[发明专利]热光开关及其制造方法、用热光开关改变光学线路的方法

说明书

本发明涉及光学开关，更详细地说，涉及使用小的驱动功率而同时呈现出与光纤耦合引起的耦合损失减少和几百微秒或更短的开关速度的热光开关。本发明还涉及所述热光开关的制造方法和利用所述热光开关改变光学线路的方法。

一般说来，热光开关是一种利用器件材料折射率随着施加在器件材料上的温度变化而发生的变化来改变光学线路的器件。热光开关主要分类为Mach—Zehnder(马赫—策恩德)干涉型、方向耦合器型和数字型。

图1图解说明数字式热光开关的例子。如图1所示，数字式热光开关包括基片110、下包层120、芯层130、上包层140和加热器150。

图2是示意图，图解说明利用模式演变原理的数字式热光开关的工作原理。

数字式热光开关具有有着分支波导210的分支波导结构。在每一个分支波导210上形成由诸如金等表现出优异导热性的金属制成的电极220。当把热施加在电极220之一上时，热量便从该电极220传递到安排在电极220下面的分支波导210，使得分支波导210呈现出减小了的有效折射率。结果，在分支波导210之间出现有效折射率差。相应地，输入光便按照其模式演变切换到该分支波导210。在利用模式间干涉现象的Mach—Zehnder干涉或方向耦合器型热光开关中，光切换操作是靠这些分支波导有效折射率之间的差造成的两个分支波导之间的线路长度差来实现的。

热光开关可以用具有嵌入式结构或肋型结构的波导来实现。具有嵌入式结构的热光开关是利用呈现出范围在0．3％至0．6％的折射率差的材料制造的，以便减小与光纤耦合引起的耦合损失。一般说来，热光开关具有6至8m(密尔)的芯子厚度，而总的波导厚度为25至40m(密尔)。在这种情况下，呈现出0．5dB／面或更小的光纤耦合损失。

图3图解说明具有嵌入式结构的热光开关的截面。如图3所示，热光开关包括散热器310、包层320、芯子330和电极340。

在这样一种具有上述嵌入式结构的热光开关中，施加在电极340之一上的热量以各向同性的方式沿厚度方向传递到相关的一个分支波导。因此，在热光开关具有大的总波导厚度的地方，热量不仅传递到要求的一个分支波导，还以相当大的数量传递到余下的一个波导。结构，难以获得有效的热光效应。另外，热向安排在波导下面的散热器310的传递速率降低。因此，把所施加的热量完全从该波导排放掉所消耗的时间也被延长得令人无法接受。换句话说，热光开关的切换速度太慢了。

图4是图解说明具有肋型结构的热光开关的剖面图。如图4所示，该热光开关包括散热器410、下包层420、芯子430、上包层440和电极450。

在具有肋型结构的热光开关的情况下，通常使用呈现出1％至10％范围的折射率差的材料。使用呈现出高的折射率差的材料制造具有肋型结构的热光开关时，有可能获得15m或更小的总波导厚度，因为受在波导厚度方向上形成的容易消失的场的影响的热光开关的包层可能形成得非常薄。在这种情况下，相应地，施加在电极450上的热量只传递到要求的一个波导上。结果，有可能大大地减少传递到余下的一个波导的热量。由于总的波导厚度相当于一般嵌入式结构中的波导厚度的1／2，所以每个电极和散热器之间的距离便相应地短。结果，热量容易释放掉。另外，热光开关所用的驱动功率也可以大大减小。

但是，在具有肋型结构的热光开关的情况下，有个缺点，就是由于该热光开关和与之耦合的光纤的模式尺寸上的差别，出现大的耦合损失。由于这个原因，难以制造出耦合损失小的热光开关。

从以上描述显然可以看出，具有嵌入式结构或肋型结构的传统热光开关有下列问题。

就是说，在具有嵌入式结构的热光开关的情况下，优点是由耦合到光纤引起的耦合损失可以减小到0．5dB(分贝)／面或更小，但难以实现有效的切换操作，因为由于总的波导厚度大的缘故(25至40m)、每个电极和每个相关的波导之间的距离相当大。结果，热光开关表现出比较慢的切换速度。

在具有肋型结构的热光开关的情况下，由于在肋型结构中呈现出高的折射率差，故可以具有小的总厚度，10m或更小。因而，与具有嵌入式结构的热光开关相比，该热光开关用的驱动功率可以减小。另外，在切换速度上有改进。但是，具有肋型结构的热光开关有个缺点，就是由于热光开关和与之耦合的光纤在模式尺寸上的差异，所以耦合损失大。因此，难以制造出耦合损失小的热光开关。