[发明专利]基于相变材料的可重构功率分支器及功率分支比调节方法

说明书

本发明公开了一种基于相变材料的可重构功率分支器及功率分支比调节方法，属于光子器件领域，可重构功率分支器包括：基底；位于基底上的Y分支波导，其两臂作为可重构功率分支器的输出波导；以及沉积于Y分支波导两臂上表面的相变材料序列；相变材料序列中各相变材料单元的周期满足亚波长条件，且各相变材料单元的状态独立可调；相变材料单元的状态包括晶态和非晶态。调节方法包括：调节Y分支波导两臂上表面的相变材料序列中相变材料单元的状态，以调节Y分支波导的两臂的等效折射率，直至Y分支波导两臂输出的光达到预设的功率分支比。本发明能够在保证功率分支器的功率分支比灵活可调的情况下，提高功率分支比的带宽特性。

技术领域

本发明属于光子器件领域，更具体地，涉及一种基于相变材料的可重构功率分支器及功率分支比调节方法。

背景技术

在过去的数十年，基于电互联的集成技术取得了高速发展，但随着集成技术的特征尺寸逐渐逼近其物理极限，世界进入了所谓“后摩尔时代”。为了应对高速增长的信息传输与处理需求，片上光互连技术由于其高速，低损耗，抗干扰等特性成为了进一步突破瓶颈的有力竞争方案。

片上光互连由一系列功能不同的光子器件连接组成，其中光功率分支器是最基础也最常用的光子器件之一。目前各种不同功率分支比的功分器已经被报道，但其中大部分为静态器件，即单个功分器只能实现某一特定功率分支比，限制了光网络的功能灵活性。

在授权公告号为CN 201903668 U、名称为“新型可调的集成光功分器”的实用新型专利中，公开了一种新型可调的集成光功分器，其包括Y分支波导和耦合区，在Y分支的两臂设置与臂平行的凹槽作为附加波导，在附加波导内注入不同折射率的材料可使耦合区等效折射率发生改变，通过选择附加波导与分支耦合区间的距离以及折射率参数，可以使Y分支波导输出的功率分支比发生变化。但是该方案中，功分器一旦制成，其中附加波导与分支耦合区间的距离不可调，附加波导中所填充的材料也不可替换，因此，一个特定结构的功分器只能实现一个功率分支比，在不改变功分器结构的情况下，其功率分支比仍然是不可调。

已报道的可重构功率分支器多为基于热光效应或电光效应调控的波导器件，如MMI与MZI等，其中MZI方案最具代表性，通过热调改变一相移臂上的相移量，可以实现功率比的连续可调，但是由于MZI中耦合器与相移臂存在着波长相关性，因此这些方法带宽难以达到100nm以上，带宽性能较差。此外，基于电调热调的方案都需要持续的能量注入，功耗较高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于相变材料的可重构功率分支器及功率分支比调节方法，其目的在于，在保证功率分支器的功率分支比灵活可调的情况下，提高功率分支比的带宽特性。

提供一种在结构不变的情况下，其功率分支比的灵活可调的功率分支器，从而提高片上光网络的灵活性与集成度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于相变材料的可重构功率分支器，包括：

基底；

沉积于基底上的Y分支波导，其两臂作为可重构功率分支器的输出波导；

以及沉积于Y分支波导两臂上表面的相变材料序列；相变材料序列中各相变材料单元的周期满足亚波长条件，且各相变材料单元的状态独立可调；相变材料单元的状态包括晶态和非晶态。

进一步地，本发明提供的可重构功率分支器，还包括：覆盖于Y分支波导及相变材料序列之上的上包层。

进一步地，相变材料单元的状态还包括晶态和非晶态之间的中间态。

进一步地，相变材料为硫族相变材料；优选为Sb₂Se₃或GSST。

按照本发明的另一个方面，提供了上述基于相变材料的可重构功率分支器的功率分支比调节方法，包括：