一种基于相变材料-硅混合集成波导的片上起偏器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于相变材料

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器


[0001]本专利技术属于光通信领域的一种片上起偏器，具体涉及一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器。

技术介绍

[0002]光通信作为一种新兴技术，引起了广泛关注并且发展迅速，其以大容量，低功耗和可重构等优点，有望未来代替电互联技术。光网络以大容量以及可拓展特性，已经成为下一代高速宽带网络的首选，越来越受到人们的青睐。
[0003]众所周知，硅光子芯片与CMOS工艺兼容，具有实现超大规模光子集成芯片的潜力，近年来备受关注。硅光子器件的制备，无需高投入就可以实现低成本的批量生产，具有巨大的发展空间。
[0004]相变材料是一类具有特殊性质的材料，其性质是存在两种十分稳定的状态，我们称之为晶态与非晶态，相变材料可以在这两种状态之间可逆地转换。相变材料应用于如电子，物理和材料等诸多领域，尤其是在光储存领域取得了商业化成功，比如储存数据的光盘，数字多功能光盘和蓝光光盘等。
[0005]由于相变材料可以在晶态与非晶态之间相互转换，且不需要其他能量维持该特性，因此可以应用于光的谐振，转换和储存等方面。相变材料拥有很好的电学特性和光学特性，并且其拥有纳米级的相态转换速度，可以大大减少反应时间以及能源消耗。相变材料的晶态与非晶态的转换可以通过电脉冲或光脉冲的方法实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是实现器件的低功耗，减少集成器件之间的热串扰，避免集成光子器件在调控时需要持续供能的问题。本专利技术提出了一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，该起偏器采用相变材料辅助硅波导，再与其他集成光子器件组合，形成一个成熟且实用的基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器。本专利技术通过调节相变材料状态实现偏振光的选择性通过，避免了持续加热，极大缩减了在控制光路时的能耗，不仅更利于节约能源，还可以大大减少集成光学器之间的热串扰。本专利技术的片上起偏器具有技术实现简单、性质稳定、结构紧凑等优点，便于片上集成，制作简单并且相变材料的制作工艺非常成熟等优点，有强的实用性，可广泛适用于光通信、光传感、光存储、光量子计算、光量子信息处理和人工智能等领域中，有广阔的应用和发展前景。
[0007]本专利技术解决如上技术问题所采用的技术方案为：
[0008]本专利技术包括偏振光分束器、TE光选择通过型耦合器、TM光选择通过型耦合器和偏振光合束器，初始偏振光输入到偏振光分束器的输入端，偏振光分束器的第一输出端与TE光选择通过型耦合器的第一输入端相连，偏振光分束器的第二输出端与TM光选择通过型耦合器的第一输入端相连，TE光选择通过型耦合器的第一输出端和TM光选择通过型耦合器的第一输出端与偏振光合束器的两个输入端相连，偏振光合束器的输出端输出最终偏振光。
[0009]所述TE光选择通过型耦合器和TM光选择通过型耦合器的结构相同，包括硅衬底、二氧化硅包层、混合波导和第一传输波导；硅衬底和二氧化硅包层上下层叠布置，二氧化硅包层中嵌装有混合波导和第一传输波导，混合波导和第一传输波导之间平行且间隔布置，第一传输波导的两端分别作为耦合器的第一输入端和第一输出端；所述混合波导由电极层、第一硅波导和第一相变材料层组成，第一硅波导和第一相变材料层相连，第一相变材料层与电极层相连，第一硅波导的两端分别作为耦合器的第二输入端和第二输出端。
[0010]所述第一相变材料层设置在第一硅波导外侧面和/或内部，第一相变材料层设置在第一硅波导外侧面的上表面、下表面、左表面、右表面或者两个表面及以上；第一相变材料层设置在第一硅波导外侧面时，电极层设置在第一相变材料层远离第一硅波导的一面；第一相变材料层设置在第一硅波导内部时，电极层嵌装在第一相变材料层中。
[0011]所述第一相变材料层为金属氧化物、硫属化合物或者有机相变材料。
[0012]所述的电极层的材料为金、铜、铝或氧化铟锡。
[0013]所述第一传输波导与第一硅波导为硅波导或掺杂波导。
[0014]所述偏振光分束器与TE光选择通过型耦合器之间、偏振光合束器与TE光选择通过型耦合器之间、偏振光分束器与TM光选择通过型耦合器之间、偏振光合束器与TM光选择通过型耦合器之间还通过连接波导进行连接。
[0015]所述连接波导为直波导或弯曲波导。
[0016]所述第一传输波导和/或第一硅波导为直波导或弯曲波导。
[0017]基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器工作原理：利用覆盖在相变材料上的电极层，对相变材料进行调控，通过焦耳热来诱导相变材料在晶态和非晶态之间进行转换，由于晶态和非晶态下有效折射率的实部和虚部有较大差异，以此来控制TE或TM光的选择性通过。相变材料在非晶态状态下，混合波导与传输波导组成的定向耦合器中相位匹配，此时两根波导之间发生耦合，传输波导中的TM(TE)光耦合到混合波导中，此时没有TM(TE)光传输到偏振合成器中，达到了偏振选择的目的。而当相变材料转换为晶态时，有效折射率急剧增大，混合波导与传输波导发生相位失配，两者之间没有耦合，TM(TE)光可以通过传输波导，经传输波导到达偏振合束器后，再经输出光纤输出。因此，通过在混合波导上的电极层施加适当的电脉冲信号即可实现相变材料在晶态和非晶态之间的转换，从而实现片上的偏振选择。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术将相变材料与硅波导相结合，形成混合波导，可以通过相变材料的折射率变化，控制TE光或TM光的选择性通过，具有非常高的实用性。
[0020]2.基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，仅在转换相变材料状态时消耗能量，状态一经转换不需要施加任何能量即可维持稳定状态，符合集成光子器件的发展趋势。
[0021]3.基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，理论上可以通过结构设计对任意波长的光进行调控，且损耗比较小，具有广阔的应用前景。
[0022]4.与传统的片上集成光子器件相比，前者需要施加持续能量来维持材料状态，容易产生热串扰，使芯片性能下降，基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，不需要持续供能，可以大大减少热量对集成器件带来的干扰。
[0023]5.由于相变材料虚部的存在，会对光有一定的吸收。与其他相变材料混合集成光子器件相比，本专利技术中覆盖相变材料层的混合波导仅起到辅助作用，不参与目标光的传输，极大的避免了相变材料对光的吸收。
附图说明
[0024]图1为本专利技术基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器的俯视示意图。
[0025]图2为本专利技术基于相变材料
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硅混合集成波导的TE光选择通过型耦合器模剖视示意图。
[0026]图3为本专利技术基于相变材料
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硅混合集成波导的TM光选择通过型耦合器模剖视示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，其特征在于，包括偏振光分束器、TE光选择通过型耦合器、TM光选择通过型耦合器和偏振光合束器，初始偏振光输入到偏振光分束器的输入端，偏振光分束器的第一输出端与TE光选择通过型耦合器的第一输入端相连，偏振光分束器的第二输出端与TM光选择通过型耦合器的第一输入端相连，TE光选择通过型耦合器的第一输出端和TM光选择通过型耦合器的第一输出端与偏振光合束器的两个输入端相连，偏振光合束器的输出端输出最终偏振光。2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，其特征在于，所述TE光选择通过型耦合器和TM光选择通过型耦合器的结构相同，包括硅衬底(1)、二氧化硅包层(2)、混合波导和第一传输波导(4)；硅衬底(1)和二氧化硅包层(2)上下层叠布置，二氧化硅包层(2)中嵌装有混合波导和第一传输波导(4)，混合波导和第一传输波导(4)之间平行且间隔布置，第一传输波导(4)的两端分别作为耦合器的第一输入端和第一输出端；所述混合波导由电极层、第一硅波导(3)和第一相变材料层(5)组成，第一硅波导(3)和第一相变材料层(5)相连，第一相变材料层(5)与电极层相连，第一硅波导(3)的两端分别作为耦合器的第二输入端和第二输出端。3.根据权利要求2所述的一种基于相变材料
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硅混合集成波导的片上起偏器，其特征在于，所述第一相变材料层(5)设置在第一硅波导(3)外侧面和/或内部，第一相变材料层(5)设置在第一硅波导(3)外侧面的上表面、下表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，戴道锌，吴庆博，高山，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：