[发明专利]一种光开关

说明书

本申请提供一种光开关，包括第一无源波导结构、第二无源波导结构和有源波导结构，有源波导结构设于第一无源波导结构和第二无源波导结构之间；第一无源波导结构和第二无源波导结构均采用氮化硅材料制备形成，有源波导结构采用铌酸锂薄膜材料制备形成；本申请提出的光开关将氮化硅的较低传输损耗的优势与铌酸锂薄膜的优异的电光特性的优势结合，使得两种材料混合集成的光开关具有低损耗、快开关速度与低功耗等优势。

技术领域

本申请涉及通讯器件技术领域，特别涉及一种光开关。

背景技术

随着近些年来光通信领域的急速发展，尤其是光纤到户的推进、大数据、物联网的兴起，人们对通讯带宽、通讯量以及通讯速率的需求也急剧增加。光开关作为通讯网络里的基础器件，起着重要作用，尤其是波分复用与交叉互联中起着不可替代的作用。

传统光开关主要分为机械光开关、热光开关、声光开光、电光开光和全光开光几大类。相较于其他类型光开关，电光开关具有响应时间短开关速度快等优势。光开关现有技术现在最为常用的光开关为铌酸锂体材料光开关，由于铌酸锂具有较高的电光系数，因此具有响应时间短、开关速度快等优势。但由于体材料折射率差小，因此体积大，不易集成，一般作为单独器件使用。随着制备工艺的发展，具有较好光学特性的铌酸锂薄膜材料的制备工艺与加工工艺日益成熟，基于铌酸锂薄膜的集成光波导调制器件越来越受到重视。其铌酸锂薄膜材料仍然存在不能与半导体常规工艺互补金属氧化物半导体（CMOS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）相兼容、制备成本高、传输损耗较高、不宜制备无源光波导器件的技术问题。因此，现有的基于铌酸锂薄膜或其他单一材料的集成光波导调制器件已经无法满足现今光通讯对开关速度、功耗、集成度与损耗各个方面的要求。

发明内容

本申请要解决是现有技术中单一材料制成的光开关损耗高，开关速度慢的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种光开关，所述光开关包括第一无源波导结构、第二无源波导结构和有源波导结构，所述有源波导结构设于所述第一无源波导结构和所述第二无源波导结构之间；

所述第一无源波导结构和所述第二无源波导结构均采用氮化硅材料制备形成，所述有源波导结构采用铌酸锂薄膜材料制备形成。

进一步地，所述第一无源波导结构与所述有源波导结构之间通过第一渐变波导结构对接，所述第二无源波导结构与所述有源波导结构之间通过第二渐变波导结构对接。

本申请无源波导结构采用氮化硅材料，能够降低光开关的损耗；有源波导结构采用电光系数较高的铌酸锂薄膜，其采用铌酸锂薄膜材料平台制备，具有较高的光电系数，使光开关具有较快的开关速度。

本申请在有源波导结构和无源波导结构的波导对接处设计渐变波导结构，能够使得两个模场相互匹配，降低耦合损耗，并降低对接难度。

进一步地，所述第一无源波导结构包括输入耦合器，所述第二无源波导结构包括输出耦合器，所述输入耦合器和所述输出耦合器均与光纤对接。

进一步地，所述输入耦合器为光栅离面耦合器或倒锥形光纤波导耦合器；

所述输出耦合器为光栅离面耦合器或倒锥形光纤波导耦合器。

进一步地，所述第一无源波导结构还包括第一3dB耦合器，所述第二无源波导结构包括第二3dB耦合器；

所述第一3dB耦合器的一端与所述输入耦合器连接，所述第一3dB

耦合器的另一端与所述第一渐变波导结构连接；

所述第二3dB耦合器的一端与所述输出耦合器连接，所述第二3dB

耦合器的另一端与所述第二渐变波导结构连接。