[发明专利]一种基于相变材料的开关式的光波导器件及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于相变材料的开关式的光波导器件，包括光栅结构、光学薄膜增强层、脊结构、薄膜结构与衬底结构，所述衬底结构上设置有薄膜结构，所述薄膜结构上面中部设置有脊结构，所述脊结构设置有光学薄膜增强层，所述光学薄膜增强层上设置有光栅结构，所述光波导器件的一端面由模式波入射，经过波导后，在光波导器件的另一端面出射波。通过上述方式，本发明能够通过将该材料覆盖至硅波导上形成复合波导结构，切换相变材料的相态就可以切换不同状态的光信号传播，即实现了利用一种结构同时具有时分和波分复用的功能。

技术领域

本发明涉及微纳光学器件设计领域，特别是涉及一种基于相变材料的开关式的光波导器件。

背景技术

随着光通信技术、大数据处理技术和微纳米光子学技术的快速发展和人们对光学元件微型化和光学系统集成化的迫切需要，多功能的微纳光学器件的研究设计与制备成为学术界和工业界的广泛关注的热点，各种功能复合的光学元器件不断涌现。光谱选择器是在工作波段内选择特定波长光源，截止其他波长的入射光。一种传统的光学滤波器主要结构是在光学镜片一侧蒸镀多层高低折射率相间的介质层达到滤波效果，其功能和应用范围比较单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相变材料的开关式的光波导器件，能够通过将该材料覆盖至硅波导上形成复合波导结构，切换相变材料的相态就可以切换不同状态的光信号传播，即实现了利用一种结构同时具有时分和波分复用的功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于相变材料的开关式的光波导器件，包括光栅结构、光学薄膜增强层、脊结构、薄膜结构与衬底结构，所述衬底结构上设置有薄膜结构，所述薄膜结构上面中部设置有脊结构，所述脊结构设置有光学薄膜增强层，所述光学薄膜增强层上设置有光栅结构，所述光波导器件的一端面由模式波入射，经过波导后，在光波导器件的另一端面出射波。

进一步的是，所述光学薄膜增强层构成了光栅结构过渡增强层。

进一步的是，所述光学薄膜增强层是MgF2、A l2O3、ZnO等光学镀膜材料。

进一步的是，所述脊结构是硅材料，宽度同光栅结构宽度相同。

进一步的是，所述薄膜结构材料为硅等透过材料。

进一步的是，所述衬底材料可以为二氧化硅材料。

进一步的是，所述模式波入射的波长0.8～1.68μm。

一种基于相变材料的开关式的光波导器件的制作方法，制作方法如下：

(1)确定用于时分复用的光谱选择的波长；

(2)选定用于光谱选择器的波导层结构的介质和相变材料；

(3)根据要求的光谱选择器的中心波长和带宽，分布在相变材料晶态和非晶态下计算和设计光栅层高度、占空比和周期、增强过渡层厚度、脊结构和薄膜结构层的宽度和厚度；

(4)依据步骤(2)和(3)得到各波导层的材料和厚度参数，在衬底上蒸镀相应的膜层；

(5)按照设定的膜层宽度和光栅层的占空比和厚度，刻蚀脊波导薄膜层和增强层、制备相变材料光栅条。

进一步的是，所述步骤(5)采用的方法可以是紫外光刻法、纳米压印、感应耦合等离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀或电子束曝光等。

本发明的有益效果是：本发明的一种基于相变材料的开关式的光波导器件，采用新型的光学相变材料制作光栅结构，并利用相变材料的两种状态：晶态和非晶态。当相变材料在晶态时，折射率大，消光系数大，当相变材料为非晶态时，折射率小，消光系数小，这种材料相变前后差异大，且非晶态与晶态之间转变具有非易失性，通过将该材料覆盖至硅波导上形成复合波导结构，切换相变材料的相态就可以切换不同状态的光信号传播，即实现了利用一种结构同时具有时分和波分复用的功能。