[发明专利]基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关及其制备方法

权利要求书

1.一种基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关，其特征在于：从下至上由Si衬底(1)、SiO₂下包层(2)、聚合物芯层(3)、聚合物上包层(4)和金属电极(5)组成；聚合物芯层(3)被包覆在聚合物上包层(4)之中，由微环谐振部分(100)和耦合部分组成，金属电极(5)位于第一直波导(102)的正上方，聚合物芯层(3)的折射率大于聚合物上包层(4)的折射率；微环谐振部分(100)由第一弯曲波导(101)、第一直波导(102)、第二弯曲波导(103)和第二直波导(104)顺次连接组成，构成跑道型结构；耦合部分由输入直波导(201)、第三直波导(202)和输出直波导(203)组成，第二直波导(104)和第三直波导(202)构成定向耦合器(200)；宽谱光源输出的光信号耦合进入输入直波导(201)，经过定向耦合器(200)的耦合作用分成两束光，一部分耦合进入第二直波导(104)，从而进入微环谐振部分(100)，另一部分从输出直波导(203)直接输出；金属电极(5)上不施加调制电压时，耦合进入微环谐振部分(100)的光，其中满足微环谐振条件的波长的光，即在微环谐振部分(100)传输一周相位的改变为2π的整数倍的波长的光将在环中传输，不再通过定向耦合器(200)耦合进入第三直波导(202)；而不满足微环谐振条件的波长的光，将通过定向耦合器(200)耦合进入第三直波导(202)，从输出直波导(203)中输出；此时在输出直波导(203)中探测到的光强弱，为微环光开关的关状态；金属电极(5)上施加调制电压时，之前满足谐振条件的波长的光不再满足谐振条件，而通过定向耦合器(200)耦合进入第三直波导(202)，在输出直波导(203)中探测到的光强强，为开关的开状态。

2.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关，其特征在于：聚合物上包层材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚酯、聚苯乙烯或EpoClad，聚合物芯层材料为具有负热光系数的聚合物材料SU-8 2002、SU-82005或EpoCore，金属调制电极的材料为金、银、铝中的一种或者多种组成的合金。

3.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关，其特征在于：SiO₂下包层(2)的厚度为12～18μm；聚合物芯层(3)的厚度为2～5μm，宽度为2～5μm；聚合物芯层(3)之上的聚合物上包层(4)的厚度为2～7μm；金属电极(5)的厚度为50～400nm。

4.如权利要求3所述的一种基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关，其特征在于：SiO₂下包层(2)的厚度为15μm；聚合物芯层(3)的厚度为3m，宽度为3μm；聚合物芯层(3)之上的聚合物上包层(4)的厚度为4μm；金属电极(5)的长度为1765μm，宽度为20μm，厚度为100nm；第一弯曲波导(101)和第二弯曲波导(103)的弯曲半径为120μm，第一弯曲波导(101)和第二弯曲波导(103)为半圆形结构；第二直波导(104)和第三直波导(202)之间的间距为2.5μm；定向耦合器长度为1765μm，即第一直波导(102)、第二直波导(104)和第三直波导(202)长度均为1765μm。

5.权利要求1～4任何一项所述的一种基于聚合物/二氧化硅混合波导的跑道型微环热光开关的制备方法，其步骤如下：

1)在硅晶圆衬底上，通过热氧化法生长一层致密的二氧化硅下包层；

2)使用真空匀胶机在二氧化硅下包层上旋涂聚合物芯层薄膜，前烘处理后自然降温固化；

3)通过紫外光刻、显影、后烘，将掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层波导结构相同或互补的图形转移到聚合物芯层薄膜上，形成聚合物芯层波导结构；

4)使用真空匀胶机在二氧化硅下包层和聚合物芯层上旋涂聚合物上包层材料，烘烤处理后自然降温固化；

5)在聚合物上包层上蒸镀金属薄膜；

6)使用真空匀胶机在金属薄膜上旋涂一层光刻胶层，前烘处理后自然降温固化；

7)通过紫外光刻、显影、后烘，将光刻板Ⅱ上与需要制备的金属电极结构相同或互补的结构转移到光刻胶层上，显影后坚膜，自然降温；

8)用与金属对应的腐蚀液腐蚀金属电极结构之外的金属，得到金属电极，最后除去金属上剩余的光刻胶层，从而制备得到基于聚合物/二氧化硅混合波导的跑道型微环热光开关。