关。然而目前大部分光子晶体全光开关直接使用非线性材料或功能性材料，阈值高，结构复杂且体积大，实际应用中的接口个数受到限制。从芯片集成的角度考虑，光开关对结构的复杂程度和所选用材料的集成工艺性能都有较高的要求。液晶光子晶体光开关的设计可以使光开关的结构更简单，体积更小，易于集成。在光互联领域将会有很广泛的应用。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对光互联系统中需要多种具有不同特性的光开关的要求，本专利技术提供了一种集成度高、结构简单、损耗较低以及响应时间为毫秒量级的基于一维光子晶体结构的液晶光开关。( 二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于一维光子晶体结构的液晶光开关，该液晶光开关包括输入光波导10、一维光子晶体光栅薄膜结构和输出光波导17,其中:输入光波导10，用于将入射光引入到一维光子晶体光栅薄膜结构中；一维光子晶体光栅薄膜结构，用于通过调控整体一维光子晶体透射谱来调控由输入光波导10引入的入射光的透射特性，进而选择入射光的透射波长；输出光波导17，用于引出一维光子晶体光栅薄膜结构的输出光。上述方案中，所述一维光子晶体光栅薄膜结构是控制光传播通与断的核心部分，包括第一至第四一维光子晶体光栅薄膜(11，12，13，14)，其中:第一一维光子晶体光栅薄膜11包括1101、1102、...、1106共6层薄膜，第二一维光子晶体光栅薄膜12包括1201、1202、…、1206共6层薄膜，第三一维光子晶体光栅薄膜13包括1301、1302、...1306共6层薄膜，第四一维光子晶体光栅薄膜14包括1401、1402、...、1406共6层薄膜；第一一维光子晶体光栅薄膜11与第二一维光子晶体光栅薄膜12各层交替紧贴排列组成透射光栅15，第三一维光子晶体光栅薄膜13与第四一维光子晶体光栅薄膜14各层交替紧贴排列组成调控光栅16。上述方案中，所述透射光栅15前端界面与所述输入光波导10连接，后端界面与所述调控光栅16连接，在光路方向上的层间排列为:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206,薄膜周期数为6。上述方案中，所述调控光栅16前端界面连接所述透射光栅15，后端界面连接所述输出光波导17，在光路方向上的层间排列为:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406，薄膜周期数为6。上述方案中，所述第维光子晶体光栅薄膜11为多层Ta2O5薄膜，Ta2O5材料折射率为2.15，每层薄膜的厚度为40nm ;所述第二一维光子晶体光栅薄膜12为多层SiO2薄膜，SiO2材料折射率为1.445，每层薄膜的厚度为140nm;所述第三一维光子晶体光栅薄膜13为向列型液晶材料薄膜，所选用的向列型液晶材料为E7，其折射率可表示为:n = ^2.3716 + 0.6909xsin2(e)，其中Θ为液晶分子取向与光传播方向的夹角，各层的厚度均为IOOnm ;所述第四一维光子晶体光栅薄膜14为透明金属薄膜，采用ITO材料，各层厚度为 90nm。上述方案中，所述一维光子晶体光栅薄膜结构是控制光传播通与断的核心部分，包括第一至第六一维光子晶体光栅薄膜(11，12，13，14，20，21)，其中--第一一维光子晶体光栅薄膜11包括1101、1102、…、1106共6层薄膜,第二一维光子晶体光栅薄膜12包括1201、1202、…、1206共6层薄膜，第三一维光子晶体光栅薄膜13包括1301、1302、…、1307共7层，第四一维光子晶体光栅薄膜14包括1401、1402、…、`1406共6层薄膜，第五一维光子晶体光栅薄膜20包括2001、2002、…、2006共6层,第六一维光子晶体光栅薄膜21包括2101、2102、…、2106共6层;第维光子晶体光栅薄膜11与第二一维光子晶体光栅薄膜12各层交替紧贴排列组成透射光栅15，第三一维光子晶体光栅薄膜13与第四一维光子晶体光栅薄膜14各层交替紧贴排列组成调控光栅16，第五一维光子晶体光栅薄膜20与第六一维光子晶体光栅薄膜21交替紧贴排列构成出射光栅22,调控光栅16被透射光栅15与出射光栅22夹在之间。上述方案中，所述透射光栅15前端界面与所述输入光波导10连接，后端界面与所述调控光栅16连接，在光路方向上的层间排列为:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206,薄膜周期数为6。上述方案中，所述调控光栅16前端界面连接所述透射光栅15，后端界面连接所述出射光栅22，在光路方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于一维光子晶体结构的液晶光开关，其特征在于，该液晶光开关包括输入光波导(10)、一维光子晶体光栅薄膜结构和输出光波导(17)，其中：输入光波导(10)，用于将入射光引入到一维光子晶体光栅薄膜结构中；一维光子晶体光栅薄膜结构，用于通过调控整体一维光子晶体透射谱来调控由输入光波导(10)引入的入射光的透射特性，进而选择入射光的透射波长；输出光波导(17)，用于引出一维光子晶体光栅薄膜结构的输出光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋国峰，相春平，许斌宗，刘杰涛，付东，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11