[发明专利]一种输入位置控制的多模干涉型光开关及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成光子器件技术领域，具体来说，涉及一种输入位置控制的多模干涉型光开关及其制备方法。

背景技术

光开关是一种可以对光传输过程中的光信号进行通道转换的关键器件，可以广泛应用在全光层的路由选择、波长选择和光交叉连接等功能的实现上。根据工作介质分类，光开关可分为自由空间光开关和平面波导型（文中简称：PLC型）光开关。

PLC型光开关利用半导体工艺制备，具有结构紧凑、可批量制作、稳定性高等优点。其中基于硅上二氧化硅 (英文全称: Silica-on-Silicon，文中简称: SoS) 工艺的PLC型光开关是较早被应用于光通信、传感系统中的PLC器件；并且其具有热稳定、低非线性、高带宽、集成高和成本低等特点。现有的可调PLC型光开关主要通过材料的电光效应、热光效应、磁光效应、声光效应等原理，需要添加折射率调制模块来改变多模波导的折射率实现开关状态可调，制作工艺难度大，结构复杂，成本较高。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种输入位置控制的多模干涉型光开关，该光开关的开关状态可调，且结构简单，成本低；同时，本发明还提供该光开关芯片的调节方法，该调节方法简单，可快速实现开关状态的调节。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种输入位置控制的多模干涉型光开关，该光开关包括平面光波光路芯片、光源、输入光纤阵列和电动自动调芯装置，平面光波光路芯片包括硅衬底、生长在硅衬底上方的二氧化硅缓冲层、生长在二氧化硅缓冲层上方的波导，以及生长在波导上的覆盖层，波导包括输入级单模波导、中间级多模波导和n个输出级单模波导，n为偶数，且n≥2；光源与输入光纤阵列的输入端连接，输入光纤阵列的输出端与输入级单模波导的输入端连接，输入级单模波导的输出端通过中间级多模波导与n个输出级单模波导的输入端连接；输入光纤阵列固定连接在电动自动调芯装置上。

进一步，所述的电动自动调芯装置包括六维微调架、与六维微调架连接的驱动器，以及与驱动器连接的调芯控制器，六维微调架夹持输入光纤阵列，调芯控制器对输入光纤阵列做X方向调节定位，X方向为水平面上与平面光波光路芯片的光轴相垂直的方向。

进一步，所述的输入光纤阵列对输入级单模波导无X方向偏移时，光信号从位于中部的输出级单模波导的输出端输出。

一种上述的输入位置控制的多模干涉型光开关的调节方法，该调节方法包括以下步骤：

步骤10）：使用异丙醇溶液反复擦拭输入光纤阵列的端面和平面光波光路芯片端面，直至端面干净，然后吹干；

步骤20）：放置和固定平面光波光路芯片：利用电动自动调芯装置中的六维微调架夹持输入光纤阵列，利用波导夹具夹持平面光波光路芯片，并将平面光波光路芯片置于输入光纤阵列一侧，使得输入光纤阵列的输出端与平面光波光路芯片的输入端相对；

步骤30）：在输入光纤阵列的端面点涂折射率匹配液，

步骤40）：通过调整输入光纤阵列的输出端端面与平面光波光路芯片的输入端端面之间的平行度，实现输入光纤阵列与平面光波光路芯片光轴之间的平行；

步骤50）：通过显微观测系统调节输入光纤阵列的输出端端面与平面光波光路芯片的输入端端面之间的间隔；

步骤60）：通光调整，固定输入光纤阵列和平面光波光路芯片光轴同轴；

步骤70）：对输入光纤阵列做X方向调节定位：调芯控制器向驱动器发送偏移指令实现X方向的驱动控制，驱动器驱动六维微调架做X方向偏移，六维微调架带动输入光纤阵列做X方向偏移，实现输入光纤阵列X方向不同位置的定位调节，当改变输入光纤阵列对输入级单模波导X方向偏移距离时，则改变输入级单模波导内的谐振现象，继而改变中间级多模波导内的干涉关系，最终改变边缘处n重像的相位关系，从而实现不同开关状态切换。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）工艺难度低。本发明的一种输入位置控制的多模干涉型光开关通过无源PLC型芯片实现光开关；通过微调输入光纤阵列的横向偏移，改变输入级单模波导内的谐振现象，继而改变中间级多模波导内的干涉关系，最终改变边缘处四重像的相位关系，实现开关状态可调。然而，现有的可调PLC型光开关需要制作有源PLC型芯片实现开关功能，主要通过材料的电光效应、热光效应、磁光效应、声光效应等原理改变多模波导的折射率实现开关状态可调。制作有源PLC型芯片的工艺难度比无源PLC型芯片高。