专利名称：一种2×3光波导开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及光波导开关，尤其是涉及一种2×3光波导开关。
背景技术：
光开关是光通信系统中实现光交换和光互连的基本单元，根据工作原理与结构的不同，有很多种类。而采用全内反射原理制作的数字型光波导开关(DigitalOptical SwitchDOS)是一种已经开始实用的光开关，它具有结构紧凑、波长不敏感，并且对驱动光功率有很大的冗余度等特点。这种开光的常见结构是Y分支型1×2光开关或X结型的2×2光开关，其工作原理均是在结区设置一工作电极，工作电极作用时其下方材料的折射率减小，当折射率减小到一定程度时，产生全内反射，或模式转换，从而实现了光路的切换。根据折射率减小的机理不同，大体可分为电光型(铌酸铝材料)、热光型(有机聚合物材料、SOI材料)、载流子注入型(Si，化合物半导体材料)等。可以发现，所有的这些器件结构，均只能实现光在两个出射端口之间的光路切换，集成度和芯片的利用率都不高。因此，很有必要开发新的器件结构以提高其集成度，在不增加芯片尺寸和工艺难度的情况下实现光在尽可能多的端口之间的切换。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种2×3光波导开关，增加了一个全内反射型光波导开关中的出射端口，提高其集成度。
本发明的目的是通过下述措施实现的在2×2光波导开关上再设置一个输出波导，由过渡区与结区域相连结，工作电极由均分的两段电极组成。
再设置的一个输出波导位于光波导开关器件的中轴线上，并通过过渡区和结区域相连。
由两段电极组成的工作电极位于光波导开关器件的中轴线上，工作电极的两端和中点分别引出导电电极。
本发明具有的有益的效果是由于设置了均分的可分段工作的电极，故能方便的实现高性能的2×3光波导开关，增加了一个输出波导，提高了集成度和芯片的利用率。这为构造大规模光波导开关阵列提供了一种新的单元器件。
图1是本发明的工作原理图；图2是本发明的结构示意图图3是图2的A-A’剖视结构示意图。
具体实施例方式
如图2所示，本发明包括在2×2光波导开关上再设置一个输出波导3，由过渡区5与结区域相连结，工作电极由均分的两段电极l、2组成。
再设置的一个输出波导3位于光波导开关器件的中轴线上，并通过过渡区5和结区域相连。
由两段电极1、2组成的工作电极位于光波导开关器件的中轴线上，电极的两端和中点分别引出导电电极8。
本发明是利用了全内反射原理来实现功能的。以利用有机聚合物热光效应的热光型光开关制作为例，具体阐述本发明的实施方案。
图1是该器件的工作原理图，工作电极被均为AB和BC两段，可以分段工作。不管利用何种物理效应，工作电极所引起的折射率降低在垂直电极方向上都是梯度变化的，靠近工作电极的区域折射率下降多，远离工作电极的区域折射率下降少，典型的如热光效应，载流子注入效应等所引起的折射率分布。而根据导波理论，在折射率下降为梯度变化的情况下，光线的传输路径是一弧形，弧形的不同位置，光线的传输方向不同，其中，在弧形的项部的“拐点”处，光线的传输方向将与工作电极平行。利用这一性质，来实现入射光在多个输出端之间的切换。具体的2×3开关工作原理如图1所示，当整个工作电极都不工作时，入射光不改变方向，沿ae方向从直通端D输出；当整个工作电极工作时，光线将沿弧a c的轨迹传输，最后从反射端F输出当仅仅AB段工作时，折射率下降区域的纵向范围不够，不足以支持完成整个反射过程，入射光在“拐点”处(点b位置)即穿出折射率下降的区域，此时光的传输方向为点b位置弧a c的切线方向，即平行于工作电极方向，最后沿bd方向从中间的半反端E输出。
图2是利用有机聚合物材料热光效应制作的这种2×3结构光波导开关的结构示意图，图3则是图2的A-A’剖视结构示意图，所使用的材料是聚酰亚胺，它在温度升高时折射率会降低。如图2所示，该开关结构由输入/输出波导3、弯曲波导4、波导过渡区5、展宽的波导6、扩大的光反射区7以及工作电极组成。从工作电极的中间和两端位置分别引出导电电极8，这样工作电极即被均分为1和2两段，可以方便地实现分段加热。因为光线反射轨迹为一弧形，所以设置两块扩大的光反射区7，其材料与芯区相同，以提高反射效率。由于光束在反射后会展宽，所以展宽反射区波导的宽度6，同时，展宽波导的宽度还可以减小直通态时的衍射损耗。展宽波导经过渡区5和弯曲波导4与输出/输入波导相连接，过渡区可采用“牛角”结构，也可直接采用“锥形”结构。
本发明的制作工艺简单，只要采用通常制作半导体器件的工艺过程及条件就可制成。所选取的波导结构参数如下结合图3，下限制层11的厚度为20微米，波导芯层10的厚度为7微米，上限制层9的厚度为8微米，波导交叉角为6°，两块扩大的光反射区7横向宽度为25微米、纵向长度为1600微米，展宽波导6的宽度为45微米，弯曲波导4的曲率半径R取值为10130微米；为方便与光纤的耦合，输入/输出波导尺寸均为7微米×7微米；工作电极为铬，其宽度为10微米，厚度为0.2微米，位于上限制层的上方。具体制作时以玻璃或硅为衬底12，采用旋转均膜工艺先制备厚度为20微米的下限制层11，固化后再制备厚度为7微米的波导芯层10，固化后采用反应离子刻蚀(RIE)工艺制作2×3开关结构图案，再旋涂均膜上厚度为8微米的上限制层9，固化后再用溅射—光刻—湿法腐蚀的方法在上限制层9上制作铬工作电极和导电电极。
对采用以上结构参数所制作的实际器件进行测试，测试结果表明，制作的实际器件达到了所设计的2×3开关功能。
权利要求
1.一种2×3光波导开关，其特征在于在2×2光波导开关上再设置一个输出波导(3)，由过渡区(5)与结区域相连结，工作电极由均分的两段电极(1、2)组成。
2.根据权利要求1所述的一种2×3光波导开关，其特征在于再设置的一个输出波导(3)位于光波导开关器件的中轴线上，并通过过渡区(5)和结区域相连。
3.根据权利要求1所述的一种2×3光波导开关，其特征在于由两段电极(1、2)组成的电极位于光波导开关器件的中轴线上，工作电极的两端和中点分别引出导电电极(8)。
全文摘要
本发明公开了一种2×3光波导开关。在2×2光波导开关上再设置一个输出波导，工作电极由均分的两段电极组成。再设置的一个输出波导位于光波导开关器件的中轴线上，并通过过渡区和结区域相连。由两段电极组成的工作电极位于光波导开关器件的中轴线上，工作电极的两端和中点分别引出导电电极。本发明由于设置了均分的可分段工作的电极，故能方便的实现高性能的2×3光波导开关，增加了一个输出波导，提高了集成度和芯片的利用率。这为构造大规模光波导开关阵列提供了一种新的单元器件。
文档编号H04J14/02GK1715972SQ20051004979
公开日2006年1月4日 申请日期2005年5月11日 优先权日2005年5月11日
发明者余辉, 江晓清, 杨建义, 李锡华, 周强, 唐奕, 王明华 申请人:浙江大学