基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于包括包层和光开关主体结构，光开关主体结构包括偏振分束器、第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，第一定向耦合器和第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导的弧度为90度，第一锥形波导具有小头端和大头端；优点是串扰低，带宽较宽，且可以用于TE

【技术实现步骤摘要】
基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关
本专利技术涉及一种光开关，尤其是涉及一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。
技术介绍
在过去的十年里，硅光子学因其实现元件高密度和低功耗的潜力，以及其与互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术的兼容性，在光学互连、传感和信号处理等诸多领域得到广泛的研究。传统的硅光开关主要有基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的硅光开关以及基于微环谐振器(MRR)的硅光开关。这两种硅光开关主要依赖于自由载流子等离子体色散效应和热光效应，而引起人们的广泛关注。但是，为了维持开关状态，需要持续的功耗，因此非常需要一种不消耗额外功率来维持开关状态，并且在串扰、速度等方面具有引人注目的性能的一种光开关。出于对上述问题的考虑，人们开始尝试将相变材料应用于集成光电子器件中。目前集成在硅波导上的锗锑碲化合物相变材料Ge2Sb2Te5已经普遍用于可重构的片上光学器件的实现，近几年来，人们已经在基于定向耦合器、微环谐振器以及非对称马赫增德尔干涉仪结构上，提出了很多光开关，且报道出来的光开关都能展示良好的性能，但是这些光开关所传播的光源模式很单一，即TE0模式的传播方向与电场方向垂直，TM0模式的传播方向与磁场方向垂直，也就是说它们仅适用于一种偏振状态，并且由于在绝缘体上硅平台的高折射率对比度而对偏振敏感，导致人们在设计光开关的时候，只能选择其中一种偏振模式，因此非常需要一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。鉴此，设计一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。对于解决串扰问题，增大器件带宽以及解决偏振不敏感问题具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种串扰低，带宽较宽，且偏振不敏感的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，包括包层和光开关主体结构，所述的包层的材料为二氧化硅，所述的光开关主体结构嵌入所述的包层内被所述的包层包裹住，所述的光开关主体结构包括偏振分束器，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导分别由一直波导弯曲两次形成，且所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导的两处弯曲处均为弧形；所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的弧度均为90度，所述的第一锥形波导具有小头端和大头端；所述的偏振分束器、所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一偏振合成器和所述的第二偏振合成器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的交叉波导具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的偏振分束器的输入端为所述的硅光开关的输入端，用于接入由TE0模式光源和TM0模式光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，所述的偏振分束器的第一输出端通过所述的第一弯曲波导和所述的第一定向耦合器的输入端连接，所述的偏振分束器的第二输出端通过所述的第二弯曲波导和所述的第二定向耦合器的输入端连接，所述的第一定向耦合器的第一输出端通过第一矩形波导和所述的第二偏振合成器的第一输入端连接，所述的第一定向耦合器的第二输出端和所述的第一偏振合成器的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第一输出端和所述的第一偏振合成器的第二输入端连接，所述的第一偏振合成器的输出端和所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第二输出端和所述的第一锥形波导的小头端连接，所述的第一锥形波导的大头端和所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第二输入端连接，所述的交叉波导的第一输出端和所述的第三弧形波导的一端连接，所述的第三弧形波导的另一端和所述的第二偏振合成器的第二输入端连接，所述的第二偏振合成器的输出端为所述的硅光开关的第一输出端，所述的交叉波导的第二输出端和所述的第四弧形波导的一端连接，所述的第四弧形波导的另一端和所述的第二矩形波导的一端连接，所述的第二矩形波导的另一端为所述的硅光开关的第二输出端；所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器均具有两种工作模式，两种工作模式分别为相变工作模式和无相变工作模式，当对所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器的相变材料锗锑碲进行加热，使相变材料锗锑碲产生相变时，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于相变工作模式，否则，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于无相变工作模式，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器或者同时处于相变工作模式，或者同时处于无相变工作模式；当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于相变工作模式，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第二输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二定向耦合器的第一输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端无输出，所述的交叉波导的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的第一输入端接入TE0模式光源，所述的第一偏振合成器的第二输入端接入TM0模式光源，所述的第一偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的交叉波导的第一输入端接入TE0/TM0混合模式光源后在其第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源，所述的交叉波导的第一输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的输出端无信号输出，TE0/TM0混合模式光源通过所述的第二矩形波导输出，此时所述的硅光开关的第一输出端无信号输出，所述的硅光开关的第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源；当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于无相变工作模式时，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第一输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第二输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第一输入端无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于包括包层和光开关主体结构，所述的包层的材料为二氧化硅，所述的光开关主体结构嵌入所述的包层内被所述的包层包裹住，所述的光开关主体结构包括偏振分束器PBS1，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导分别由一直波导弯曲两次形成，且所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导的两处弯曲处均为弧形；所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的弧度均为90度，所述的第一锥形波导具有小头端和大头端；/n所述的偏振分束器、所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一偏振合成器和所述的第二偏振合成器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的交叉波导具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的偏振分束器的输入端为所述的硅光开关的输入端，用于接入由TE...

【技术特征摘要】
1.一种基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于包括包层和光开关主体结构，所述的包层的材料为二氧化硅，所述的光开关主体结构嵌入所述的包层内被所述的包层包裹住，所述的光开关主体结构包括偏振分束器PBS1，第一偏振合成器、第二偏振合成器、第一定向耦合器、第二定向耦合器、交叉波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一矩形波导、第一锥形波导、第二矩形波导、第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有相变材料锗锑碲，所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导分别由一直波导弯曲两次形成，且所述的第一弯曲波导和所述的第二弯曲波导的两处弯曲处均为弧形；所述的第一弧形波导、所述的第二弧形波导、所述的第三弧形波导和所述的第四弧形波导的弧度均为90度，所述的第一锥形波导具有小头端和大头端；
所述的偏振分束器、所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器分别具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一偏振合成器和所述的第二偏振合成器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的交叉波导具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的偏振分束器的输入端为所述的硅光开关的输入端，用于接入由TE0模式光源和TM0模式光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，所述的偏振分束器的第一输出端通过所述的第一弯曲波导和所述的第一定向耦合器的输入端连接，所述的偏振分束器的第二输出端通过所述的第二弯曲波导和所述的第二定向耦合器的输入端连接，所述的第一定向耦合器的第一输出端通过第一矩形波导和所述的第二偏振合成器的第一输入端连接，所述的第一定向耦合器的第二输出端和所述的第一偏振合成器的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第一输出端和所述的第一偏振合成器的第二输入端连接，所述的第一偏振合成器的输出端和所述的第一弧形波导的一端连接，所述的第一弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第一输入端连接，所述的第二定向耦合器的第二输出端和所述的第一锥形波导的小头端连接，所述的第一锥形波导的大头端和所述的第二弧形波导的一端连接，所述的第二弧形波导的另一端和所述的交叉波导的第二输入端连接，所述的交叉波导的第一输出端和所述的第三弧形波导的一端连接，所述的第三弧形波导的另一端和所述的第二偏振合成器的第二输入端连接，所述的第二偏振合成器的输出端为所述的硅光开关的第一输出端，所述的交叉波导的第二输出端和所述的第四弧形波导的一端连接，所述的第四弧形波导的另一端和所述的第二矩形波导的一端连接，所述的第二矩形波导的另一端为所述的硅光开关的第二输出端；
所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器均具有两种工作模式，两种工作模式分别为相变工作模式和无相变工作模式，当对所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器的相变材料锗锑碲进行加热，使相变材料锗锑碲产生相变时，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于相变工作模式，否则，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器处于无相变工作模式，所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器或者同时处于相变工作模式，或者同时处于无相变工作模式；
当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于相变工作模式，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第二输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二定向耦合器的第一输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端无输出，所述的交叉波导的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的第一输入端接入TE0模式光源，所述的第一偏振合成器的第二输入端接入TM0模式光源，所述的第一偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的交叉波导的第一输入端接入TE0/TM0混合模式光源后在其第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源，所述的交叉波导的第一输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的输出端无信号输出，TE0/TM0混合模式光源通过所述的第二矩形波导输出，此时所述的硅光开关的第一输出端无信号输出，所述的硅光开关的第二输出端输出TE0/TM0混合模式光源；
当所述的第一定向耦合器和所述的第二定向耦合器同时处于无相变工作模式时，所述的偏振分束器将通过其输入端输入其内的TE0/TM0混合模式光源进行分离，并在其第一输出端输出TE0模式光源以及其第二输出端输出TM0模式光源，所述的第一定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第一输出端输出的TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的输入端接入所述的偏振分束器的第二输出端输出的TM0模式光源，此时所述的第一定向耦合器的第一输出端输出TE0模式光源，所述的第一定向耦合器的第二输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第一输入端无信号输入，所述的第二偏振合成器的第一输入端输入TE0模式光源，所述的第二定向耦合器的第二输出端输出TM0模式光源，所述的第二定向耦合器的第一输出端无输出，所述的第一偏振合成器的第二输入端无信号输入，所述的第一偏振合成器的输出端无信号输出，所述的交叉波导的第一输入端无信号输入，所述的交叉波导的第二输入端接入TM0模式光源，所述的交叉波导的第一输出端输出TM0模式光源，所述的交叉波导的第二输出端无信号输出，所述的第二偏振合成器的第一输入端接入TM0模式光源，所述的第二偏振合成器将输入其内的TE0模式光源和TM0模式光源进行混合得到TE0/TM0混合模式光源在其输出端输出，所述的第一锥形波导无输出，此时所述的硅光开关的第二输出端无信号输出，所述的硅光开关的第一输出端输出TE0/TM0混合模式光源。


2.根据权利要求1所述的基于锗锑碲化合物相变材料辅助的偏振不敏感光开关，其特征在于所述的偏振分束器包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、第一渐变直角梯形波导组、第一直角梯形波导、第二直角梯形波导和第三弯曲波导，所述的第一直波导、所述的第二直波导、所述的第三直波导、所述的第一渐变直角梯形波导组、所述的第一直角梯形波导、所述的第二直角梯形波导和所述的第三弯曲波导的材料均为硅，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度方向沿前后方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的宽度均为450nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度方向沿上下方向，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的高度均为220nm，所述的第一直波导、所述的第二直波导和所述的第三直波导的长度方向沿左右方向，所述的第一直波导的左端面作为所述的偏振分束器的输入端，所述的第一直波导的右端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面连接，所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面与所述的第一直角梯形波导的左端面连接，第一直角梯形波导的右端面和所述的第二直波导的左端面连接，所述的第二直波导的右端面为所述的偏振分束器的第一输入端，所述的第一直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第一直角梯形波导的直角腰所在端面为其后端面，所述的第一直角梯形波导的后端面、所述的第一直波导的后端面、所述的第二直波导的后端面和所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导位于所述的第一渐变直角梯形波导组的后侧，所述的第二直角梯形波导的左端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面位于同一平面，所述的第二直角梯形波导的右端面与所述的第三弯曲波导的左端面连接，所述的第三弯曲波导的右端面和所述的第三直波导的左端面连接，所述的第三直波导的右端面为所述的偏振分束器的第二输出端，所述的第三直波导的右端面与所述的第二直波导的右端面齐平，所述的第二直角梯形波导的左端面与其右端面平行，所述的第二直角梯形波导的直角腰所在端面为其前端面，所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离为280nm，所述的第三直波导的前端面与所述的第二直波导的后端面之间的距离大于所述的第二直角梯形波导的前端面与所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面之间的距离；
所述的第一渐变直角梯形波导组包括10个直角梯形波导和第三矩形波导，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿左右方向长度均为0.5μm，这10个直角梯形波导和所述的第三矩形波导沿上下方向的高度均为220nm，其中10个直角梯形波导按照从左到右顺序排布，将这10个直角梯形波导从左到右依次称为第1个直角梯形波导、第2个直角梯形波导、第3个直角梯形波导、第4个直角梯形波导、第5个直角梯形波导、第6个直角梯形波导、第7个直角梯形波导、第8个直角梯形波导、第9个直角梯形波导和第10个直角梯形波导，所述的第三矩形波导位于第1个直角梯形波导和第2个直角梯形波导之间，这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面位于同一平面，且这10个直角梯形波导的直角腰所在端面与所述的第三矩形波导的后端面按顺序依次连接形成所述的第一渐变直角梯形波导组的后端面，第1个直角梯形波导的左端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的左端面，第1个直角梯形波导的右端面与所述的第三矩形波导的左端面连接且两者完全重合，所述的第三矩形波导的右端面与第2个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第2个直角梯形波导的右端面与第3个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第3个直角梯形波导的右端面与第4个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第4个直角梯形波导的右端面与第5个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第5个直角梯形波导的右端面与第6个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第6个直角梯形波导的右端面与第7个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第7个直角梯形波导的右端面与第8个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第8个直角梯形波导的右端面与第9个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第9个直角梯形波导的右端面与第10个直角梯形波导的左端面连接且两者完全重合，第10个直角梯形波导的右端面为所述的第一渐变直角梯形波导组的右端面，第1个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为450nm，第1个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为380nm，所述的第三矩形波导沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为380nm，第2个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为370nm，第3个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第4个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为420nm，第5个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为400nm，第6个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为360nm，第7个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，第8个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为330nm，第9个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为320nm，第10个直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为340nm；
所述的第一直角梯形波导的左端面沿前后方向的宽度为340nm，所述的第一直角梯形波导的右端面沿前后方向的宽度为450nm，所述的第一直角梯形波导沿上下方向的高度为22...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟伟，梁伟，汪鹏君，张波豪，姚润葵，李燕，戴庭舸，杨建义，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33