[发明专利]基于铁电体微畴结构的2m×n×n型片状集成电光开关

说明书

技术领域

本发明涉及光开关领域，具体是一种基于铁电体微畴结构的2m×n×n片状集成电光开关，主体为一块“回”字形电光晶体，中间为空气，其上制作2m组两两对称的非矩形几何形状畴反转结构微型电光偏转器组，每个电光偏转器组包含n个非矩形几何形状微型电光偏转器，非矩形几何形状微型电光偏转器由光轴相邻相反的三角形畴体级联组成，不加电场时，光通过非矩形几何形状微型电光偏转器时，相邻畴反转体的折射率不发生变化，光束直接通过，当给非矩形几何形状微型电光偏转器的加上电场后，相邻畴反转体的折射率发生变化，光束发生偏转，进入其他通道，施加电场大光束偏转大，施加电场小光束偏转小，这样通过控制电场的开关和大小实现n×n开关的互连导通功能。适用于光通信、光互连、光信息处理和激光技术领域。 

背景技术

光开关在激光技术、光信息学、光计算和光通信等领域有广泛应用，是重要的光学元器件之一，光开关有许多，大致可分为以下几大类：机械光开关、热光开关、声光开关和电光开关。传统机械光开关技术成熟，但体积大，开关时间长，热光开关通常需要进行温度控制，工艺和结构较复杂，并且对波长敏感，声光开关易发生窜扰问题，近年来，随着高速光互联和全光通信网的快速发展，高调制速率和高响应速度的光开光需求日益迫切，现有的机械光开关、MEMS(micro-electro-mechanical-systems)光开关等产品开关时间慢不能满足高调制速率的性能要求，需要新型的高性能光开关。电光开关是所有开关类型中响应速度最快的光开关，电光开关响应频率达10¹¹Hz，理论极限调制速率达100GHz，是高速光交换系统中最有应用潜力的开关类型，现有电光开关产品大多基于电光效应使光的偏振态旋转90度的原理制成，采用电光晶体和偏振器实现，体积大，且多为1×2的开关，不易实现n×n开关，也不易进行微型化集成，为满足高速光传输网和高速光信息处理的发展需求，本发明提供一种高度集成的高响应速度的电光开关，可在一片晶片上同时实现2m组n×n的电光开关。 

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于铁电体微畴结构的2m×n×n片状集成电光开关，在一片电光晶体平板上同时实现2m组n×n的电光开关，具体为在一块“回”字型的电光晶体平板上两两对称制作m对(即2m组)非矩形几何形状的电光偏转器组，每个电光偏转器组包含n个具有铁电体微畴结构的非矩形几何形状微型电光偏转器，非矩形几何形状微型电光偏转器由三角形的光轴两两相反的畴体级联构成。当微型电光偏转器不加电场时，光轴相反的畴体折射率相同，整个微型电光偏转器无折射率变化，光束直接通过，当给畴反转结构的微型电光偏转器加上电场后，由于相邻光轴相反的畴体的感应折射率变化刚好相反，使得相邻两个三角形畴体的折射率不同，光束通过三角形的斜边界面时将发生偏折，经过级联三角形畴体的一系列排列偏折，光束射出微型电光偏转器后将发生偏转，合理设计下进入另一个微型电光偏转器，此时对该偏转器施加相同电场，光束将从这个偏转器水平射出，施加电场大光束偏转大，施加电场小光束偏转小，这样通过控制电场的开关和大小实现2m组n×n的光开关功能。本发明2m×n×n片状集成周期性畴反转结构电光开关仅由一块具有周期性畴反转结构的“回”字型晶片构成，通过控制所加电场实现光的开关互连功能，具有开关数量大，结构简单，响应速度快和易于系统集成的优点。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种基于铁电体微畴结构的2m×n×n片状集成电光开关，包含2m组n×n的电光开关，特点是其构成为单块“回”字型电光晶体平板，中间为空气，其上两两对称制作2m组非矩形几何结构的电光偏转器组，每个电光偏转器组包含n个非矩形几何形状微型电光偏转器，每个非矩形几何形状微型电光偏转器由三角形的光轴相反的畴反转体级联构成。所述的电光偏转器组两两结构相同，两两对称位于“回”字型电光晶体平板中。所述的非矩形几何结构微型电光偏转器包括梯形、抛物线形，半抛物线形，半喇叭形和喇叭形形状的几何结构。 

本发明基于铁电体微畴结构的2m×n×n片状集成电光开关利用三角形相反畴结构的相反电光效应产生不同的感应折射率变化，使两个三角介质内的折射率不同，光从一个三角形畴体进入另一个三角畴体时，在界面发生折射，经过非矩形几何形状内所有三角形畴体的折射，光射出晶体时将发生偏转，偏转角随施加电场的增大而增加，这样通过控制施加电场来实现2m组n路光的n×n开关互连功能，具有响应速度快，调制速率高，开关数量多，结构简单，易于系统集成等优点。 

附图说明