一种全光开关及其制作方法与流程

本发明涉及开关器件制造技术领域，尤其涉及一种全光开关及其制作方法。

背景技术：

为了满足现代社会对未来通信系统需要具备高速信息传输、低能耗的要求，光纤通信系统正在经历着由光电混合网络向全光网络的转变。

光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，主要应用于全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接及自愈保护等功能，是光纤通信、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。

作为全光交换的核心器件，全光开关的作用日益突出，同时，对全光开关的开关速度、尺寸、成本等指标也提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种全光开关及其制作方法，全光开关由于采用平行波导结构，其中一个波导部分悬设的结构，因此器件成本低，尺寸小，响应速度快，低功耗等优点，对于光纤通信、光信息处理等光信息系统具有重要的应用价值。

第一方面，本发明提供一种全光开关，包括：下层的二氧化硅层和形成在所述二氧化硅层上的第一分路器、第一波导、第二波导和第二分路器；

所述第一波导和第二波导平行设置形成平行波导结构，所述第一分路器和第二分路器分别连接在所述平行波导结构的入光端和出光端，在所述二氧化硅层上设有开口向上的窗口，所述第二波导的部分悬设在所述窗口上。

优选的，所述第一波导和所述第二波导的长度为200微米，所述第一波导和所述第二波导之间的间隔为50微米，所述第二波导悬设在所述窗口上的悬空部分的长度大于0，小于30微米。

优选的，还包括位于所述二氧化硅层下的硅衬底层。

第二方面，本发明还提供一种所述的全光开关的制作方法，包括：

提供一基体；所述基体包括下层的二氧化硅层和上层的硅结构层；

对所述硅结构层进行图案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波导结构；所述平行波导结构包括平行设置的第一波导和第二波导；

对所述二氧化硅层进行图案化形成开口向上的窗口。

优选的，对所述硅结构层进行图案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波导结构，包括：

在所述硅结构层上涂覆光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域；

刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构。

优选的，对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，包括：

利用深紫外光刻对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域。

优选的，刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构，包括：

利用等离子体干法刻蚀方法刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构。

优选的，对所述二氧化硅层进行图案化形成开口向上的窗口，包括：

在所述二氧化硅层上涂敷光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域；

刻蚀所述光刻胶保留区域的掩埋氧化物层，得到所述开口向上的窗口。

优选的，对所述硅结构层进行图案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波导结构之后，对所述二氧化硅层进行图案化形成开口向上的窗口之前，所述方法还包括：

利用等离子体增强化学气相沉积法在所述平行波导结构上沉积一层SiO₂包层。

优选的，所述方法还包括：

利用等离子体增强化学气相沉积法在所述SiO₂包层上沉积上一层三氧化二铝层。

由上述技术方案可知，本发明的全光开关由于采用平行波导结构，其中一个波导部分悬设的结构，因此器件成本低，尺寸小，响应速度快，低功耗等优点，对于光纤通信、光信息处理等光信息系统具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的全光开关的结构示意图；

图2为本发明全光开关只通入信号光时的全光开关的侧视图；

图3为本发明全光开关通入信号光和控制光时的全光开关的侧视图；

图4为本发明一实施例提供的全光开关的制作方法的流程图。

附图标记说明

硅衬底层1 二氧化硅层2 第一分路器3 第二分路器4 第一波导5 第二波导6 窗口7

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-图3所示，本发明实施例的一种全光开关，包括：下层的二氧化硅层2和形成在所述二氧化硅层2上的第一分路器3、第一波导5、第二波导6和第二分路器4；

所述第一波导5和第二波导6平行设置形成平行波导结构，所述第一分路器3和第二分路器4分别连接在所述平行波导结构的入光端和出光端，在所述二氧化硅层2上设有开口向上的窗口7，所述第二波导6的部分悬设在所述窗口7上。

在一种具体实施例中，第一分路器3和第二分路器4可以为3dB分路器。

如图2所示，为全光开关输入信号光，信号光直接由左至右(即从入光端到出光端)进入全光开关，先通过第一分路器3分为光强1：1的两束光分别通入第一波导5和第二波导6，再经第二分路器4耦合输出。当全光开关只输入信号光时，第二波导不发生改变，第一波导中的信号光与第二波导中的信号光在出光端相位相同，因而可以实现光信号的输出，故全光光开关处于“打开”状态(如图2)；当为全光开关同时通入信号光与控制光信号时，通入的控制光信号在第二波导6的悬空部分(所述第二波导6的悬设在所述窗口7上的部分)满足谐振条件时，如图3所示，第二波导6在光梯度力的作用下向下发生形变，从而产生非线性效应,第二波导6的有效折射率随之发生变化,导致信号光的相位发生改变，两路光信号在出光端相位相差180°，两路信号处于“相消”的状态，因此全光光开关处于“关闭”状态(如图3)，从而实现光路的切换。在实验中，利用小功率宽谱光(1520nm-1600nm)来检测全光开关中光路的切换。

本发明的全光开关由于采用平行波导结构，其中一个波导部分悬设的结构，因此器件成本低，尺寸小，响应速度快，低功耗等优点，对于光纤通信、光信息处理等光信息系统具有重要的应用价值。

作为一种优选实施例，所述第一波导5和所述第二波导6的长度为200微米，所述第一波导5和所述第二波导6之间的间隔为50微米，所述第二波导6悬设在所述窗口7上的悬空部分的长度大于0，小于30微米，最优为18微米，该长度情况下，本发明全光开关的消光比值最大，光开关性能达到最佳。所述第一波导5和第二波导6的横截面尺寸为450纳米*110纳米。

为了对上述结构进行支撑，作为一种优选实施例，还包括位于所述二氧化硅层2下的硅衬底层1。

图4为本发明一实施例提供的全光开关的制作方法的流程图。

如图4所示，本发明的一种所述的全光开关的制作方法，包括：

S41、提供一基体；所述基体包括下层的二氧化硅层和上层的硅结构层；

S42、对所述硅结构层进行图案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波导结构；所述平行波导结构包括平行设置的第一波导和第二波导；

S43、对所述二氧化硅层进行图案化形成开口向上的窗口。

利用本发明方法制作的全光开关具有平行波导结构，其中一个波导部分悬设的结构，因此器件成本低，尺寸小，响应速度快，低功耗等优点，对于光纤通信、光信息处理等光信息系统具有重要的应用价值。

作为一种优选实施例，步骤S42，包括：

在所述硅结构层上涂覆光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域；

刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构。

作为一种优选实施例，对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，包括：

利用深紫外光刻对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域。

作为一种优选实施例，刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构，包括：

利用等离子体干法刻蚀方法刻蚀所述光刻胶保留区域的硅结构层，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波导结构。

作为一种优选实施例，步骤S43，包括：

在所述二氧化硅层上涂敷光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光显影得到光刻胶保留区域和光刻胶去除区域；

在一种具体实施例中，可利用深紫外光刻对所述光刻胶层进行曝光显影。

刻蚀所述光刻胶保留区域的掩埋氧化物层，得到所述开口向上的窗口。

作为一种优选实施例，步骤S42之后，步骤S43之前，所述方法还包括：

利用等离子体增强化学气相沉积法在所述平行波导结构上沉积一层SiO₂包层，用以减少光波导传输的损耗和保证光波导两边结构对称。

在一种具体实施例中，所述SiO₂包层的厚度可为2微米。

作为一种优选实施例，所述方法还包括：

利用等离子体增强化学气相沉积法在所述SiO₂包层上沉积上一层三氧化二铝层，用于保护刻蚀的器件层结构和制备使第二波导形成部分悬空的结构的窗口。

在一种具体实施例中，所述三氧化二铝层的厚度可为40纳米。

对于具有硅衬底层的全光开关，在进行制作时，可以提供绝缘体上硅，然后按照上述方法分别在绝缘体上硅的硅晶圆的硅顶层上按照上述方法制作第一分路器、第二分路器以及平行波导结构，在绝缘体上硅的硅晶圆的中间层上按照上述方法制作所述窗口，具体方法请参照上述，不再详述。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。