多模干涉马赫-曾德尔全光开关制造技术

本发明专利技术公开了一种多模干涉马赫-曾德尔全光开关，其包括第一输入波导端口、第二输入波导端口、第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光波导端口、控制光输出端口、第一多模波导、马赫-曾德尔干涉臂、第二多模波导，第一输入波导端口、第二输入波导端口都连接在第一多模波导的一端，第一多模波导的另一端通过马赫-曾德尔干涉臂与第二多模波导的一端连接，第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光输出端口都连接在第二多模波导的另一端，控制光波导端口与马赫-曾德尔干涉臂连接。本发明专利技术多模干涉马赫-曾德尔全光开关的结构简单紧凑，制作成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全光开关，特别是涉及一种多模干涉马赫-曾德尔全光开关。
技术介绍
全光开关(AOS)是全光网络、光计算机及相关光信息处理中的基本器件。全光开关的一个主要优点是避免了光-电和电-光的转换，这种转换不仅限制了系统的多功能性和透明性，也会影响开关速度和开关结构的集成性。事实上，消除这种光-电-光的转换将导致系统成本的减少。全光开关的参数有超快响应时间、低开关能量、高消光比与低插入损耗等。研究全光开关主要从三个方面提高其性能一是设计出新的器件结构，二是采用载流子超快驰豫的新材料，三是利用半导体量子阱材料的特殊性质来发展超高速光开关。本专利技术正是从器件的结构方面来实现更好的开关性能。马赫-增德尔干涉(MZI)型装置是光开关的主要构成元件。多模干涉(MMI)装置是基于自成像原理工作的。自成像是多模波导的一种性质，即输入场的横向分布在沿着波导的传播方向会周期性重现一个或多个像。1972年，Marcuse发现在渐变折射率波导可以周期性地产生物体的实像；1973年，Bryngdahl提出了均匀折射率多模平板波导也可以得到自映像。利用MZ-MMI原理的光开关，如2004年，Zhao Yiping等人在美国专利和商标局的专利数据库(USPTO)报道了一种碳纳米管聚合物复合材料的超快全光开关；2008年Abdulaziz等人在Optics Communications中提出了一种改进的MZI-MMI型热光开关；2011年，Bahrami等人在Optik中提出了基于MZ-MMI非线性耦合型全光开关，这些光开关都是运用载流子注入效应、热光、电光来改变波导材料的折射率，其结构和制作工艺较为复杂，响应时间也在纳秒量级。
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多模干涉马赫-曾德尔全光开关，其结构简单紧凑，制作成本低。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种多模干涉马赫-曾德尔全光开关，其特征在于，其包括第一输入波导端口、第二输入波导端口、第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光波导端口、控制光输出端口、第一多模波导、马赫-曾德尔干涉臂、第二多模波导，第一输入波导端口、第二输入波导端口都连接在第一多模波导的一端，第一多模波导的另一端通过马赫-曾德尔干涉臂与第二多模波导的一端连接，第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光输出端口都连接在第二多模波导的另一端，控制光波导端口与马赫-曾德尔干涉臂连接。本专利技术的积极进步效果在于一、本专利技术通过光束控制光强来控制开关的运行，结构相比于热光、电光开关更加简单；在干涉臂上直接接入控制光波导，使开关结构更加简单紧凑。二、本专利技术的波导由有机聚合物制作，具有良好的光克尔效应，且成本低廉。三、基于材料的非线性光克尔效应，在强光作用下，折射率改变快，因此开关的响应时间比热光、电光开关更短。附图说明图I为本专利技术多模干涉马赫-曾德尔全光开关的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图I所示，本专利技术多模干涉马赫-曾德尔全光开关包括第一输入波导端口 I、第二输入波导端口 2、第一输出波导端口 3、第二输出波导端口 4、控制光波导端口 5、控制光输出端口 6、第一多模波导7、马赫-曾德尔干涉臂8、第二多模波导9,第一输入波导端口 I、第二输入波导端口 2都连接在第一多模波导7的一端，第一多模波导7的另一端通过马赫-曾德尔干涉臂8与第二多模波导9的一端连接,第一输出波导端口 3、第二输出波导端口 4、控制光输出端口 6都连接在第二多模波导9的另一端，控制光波导端口 5与马赫-曾德尔干 涉臂8连接。控制波导通过控制光波导端口 5直接接入马赫-曾德尔干涉臂。当工作波长光束从第一输入波导端口 I进入，从第二输出波导端口 4输出时，即为交叉态，从第一输出波导端口 3输出时，即为直通态。当不加控制光束时，工作波长光束从第一输入波导端口 I输入，从第二输出波导端口 4输出。当在控制光波导端口 5输入一定强度的控制光时,改变马赫增德尔一臂的折射率，使之产生相位差，从而使工作波长光束从第一输出波导端口 3输出，实现开关功能。控制光束即从控制光输出端口6输出。本专利技术通过输入控制光改变单模波导的折射率，使马赫-曾德尔干涉臂产生相位差来实现光通过与关断的开关作用。该开关结构简单紧凑，制作成本低，具有较快的开关响应时间。本专利技术基于马赫-曾德尔型干涉(MZI)结构、多模干涉(丽I)原理和光学克尔效应，设计了 MMI-MZI型全光开关。控制光的强度既要满足引起光克尔效应在马赫-曾德尔干涉臂上产生η相位差，也要使第二个多模波导由于折射率的变化对二重像位置的影响在容差范围内。此外，由于控制光的引入，使第二个多模波导的折射率产生微弱改变，这种改变会使输出光场位置在一定范围内变化，因此输出单模波导使用锥形结构，使得输出光场在系统允许容差范围内输出。本专利技术运用到的多模波导的工作原理是基于多模波导中的自成像效应，当一束光进入多模波导时，会激发出各阶导模，各阶导模在波导中传播时，由于传播常数不一样，导模间产生相位差，相互之间发生干涉，在满足一定关系的特定位置上出现输入光场的一个或多个映像。由于相位的周期性，这些映像会重复出现。本专利技术中多模波导相当于起到分束和合束器的作用。当工作光束从第一输入波导端口进入第一个多模波导时，经过一定长度的传输，在成二重像处均勻输出两束光，未加控制光束时开关处于交叉态，这两束光分别经马赫-曾德尔型干涉臂传输进入第二个多模波导，经过相同长度的传输，则在对称输出口成单像，即在第二输出波导端口输出；当加控制光束时开关处于直通态，即在马赫-曾德尔干涉臂的一臂通入控制光，由于材料的光学克尔效应，其折射率发生了改变，使得马赫-曾德尔干涉臂传输的光束产生一附加的(或的奇数倍)相位差，在进入第二个多模波导后，从第一输出波导端口输出，而控制光则从控制光输出端口输出。本专利技术与传统光开关相t匕，基于丽I-MZI原理和光克尔效应，所谓的光克尔效应就是非线性光学材料受到泵浦光的激发作用，折射率要发生如以下公式的变化η=η(ι+η2|Ε(ω) |2，其中％是线性折射率，η2为非线性折射率系数，η是折射率，Ε(ω)是光振幅，ω入射光的圆频率。以一定强度的控制光来进行开关的运行，达到了以光控光的目的。本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改型和改变。因此，本发 明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。权利要求1.一种多模干涉马赫-曾德尔全光开关，其特征在于，其包括第一输入波导端口、第二输入波导端口、第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光波导端口、控制光输出端口、第一多模波导、马赫-曾德尔干涉臂、第二多模波导，第一输入波导端口、第二输入波导端口都连接在第一多模波导的一端，第一多模波导的另一端通过马赫-曾德尔干涉臂与第二多模波导的一端连接，第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光输出端口都连接在第二多模波导的另一端，控制光波导端口与马赫-曾德尔干涉臂连接。全文摘要本专利技术公开了一种多模干涉马赫-曾德尔全光开关，其包括第一输入波导端口、第二输入波导端口、第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光波导端口、控制光输出端口、第一多模波导、马赫-曾德尔干涉臂、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模干涉马赫？曾德尔全光开关，其特征在于，其包括第一输入波导端口、第二输入波导端口、第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光波导端口、控制光输出端口、第一多模波导、马赫？曾德尔干涉臂、第二多模波导，第一输入波导端口、第二输入波导端口都连接在第一多模波导的一端，第一多模波导的另一端通过马赫？曾德尔干涉臂与第二多模波导的一端连接，第一输出波导端口、第二输出波导端口、控制光输出端口都连接在第二多模波导的另一端，控制光波导端口与马赫？曾德尔干涉臂连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹国荣，庄琳，王正岭，邱凤仙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：