[发明专利]一种基于MZI结构的双模波导热光开关及其制备方法

说明书

一种基于MZI结构的双模波导热光开关及其制备方法，属于平面光波导器件技术领域。整个器件基于MZI光波导结构，从左到右依次由平行输入直波导、S弯曲波导、平行耦合臂波导、S弯曲波导、平行直波导、锥形波导、宽度大于输入直波导的平行相移器直波导、两个锥形波导、平行直波导、S弯曲波导、平行耦合臂波导、S弯曲波导、平行输出直波导、在平行相移器直波导正上方的金属电极构成。本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料分别作为波导的芯层和包层，充分利用了有机聚合物材料种类多样、加工性强和热光系数大的优势。同时，本发明所采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于平面光波导器件技术领域，具体涉及一种以硅片作为衬底、以聚合物材料作为马赫增德尔干涉仪(MZI)结构的波导芯层及包层的双模波导热光开关及其制备方法。

背景技术

近年来，随着互联网业务和信息技术的迅猛发展，光纤通信已经成为支撑我们快速发展的信息驱动型社会的基石之一，人们对信息的依赖程度变得越来越高，比如物联网、大数据、云计算等一些新兴业务对通信系统也提出更高的要求。为了满足这些需求，则必然需要进一步提高光网络的传输容量。然而，由于光纤的非线性效应以及光纤放大器带宽的限制，目前单模光纤的通信容量已经接近极限。为了满足未来人们对通信容量的需求，模分复用技术应运而生。这是由于空间模式的正交性，不同的空间模式可作为独立的传输信道，进而可以有效提升通信容量。在模分复用系统中，光开关与光开关阵列是构建光通信网络的关键器件，然而目前的光开关大部分只能实现基模的开关、或者基模和高阶模之间的转换，对高阶模式具有一定的敏感性。在采用模分复用技术的高速宽带通信网的骨干线上，复杂的网络拓扑需要可靠、灵活的网络管理，实现多种模式的光开关与光开关阵列在光网络中起着光域优化、路由、保护和减小网络阻塞等功能。因此，亟需开发出一种面向模分复用系统的多模光开关器件。

波导型光开关是目前光通信网络中应用最为广泛的光开关器件，与机械式光开关、微机电系统光开关、液晶光开关等其他类型的光开关相比，波导型光开关更易于集成，并具有结构简单、长期稳定性好等优势。目前，用于制备波导型光开关的材料主要分为无机材料和有机聚合物材料两类。与无机材料相比，有机聚合物材料的制备工艺简单且与半导体工艺兼容，成本低廉且可以通过分子工程来提高材料的性能，光学损伤阈值较高且介电常数较低，另外有机聚合物材料还具有种类繁多、折射率可调、偏振不敏感、抗电磁干扰能力强以及无机材料所无法比拟的高电光系数和高热光系数等优点，进而使其逐渐成为极具发展和应用前景的实现低成本、高性能光子器件的基础性材料。因此，利用有机聚合物材料探索和研究高性能、低功耗、小型化和集成化的光开关器件具有重要的理论意义和实际价值，在实现新一代全光通信网络和片上光互联技术应用中具有迫切需求，市场前景广阔。

在平面光波导结构中，马赫增德尔干涉仪(MZI)是一种最基本的器件结构，也是最易于实现的波导干涉仪方案，在光通信领域具有重要的应用价值，已经广泛用于光调制器和光开关的研究中。传统的MZI光波导主要由基于单模波导的输入/输出直波导、Y分支3-dB分束器/耦合器和两条平行干涉臂所构成，但是该结构只能实现对基模信号的调控和开关，或者实现基模与高阶模之间的转换，不能同时实现对基模和高阶模的开关与调控，进而限制了该结构在模分复用系统中的应用。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种以硅片作为衬底、以聚合物材料作为MZI结构的波导芯层及包层的双模波导热光开关及其制备方法。

本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料分别作为波导的芯层和包层，充分利用了有机聚合物材料种类多样、加工性强和热光系数大的优势。同时，本发明所采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：