基于多模布拉格光栅的光开关及开关器件的制作方法

本发明涉及集成光电子，尤其涉及一种基于多模布拉格光栅的光开关及开关器件。

背景技术：

1、集成光开关不仅作为基本元器件广泛应用于各种光电集成芯片中，还可以通过大规模级联构建专用的光开关阵列芯片，应用于光交换和微波光子波束形成等系统中。

2、传统的集成光开关为mzi（马赫曾德尔干涉）结构（如图1a所示）[optics express,2014, 22, 22707-22715]，其开关状态与驱动电压的关系为一条连续变化的曲线，最佳的开态或者关态只对应于某一特定的电压值。如图1b所示，对于图1a所示o1出口来说，参考图1b中实线所示，电压v1条件下开关处于开态，电压v2条件下开关处于关态，偏离v1、v2电压值，开关就会偏离最佳开关状态，引起串扰、损耗等问题，因此这种开关对电压波动很敏感。另外，最佳开关态电压值对加工误差、温度变化也极其敏感，导致同一晶圆上的不同开关器件的开关态电压值不同，以及同一开关器件在不同温度下的开关态电压值也不同。综上所述，mzi型光开关对驱动电压波动、加工误差、温度变化的容差性很差，在实际应用过程中，需要对其配备复杂的高精度实时校准控制电路。由此可见，现有mzi型光开关存在容差性差的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于多模布拉格光栅的光开关及开关器件，旨在解决现有集成光开关存在容差性差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于多模布拉格光栅的光开关，包括：

3、多模布拉格光栅滤波器，包括多模布拉格光栅和模式复用器；其中，所述多模布拉格光栅采用正色散的、宽度按照抛物线函数渐变切趾的反对称多模布拉格光栅，所述模式复用器，包括上耦合波导和下耦合波导，所述上耦合波导为光路主波导，所述下耦合波导为上传下行波导，所述上耦合波导与所述多模布拉格光栅连接；

4、加热电极，用于对所述多模布拉格光栅滤波器进行加热。

5、在一些实施例中，所述加热电极，用于控制所述基于多模布拉格光栅的光开关在直通态和交叉态之间切换。

6、在一些实施例中，所述基于多模布拉格光栅的光开关在常温下为所述直通态，在高温下为所述交叉态。

7、在一些实施例中，所述多模布拉格光栅，包括：宽度不变的主波导和宽度按照抛物线函数从两边到中心逐渐变大的光栅齿，所述多模布拉格光栅为正色散特性光栅。

8、在一些实施例中，按照抛物线函数切趾的所述多模布拉格光栅的周期为240nm，周期数为100，总长度为24μm。

9、在一些实施例中，所述主波导为硅波导，所述主波导的厚度为220nm。

10、在一些实施例中，所述基于多模布拉格光栅的光开关的工作波长为1260nm至1600nm，工作带宽为40至100nm。

11、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种开关器件，所述开关器件包括：多个如上文所述的基于多模布拉格光栅的光开关，所述基于多模布拉格光栅的光开关级联。

12、在一些实施例中，所述开关器件包括基于多模布拉格光栅的第一光开关和基于多模布拉格光栅的第二光开关；其中，

13、所述第一光开关的下耦合波导与所述第二光开关的上耦合波导串联，且所述第一光开关和所述第二光开关的其中一个处于加热态。

14、在一些实施例中，所述开关器件包括基于多模布拉格光栅的第一光开关、基于多模布拉格光栅的第二光开关以及基于多模布拉格光栅的第三光开关；其中，

15、所述第一光开关的下耦合波导与所述第二光开关的上耦合波导串联，所述第一光开关的光路主波导的输出端与所述第三光开关的上耦合波导串联，所述第三光开关和所述第一光开关处于相同状态，所述第二光开关和所述第一光开关处于不同状态。

16、本发明提供了一种基于多模布拉格光栅的光开关，包括：多模布拉格光栅滤波器，包括多模布拉格光栅和模式复用器；其中，所述多模布拉格光栅采用正色散的、宽度按照抛物线函数渐变切趾的反对称多模布拉格光栅，所述模式复用器，包括上耦合波导和下耦合波导，所述上耦合波导为光路主波导，所述下耦合波导为上传下行波导，所述上耦合波导与所述多模布拉格光栅连接；加热电极，用于对所述多模布拉格光栅滤波器进行加热。本发明中，布拉格光栅的较宽的工作波长范围使得光开关能够包容工艺、温度、电压等误差，通过光栅正色散设计和抛物线形切趾实现了器件低串扰和低功耗，解决了现有集成光开关存在容差性差的技术问题。

技术特征：

1.一种基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述基于多模布拉格光栅的光开关，包括：

2.如权利要求1所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述加热电极，用于控制所述基于多模布拉格光栅的光开关在直通态和交叉态之间切换。

3.如权利要求2所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述基于多模布拉格光栅的光开关在常温下为所述直通态，在高温下为所述交叉态。

4.如权利要求1所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述多模布拉格光栅，包括：宽度不变的主波导和宽度按照抛物线函数从两边到中心逐渐变大的光栅齿，所述多模布拉格光栅为正色散特性光栅。

5.如权利要求4所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，按照抛物线函数切趾的所述多模布拉格光栅的周期为240nm，周期数为100，总长度为24μm。

6.如权利要求4所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述主波导为硅波导，所述主波导的厚度为220nm。

7.如权利要求1至6中任一项所述的基于多模布拉格光栅的光开关，其特征在于，所述基于多模布拉格光栅的光开关的工作波长为1260nm至1600nm，工作带宽为40至100nm。

8.一种开关器件，其特征在于，所述开关器件包括：多个如权利要求1至7中任一项所述的基于多模布拉格光栅的光开关，所述基于多模布拉格光栅的光开关级联。

9.如权利要求8所述的开关器件，其特征在于，所述开关器件包括基于多模布拉格光栅的第一光开关和基于多模布拉格光栅的第二光开关；其中，

10.如权利要求8所述的开关器件，其特征在于，所述开关器件包括基于多模布拉格光栅的第一光开关、基于多模布拉格光栅的第二光开关以及基于多模布拉格光栅的第三光开关；其中，

技术总结
本发明涉及集成光电子技术领域，公开了一种基于多模布拉格光栅的光开关及开关器件。该光开关包括：多模布拉格光栅滤波器，包括多模布拉格光栅和模式复用器；多模布拉格光栅采用正色散的、宽度按照抛物线函数渐变切趾的反对称多模布拉格光栅，模式复用器包括上耦合波导和下耦合波导，上耦合波导为光路主波导，下耦合波导为上传下行波导，上耦合波导与多模布拉格光栅连接；加热电极，对多模布拉格光栅滤波器进行加热。本发明中布拉格光栅较宽的工作波长范围使得光开关能够包容工艺、温度、电压等误差，通过光栅正色散设计和抛物线形切趾实现器件低串扰和低功耗。

技术研发人员：高旭东,杨凌冈,杨鹏,张晶,韩琦,景运瑜,黄强
受保护的技术使用者：武汉华工正源光子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15