[发明专利]利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光开关方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光开关方法。

背景技术

光开关是光学信息传输和信息处理核心技术。目前光开关主要有机械光开关、热光光开关、液晶光开关、气泡光开关、声光光开关和电控全息光开关等。

    机械式光开关主要由移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜以及移动耦合器组成。经过多年的发展机械式光开关已比较成熟，其优点是介入损耗较低（≤2dB）、隔离度高（>45dB）、不受入射光偏振和波长的影响。但其开关时间较长（一般为毫秒量级）、体积较大的缺点使其不易做成大型的光开关矩阵，因此，传统的机械光开关难以适应高速度、大容量光信息传输与信息处理的发展需求。近年来随着微加工技术的不断发展，人们制作出通过静电或其他控制力使微镜或光闸产生机械运动，从而改变光的传播方向、实现开关功能的微光电机械开关。这种光开关既具有传统机械光开关的介入损耗低、隔离度高等优点，同时又具有体积小易于集成等优点，并且由于光微电机械开关技术可以利用类似于IC的工艺成批加工生产，因此，尽管制造过程比较复杂，但是可以通过批量生产，降低单个器件的成本，增强其竞争力。由于其开关特性与光信号的波长、偏振、格式、调制方式、传输方向等无关，并且在损耗、扩展性上优于其他类型的光开关，与未来光网络发展所要求的透明性和可扩展等趋势相符合，有可能成为核心光交换器件中的主流。以二维微光机电8×8光开关为例，其芯片上集成了的微反射镜阵列，可通过施加静电力控制各个微反射镜的旋转。但由于开关是靠镜面转动来实现，所以任何机械摩擦、磨损或震动都可能损坏光开关，且其开关速度也受到限制。目前提供此类光开关的公司有OMM、IMM、朗讯、北电、Memscap、Calient等公司。

    热光开关是一种利用材料折射率随着材料的温度发生变化,进而改变光学线路的器件。典型的热光开关为1×l、1×2、2×2等光开关，更大的光开关可由1×2光开关元件在同一晶片上集成完成。热光开关主要有两种基本类型：数字型热光开关(Digial thermo-optical switch)和干涉型光开关(Interiferometric thermo-optical switch)。

    最简单的数字型热光开关，也称为Y型分支热光开关。最基本的数字型热光开关由在硅基底或SiO₂基底上生成矩形波导制作而成。其输入和输出波导均为单模波导。根据模式分离原则，当Y分支的两分波导支臂中光的有效折射率存在差异时，输入的光波将向有效折射率大的分支臂传播，并且会由与此臂相连的输出端输出，这时的Y分支被称为非对称Y分支。因此，当其中一个分支上由沉积Ti或Cr形成的微加热器通电加热时，在该加热器下面波导的折射率由于温度的变化而减小，相应的光功率被转向另一分支，即处于开的状态。同时，在有源加热器的分支则处于关的状态，反之依然。

    干涉式光开关主要利用M-Z干涉原理。两束光通过两个分开的波导后合并，在两个波导臂上镀有金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制加热器实现干涉的相长或相消，达到开关的目的。当加热器未加热时，输入信号经过两路波导的光程相同，在交叉输出端口发生相干相长，而输出在直通的输出端口发生相干相消，输入信号将在交叉输出端口输出。如果加热器加热，输入信号经过两路波导的光程不同，在交叉输出端口发生相干相消，而输出在直通的输出端口发生相干相长，输入信号将在直通的输出端口输出。干涉式热光开关结构紧凑，但对光波长敏感，需要进行精密温度控制。目前，NTT Electronics、JDSU、Corning、阿尔卡特等公司在从事这个方面的研究。

    热光开关虽然也是光开光的一个研究方向，但由于其开光原理为加热改变光路，所以响应时间慢是其天生的缺点，这就使得它的发展受到了限制。