光注入全内反射型1×N全光光开关列阵

摘要

一种光注入全内反射型1×N全光光开关列阵,由直通光波导和在其两侧交替设置非对称Y分叉为输出端的偏转光波导构成的“麦穗”形光开关列阵,在直通光波导与每个偏转光波导的分叉处分别设置光注入区,在光注入某一光注入区时能使直通光波导内的传输光发生全反射,并射入到该处偏转光波导内,达到光开关功能。本全光光开关列阵发热极小,开关速度达到纳秒量级,输出光强度均匀,串音低,易扩展输出端,尺寸小易集成。

说明书

本发明涉及一种开关列阵，特别是全内反射型1×N全光光开关列阵。

全光光开关列阵是光纤通信网络不可少的关键器件，尤其是在宽带全光交换网络和未来的光子集成回路中。目前，常见的全内反射型1×N开关列阵基本单元是由直通光波导、偏转光波导和电流注入区构成，其结构为树形，这种开关列阵在注入区由于采用电流注入，发热较严重，其载流子寿命一般为微秒量级，使开关速度受限制；在各输出端由于需通过全反射次数不同，易造成各输出端的输出光强度不均匀，串音较大，器件长度也较长。如采用镜面反射和Bragg反射型全反射结构构成无阻塞光开关列阵时网络拓扑结构复杂，而且制作工艺较难。

本发明的目的是提供一种发热小的输出光强度均匀的全内反射型1×N全光光开关列阵。

本发明的目的是通过下述措施实现的：它的基本单元是由直通光波导、偏转光波导和注入区构成，结构特征是：在直通光波导两侧交替设置非对称Y分叉的偏转光波导，作为输出端构成形状像“麦穗”形的开关列阵；所述注入区为光注入区，在直通光波导与所有偏转光波导的分叉处分别设置光注入区，当光注入某一光注入区时能使直通光波导内的传输光发生全反射，并射入到该处的偏转光波导内，达到光开关的功能。

本发明具有以下的特点：

1．由于采用了光注入区，因光脉冲有效光能量是毫焦耳量级，并只需一个注入区注入，所以发热极小；

2．因光注入式光开关的速度主要取决于光生载流子复合寿命，利用外加偏压辅助方法能使光注入式光开关速度达到纳秒量级；

3．由于直接采用了在直通光波导两侧交替制作非对称Y分叉的偏转光波导为输出端，整体形状像“麦穗”形，这样每个输出端只经过一次传输光全内反射，所以输出端的输出光强度均匀性好，串音低；

4．“麦穗”形结构易扩展输出端口，尺寸小易于集成，便于发展基片混合集成型的全光光开关器件；

5．光注入方法可推广到X结、网格等结构的全内反射型光开关列阵。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是光开关单元的结构示意图。

实施例  参照图1、图2

1．根据平面光波导理论和有效折射率法，按照附图的结构设计单模光波导列阵，采用半导体基本工艺制作光波导。

2．光波导设计：具体尺寸与所选材料、输入光的波长等有关，如对于1．3微米的输入光波，采用波导层为1．2微米的单异质结波导材料(GaAs／GaAlAs)，则开关单元的波导宽度为4微米，脊形波导的脊高为0．4微米，偏转波导1采用S形弯曲，曲率半径大于5毫米。光注入区3与直通光波导2的夹角为偏转光波导1与直通光波导2夹角2θ的一半，角度大小取决于光注入引起的折射率下降的幅度，如折射率差为0．02，θ取2度。偏转光波导1交替分布在直通光波导2两侧组成“麦穗”形光开关列阵，两相邻光注入区3间距应大于光注入区3的长度，作为输出端的两相邻偏转光波导1水平间隔取250微米。

3．采用普通的半导体制作工艺，制作光波导和光注入区3。

直通光波导2和偏转光波导1的制作  直接采用光刻胶作掩膜的制作工艺流程为：波导基片清洗→涂光刻胶→紫外光曝光→显影→刻蚀(湿法刻蚀或干法刻蚀)→去胶清洗。

光注入区3的制作  制作工艺流程为：清洗→涂光刻胶→紫外光曝光→显影→真空镀铝膜→剥离；或采用反刻法：清洗→真空镀铝膜→涂光刻胶→紫外光曝光→显影→腐蚀铝膜。

直通光波导2和注入区3之间位置采用自对准套刻方法实现对准。

4．光激励采用波长略小于波导材料吸收峰波长(如对于GaAs材料，光注入光波波长选择为0．79微米)的100mW量级的半导体激光器直接注入，光注入区3用铝膜隔离，光注入区3宽度4微米，长度取决于直通光波导2的宽度和偏转光波导1的夹角，由几何关系可求得。注入方式可用多模光纤列阵垂直注入区直接照射，或利用基片混合集成技术，采用面发射发光、激光二极管列阵方法实现，单一光脉冲有效光能量在1毫焦耳以内。