一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导及其应用，基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导包括自上而下依次设置的上限制层、铌酸锂薄膜层和下限制层；上限制层的上表面设置有上电极，下限制层的下表面设置有下电极；上电极沿着上限制层的长度方向设置；上电极的形状为条形电极或Y分叉型电极或点阵式电极。本发明专利技术基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，巧妙利用铌酸锂薄膜的电光效应，实现波导结构的电控可擦写。本发明专利技术基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，可实现多种光器件的现场可定制，进一步提高光网络的灵活性和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导及其应用
本专利技术涉及一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导及其应用，属于可擦写光器件的

技术介绍
随着社会的进步，科技的不断发展，人们对信息的需求与日俱增，网络规模的不断扩大与各种新业务的不断部署，对光网络提出了更高的要求。然而传统光网络显现出数据业务带宽分配不灵活与传送效率低等弱点。可擦写技术以其灵活性、现场可定制性、可重构性、对多业务的可选择性等优势，日渐得到广泛关注。现有技术中的光波导都是采用衬底层、包层、芯层的结构进行工艺制作，利用芯层材料折射率高于包层材料折射率的特点，实现波导功能。中国专利文献CN110989076A公开了一种薄膜铌酸锂单偏振波导及其制备方法，该波导结构包括：衬底层、上包层、下包层和波导芯层。其在所选取的衬底上，沉积并生长二氧化硅层，作为下包层；在下包层上，生长薄膜铌酸锂脊形波导芯层，利用干法刻蚀工艺，制备出具有槽形区域的波导芯层形状；在下包层和波导芯层上，生长二氧化硅层，作为上包层。但这类光学波导元件一旦制备成型，便无法擦除修正。现有技术中的铌酸锂光波导仍存在着传送效率低、灵活性差的问题，无法满足应用到数据业务带宽可灵活分配、传送效率高的光通信网络中的要求。铌酸锂薄膜属于无机晶体材料是目前比较成熟的电光材料，具有可观的电光效应，物理化学性能稳定，而且基于铌酸锂晶体的光波导性能良好，制备工艺也相对成熟，己经被广泛用于制备光学波导等光学器件。现有技术中铌酸锂波导的常见制备方法有光刻法和腐蚀法,如中国专利文献CN1312479A公开了一种镜面全反射型弯曲波导器件结构及制作方法，该方法就是通过氧化、光刻、腐蚀等微机械加工技术，制作出位置精确、镜面平整度高且与波导平面绝对垂直的全反射镜，并将此结构应用于无源光器件(如光耦合器、阵列波导光栅等等)中以实现结构紧凑、集成度高、性能好、工艺简单、可以批量生产的光通信器件。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导巧妙利用铌酸锂材料的电光特性，通过电光效应改变材料折射率，从而提高材料特定区域单元的折射率，实现材料的波导功能。本专利技术还将基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导应用在Y分叉型电控光开关和基于阵列波导光栅的多波长可选择滤波器中。本专利技术的技术方案为：一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，包括自上而下依次设置的上限制层、铌酸锂薄膜层和下限制层；上限制层的上表面设置有上电极，下限制层的下表面设置有下电极；所述上电极沿着上限制层的长度方向设置；所述上电极的形状为条形电极或Y分叉型电极或点阵式电极；在铌酸锂薄膜层中，上电极和下电极的重合区域对应的区域为折射率控制单元；通过对上电极施加电压，改变折射率控制单元相应位置处铌酸锂薄膜层的折射率，从而使铌酸锂薄膜层形成波导结构；停止施加电压，相应位置处铌酸锂薄膜层的波导结构消失，实现对光波导的电控擦写。根据本专利技术优选的，所述上限制层的上表面平行设置有X个条形电极；所述X的取值范围为1～1000。设置不同个数的条形电极目的是为了在铌酸锂薄膜层实现多通道的光波导结构，此多通道光波导结构可根据光网络中数据业务的不同需求，通过电控的方式实现灵活可调控的功能。根据本专利技术优选的，所述条形电极的宽度和相邻条形电极之间的距离均为1～2μm；优选的，所述条形电极的宽度和相邻条形电极之间的距离均为1μm。根据本专利技术优选的，Y分叉型电极包括左分支电极、右分支电极和下分支电极，所述左分支电极与下分支电极之间的距离为10nm～10μm，所述右分支电极与下分支电极之间的距离为10nm～10μm；优选的，所述左分支电极与下分支电极之间的距离为10nm，所述右分支电极与下分支电极之间的距离为10nm。各分支之间设置距离是为了实现电控光开关各分支间电路的灵活切换，进而实现薄膜材料层各个光路的灵活导通与关断。而且，此种结构设计无需外加电路转换接口，降低了器件工艺难度以及制作成本。根据本专利技术优选的，所述点阵式电极包括L×W个点状形电极，所述L为0.5×104～1.5×104；W为0.5×104～1.5×104，所述点状形电极的宽度和间隔均为0.1～5μm。设置多个点状形电极是为了灵活实现铌酸锂薄膜层多个不同折射率控制单元的折射率提高，进而实现建构多个不同结构的光器件。利用该点阵式电极构造的光器件具有现场可定制的特点。根据本专利技术优选的，所述下电极为平面电极。当对上电极加电，平面电极接地时，在铌酸锂薄膜层相应位置处的折射率控制单元可以形成上电极形状的波导结构，此波导结构可通过电控的方式实现灵活可擦写的功能，同时上下限制层起到电绝缘的作用。根据本专利技术优选的，所述铌酸锂薄膜的厚度为0.5～0.7μm；优选的，铌酸锂薄膜的厚度为0.6μm。根据本专利技术优选的，所述铌酸锂薄膜为长方体结构。根据本专利技术优选的，所述上限制层和下限制层分别为二氧化硅上限制层和二氧化硅下限制层。根据本专利技术优选的，所述下限制层的厚度为0.8～1μm；优选的，所述下限制层的厚度为0.8μm。根据本专利技术优选的，所述上限制层的厚度为0.8～1μm；优选的，所述上限制层的厚度为0.8μm。利用上述基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导的Y分叉型电控光开关，通过对Y分叉型电极中左分支电极与下分支电极施加电压值相同的同相电压，从而改变施加电压分支电极下方相应位置处铌酸锂薄膜材料的折射率，铌酸锂薄膜材料形成波导，从而使Y分叉型光开关上路导通，下路关断；通过对Y分叉型电极中右分支电极与下分支电极之间施加电压值相同的同相电压，从而改变施加电压分支电极下方相应位置处铌酸锂薄膜材料的折射率，铌酸锂薄膜材料形成波导，从而使Y分叉型光开关下路导通，上路关断。该Y分叉型电控光开关主要应用于光传输网络中的光信号切换，动态配置分插复用器OADM、交叉连接器OXC系统,以及光网络中光路的保护/恢复。1×2光开关具有保护倒换功能，通常用于网络的故障恢复。当光纤断裂或其他传输故障发生时，利用光开关实现信号迂回路由，从主路由切换到备用路由上。与传统电控光开关相比，此种光开关通过对不同分支的条形电极加电，实现材料内不同光路的导通，降低了光开关的插入损耗，提高了光开关的消光比。利用上述基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导的多波长可选择滤波器，所述滤波器包括依次连接的输入信道、阵列波导、输出信道和所述基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，含有若干个波长的复用信号光经过输入信道的输入凹面光栅上进行功率分配，并耦合进入阵列波导，阵列波导的输入端面位于输入凹面光栅的圆周上，阵列波导传输出的衍射光以相同的相位到达阵列波导的输出端面上；经阵列波导传输后，相邻的阵列波导保持有相同的长度差ΔL，在输出凹面光栅上相邻阵列波导的某一波长的输出光具有相同的相位差；对于不同波长的光此相位差不同，不同波长的光在输出信道中发生衍射并聚焦到输出凹面光栅圆圆周上的不同位置；不同位置的光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，包括自上而下依次设置的上限制层、铌酸锂薄膜层和下限制层；上限制层的上表面设置有上电极，下限制层的下表面设置有下电极；所述上电极沿着上限制层的长度方向设置；/n所述上电极的形状为条形电极或Y分叉型电极或点阵式电极；/n在铌酸锂薄膜层中，上电极和下电极的重合区域对应的区域为折射率控制单元；通过对上电极施加电压，改变折射率控制单元相应位置处铌酸锂薄膜层的折射率，从而使铌酸锂薄膜层形成波导结构；停止施加电压，相应位置处铌酸锂薄膜层的波导结构消失，实现对光波导的电控擦写。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，包括自上而下依次设置的上限制层、铌酸锂薄膜层和下限制层；上限制层的上表面设置有上电极，下限制层的下表面设置有下电极；所述上电极沿着上限制层的长度方向设置；
所述上电极的形状为条形电极或Y分叉型电极或点阵式电极；
在铌酸锂薄膜层中，上电极和下电极的重合区域对应的区域为折射率控制单元；通过对上电极施加电压，改变折射率控制单元相应位置处铌酸锂薄膜层的折射率，从而使铌酸锂薄膜层形成波导结构；停止施加电压，相应位置处铌酸锂薄膜层的波导结构消失，实现对光波导的电控擦写。


2.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，所述上限制层的上表面平行设置有X个条形电极；所述X的取值范围为1～1000。


3.根据权利要求2所述的一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，所述条形电极的宽度和相邻条形电极之间的距离均为1～2μm；优选的，所述条形电极的宽度和相邻条形电极之间的距离均为1μm。


4.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，Y分叉型电极包括左分支电极、右分支电极和下分支电极，所述左分支电极与下分支电极之间的距离为10nm～10μm，所述右分支电极与下分支电极之间的距离为10nm～10μm；
优选的，所述左分支电极与下分支电极之间的距离为10nm，所述右分支电极与下分支电极之间的距离为10nm。


5.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，所述点阵式电极包括L×W个点状形电极，所述L为0.5×104～1.5×104；W为0.5×104～1.5×104，所述点状形电极的宽度和间隔均为0.1～5μm。


6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于铌酸锂薄膜的电控可擦写光波导，其特征在于，所述下...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹锐，刘枫榆，季伟，黄庆捷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37