[发明专利]一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关

说明书

本发明公开了一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关，包括微环波导结构、直波导结构、交叉波导结构和超材料结构，所述直波导结构包括输入区、直通区和交叉区，并位于所述微环波导结构的外侧，所述交叉波导结构位于所输入区、直通区和交叉区的交叉口，所述超材料结构由相变材料硫化锑制备，并覆盖于所述微环波导结构上方，形成发挥调制作用的复合区。本发明所利用的相变材料硫化锑，具有大带隙、高折射率对比度、室温下的强稳定性以及低可见光和近红外波段损耗的优点，有助于克服在载流子色散效应下硅材料折射率的变化范围小的问题，进而缩小了硅基调制器的尺寸，降低了硅基调制器的能耗，进一步提升硅基调制器大规模集成的可行性。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关。

背景技术

光子集成电路的出现有望彻底改变高性能计算和高速片上互连，因为它们能够克服传统电子技术在速度、带宽和能耗方面的限制。此外，随着集成光子学技术的快速发展，多种不同领域的应用得到了拓充，例如生物传感、超表面和光通信。但在当前技术下，要实现高性能的大规模器件集成仍然存在较大挑战，其中一个重要的原因是目前硅光子器件尺寸较大，能耗较高，大规模集成会导致光信号的迅速衰减和系统占用尺寸巨大。

片上光开关是光子集成电路中电到光数据转换的关键有源元件。迄今为止，电光硅基光开关实现开关功能的机理主要依赖于载流子色散效应。硅在载流子色散效应下折射率的调节范围有限，传统的硅基调制器尺寸较大，通常需要毫米量级的长度。同时，现有硅基光开关通常具有易失性，当系统所被施加的外部作用如电、热停止后，开光状态会恢复到无源时的状态。这对于开光状态切换不频繁的系统而言，会导致能源的浪费。

针对上述问题，本发明通过利用相变材料硫化锑和微环组成复合材料结构，并与硅基直波导和交叉波导进行集成，设计了一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关，与传统基于载流子色散效应的硅基调制器相比，克服了在载流子色散效应下硅材料折射率的变化范围小的问题，进而缩小了硅基调制器的尺寸，同时状态保持无需外界干预，具有能耗小的特点，有助于实现硅基光电子器件的大规模集成。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关，以缩小硅基调制器的尺寸，同时降低能耗。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种基于硅上硫化锑的1x2微环光开关，包括微环波导结构、直波导结构、交叉波导结构和超材料结构，所述直波导结构包括输入区、直通区和交叉区，并位于所述微环波导结构的外侧，所述交叉波导结构位于所输入区、直通区和交叉区的交叉口，其中所述直通区与所述输入区在同一条直线上，用于被调制光的直通状态输出，所述交叉区与所述输入区垂直，用于被调制光的交叉状态输出，所述超材料结构由相变材料硫化锑制备，并覆盖于所述微环波导结构上方，形成发挥调制作用的复合区。

进一步地，所述微环波导结构为硅材料构成的脊状环形波导。

进一步地，所述直波导结构为硅材料构成的脊状直波导。

进一步地，所述输入区的输出端与所述交叉波导结构相连，用于待调制光的输入。

进一步地，所述超材料结构内径和外径与所述微环波导结构保持一致，所述超材料结构底面与所述微环波导结构顶部直接接触，共同构成可重构模式折射率的复合材料区域，用于对所述直波导结构输入区的输入光进行直通和交叉状态的切换。

进一步地，所述微环结构、所述直波导结构和所述交叉波导结构的高度保持一致。

进一步地，所述微环波导结构、直波导结构和超材料结构均由二氧化硅包裹，形成保护结构。

本发明的有益效果：