基于环形谐振腔的磁光开关制造技术

基于环形谐振腔的磁光开关，涉及一种磁光开关。提供一种具备无运动件、开关速度快、稳定性好、驱动电压低、串扰小、体积小和易于高度集成等优点的基于环形谐振腔的磁光开关。设有硅基层、２根条形光波导、导电极和环形谐振腔；硅基层、２根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行于所述硅基层的多层平面结；１根条形光波导用于传输输入的１路信号光，另１根条形光波导用于传输输入的另１路信号光；２根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，２根条形光波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为０～３６０°；２根条形光波导处于同一平面内的相交状态，或分属于不同平面的交叉状态，包括投影夹角为１８０°时的平行状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁光开关，尤其是涉及一种基于法拉第磁光效应，借助磁光材料 制作的环形谐振腔来实现光路切换的磁光开关。
技术介绍
在全光网络中，光开关主要应用于光交换系统和主备倒换系统，利用光开关可以 实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈保护等功能。随着全光网络的迅速普 及和日益完善，光通信系统需要光分插复用系统、网间信息快速交换设备、光交叉连接器和 光路由器等，这些都离不开超高速大规模集成的光开关矩阵。光开关及其规模化集成研究 已经成为全光网络建设急需突破的瓶颈，是全光网络和光无源器件的重要研究热点和关键 技术难点。按照开关的工作原理来划分，光开关可以分为机械式光开关和非机械式光开关两 大类。机械式光开关的发展比较成熟，它主要是依靠光纤或光学元件的移动来改变光路，具 有插入损耗低、偏振无关和串扰小等优点。不足之处是开关时间长和体积大，与要求的纳 秒和皮秒量级相差甚远，有的还存在回跳抖动和重复性较差等问题。非机械式光开关省去 机械移动的部分，主要利用材料的电光、声光、热光和磁光等效应来改变材料的折射率或其 它性质，使光路发生改变。相对于机械式光开关来说，它们具有较高的开关速度，一般可以 达到纳秒级甚至皮秒级，可以实现高密度集成并应用于未来的集成光交换和光电子交换系 统。不足之处是插入损耗较大和隔离度较低。现阶段较为前沿的非机械光开关有液晶光开 关、热光效应光开关、声光开关、电光开关和磁光开关等。磁光开关的基本原理是利用法拉第(Faraday)磁致旋光效应，通过外加磁场的改 变来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的效果。相对于传统的 机械式光开关，它具有开关速度快和稳定性高等优势；而相对于其它的非机械式光开关，它 又具有驱动电压低和串扰小等优势。近年来，它在光无源器件领域得到越来越多的重视。在现有的磁光开关中，通常采用的元器件有磁光晶体、偏振分束器、偏振合束器、 半波片、双折射晶体、直角棱镜、光纤准直器和反射镜等。通过对已有磁光开关的比较和分 析，可以发现存在如下缺点(1)开关速度较低。现有的大部分磁光开关产品的开关时间都是微秒量级的，只有 少数一两家研究机构研制的产品开关时间达到纳秒量级。这些磁光开关在现有的条件下还 能够满足基本要求，但与全光网络进一步要求的皮秒量级还有一定的差距。(2)体积较大，难于阵列集成。已有的磁光开关大部分采用块状型的磁光材料和块 状型的偏振合/分束器，体积较大，磁场利用率不高。同时，块状型结构的外形不利于磁光 开关的大规模集成。这与全光网络所需要的光分插复用系统、光交叉连接器和光路由器的 密集型多端口输入输出要求相差甚远。本申请人在中国专利CNl588179中公开一种高速微型磁光开关装置，设有输入装 置，输入装置设1根光纤和自聚焦透镜；输入的光束经第1只双折射晶体、法拉第旋转器、石英旋转器、第2只双折射晶体、偏振分束镜和全反射三角棱镜后由输出装置射出。驱动装置 输入端接控制信号，输出端接法拉第旋转器。具有偏振灵敏度低、无运动件、插入损耗小、响 应速度快、串扰小、体积小、集成化程度高等优点。可满足抗干扰能力强、驱动电压低、稳定 性高，电路设计简单、可靠，可长时间连续工作等要求。既可应用于光通讯的光交叉连接器， 又可以应用于各种光路监控与维护系统、数据网络、光纤传感器系统和光纤测量系统等。本申请人在中国专利CN101071202中公开一种反射型磁光开关，设有3个直角棱 镜、偏振分束器和偏振光旋转器件；第一直角棱镜输入端外接入射光，再射到偏振分束器； 偏振分束器将入射光分解输出2束偏振态正交的P光和S光；第二直角棱镜输入端外接偏 振分束器一端，将入射光反射到偏振光旋转器件；偏振光旋转器件的右半部分输入外接偏 振分束器的输出端和第二直角棱镜的输出端，并从左半部分输出端将这两束偏振光出射到 第三直角棱镜；第三直角棱镜外接偏振光旋转器件的左半部分的输出光，并在第三直角棱 镜中反射到偏振光旋转器件左半部分的输入端口，经过偏振光旋转器件后，一束偏振光到 第二直角棱镜，经过反射到偏振分束器与另一束偏振光合并，并按照要求进入输出端口。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有的磁光开关存在的开关速度较低、难以微型化和无法 密集阵列集成等缺点，提供一种具备无运动件、开关速度快、稳定性好、驱动电压低、串扰 小、体积小和易于高度集成等优点的基于环形谐振腔的磁光开关。本专利技术设有硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔；所述硅基层、2根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行 于所述硅基层的多层平面结构，形成双输入双输出的平面相交光路或双输入双输出的空间 交叉光路；所述2根条形光波导处于同一平面或分属于不同平面，2根条形光波导中的1根 条形光波导用于传输输入的1路信号光，2根条形光波导中的另1根条形光波导用于传输输 入的另1路信号光；所述2根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，2根条形光 波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为0 360° ；所述2根条形光波导处于同一平面 内的相交状态，或分属于不同平面的交叉状态，包括投影夹角为180°时的平行状态。所述2根条形光波导可以采用掺杂半导体材料(AlGaAs-GaAs系或者InGaAsP-InP 系)、Si元材料(Si-SiO2)，或者有机聚合物材料(PMMA或PCZ等)的条形光波导。所述环形谐振腔通过溅射和液相外延生长等工艺方法由磁光材料制作而成，所述 磁光材料可以采用钇铁石榴石(YIG)或者掺铋稀土铁石榴石(Bi-RIG)等磁光材料；所述环 形谐振腔的外形可以是片形、或环形等形状；所述环形谐振腔与2根条形光波导之间均分 别保持有间距，用于满足匹配条件的信号光进行耦合并实现光路变换。所述导电极通电时，产生的高速磁场可以磁化磁光材料制作的环形谐振腔，改变 磁光材料的等效折射率，使得1根条形光波导中的信号光可以耦合进入环形谐振腔，并进 一步耦合到另1根条形光波导中，实现光路切换；所述导电极不通电时，条形光波导中的信 号光无法耦合进入环形谐振腔，并且继续保持在原有光路中传输。所述导电极主要用于电流的传输，其两端外接纳秒脉冲电路，电流通过电极产生 一个环形高速磁场，用于磁化环形磁光薄膜。所述高速磁场是指磁场的产生时间和消退时 间都达到纳秒量级的磁场；所述导电极为可控元件，通过控制导电极的电流可以实现磁光4开关的光路切换。所述环形谐振腔为磁光材料制作而成的薄膜，可以通过导电极对其产生或者保持 饱和磁化，也可以对其产生或者保持反向的饱和磁化；环形磁光薄膜置于高速磁场中，通过 控制高速磁场的改变来改变磁光材料的等效折射率，用于改变光路切换。所述环形谐振腔可为磁光材料制作的环形谐振腔。本专利技术利用了环形谐振腔的耦合工作原理。在环形谐振腔磁光开关中，输入光束 可以是线偏振光，也可以是椭圆偏振光。输入光束为椭圆偏振光时，省去了偏振分束器和偏 振合束器等器件，从而使磁光开关的体积减小，并且有利于光开关的阵列集成。环形磁光薄 膜可以通过采用液相外延(LPE)生长法并结合微电子机械系统(MEMS)技术制作而成，环形 的直径可以小于1毫米，进一步减小了磁光开关的体积。磁光材料采用掺Bi的RIG薄膜， 它具有大的比法拉第旋转值本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于环形谐振腔的磁光开关，其特征在于设有硅基层、２根条形光波导、导电极和环形谐振腔；　　所述硅基层、２根条形光波导、导电极和环形谐振腔自下而上依次设置，构成平行于所述硅基层的多层平面结构，形成双输入双输出的平面相交光路或双输入双输出的空间交叉光路；２根条形光波导中的１根条形光波导用于传输输入的１路信号光，２根条形光波导中的另１根条形光波导用于传输输入的另１路信号光；所述２根条形光波导的矢量方向定义为输入光的传输方向，２根条形光波导的矢量方向在硅基层上的投影夹角为０～３６０°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翁梓华，阮剑剑，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]