基于有机聚合物材料的三维集成波导光开关器件研究

摘要

随着微电子、光电子和微加工技术的迅猛发展,在光通信和光传感的研究领域中,光子集成(PhotonicIntegrated Circuit,PIC）是平面光波导发展的必然趋势.光开关和光开关阵列是构建光通信网络的重要器件,特别是在采用密集波分复用技术(DWDM）的高速宽带通讯网骨干线上,复杂的网络拓扑需要可靠、灵活的网络管理.光开关和光开关阵列在光网络中起着光域优化、路由、保护以及自愈等功能,是插分复用器(OADM）和光交叉连接器(OXC）的核心技术.由于有机聚合物材料可以通过分了工程进行加工和剪裁，使其满足制备高性能光电了集成器件的要求，并且聚合物材料还具有种类多、加工工艺简单、价格低廉和抗电磁干扰能力强等特点，这些优点使得有机聚合物材料在平面光波导光开关及其集成器件的制备和研究中具有重要的地位。近年来，有机聚合物材料已经在低损耗波导、高速电光调制器/电光开关、热光开关、光放大器和光源等方面显示出强大的优势。特别是利用极化聚合物材料制备的电光开关器件，具有无机电光器件所无法比拟的开关速度快、带宽宽和集成度高等优点。同时，与无机材料相比，有机聚合物材料本身具有较大的热光系数，可以大大降低集成器件的功耗。基于有机聚合物材料的上述优点，设计了两种三维集成波导光开关器件。在器件的输入端口，波导采用垂直耦合结构，并利用聚合物材料的热光效应、通过控制加热电极的电流来实现信号光的上、下路切换;同时，将上层波导的包层材料选用极化聚合物电光材料，通过调制电极施加交变电场可以实现信号光的高速开关。该器件充分利用了有机聚合物材料在电光开关和热光开关方面的优势，实现了光开关器件的三维集成，在光通信网络中具有重要的应用前景。