基于铁电体微畴结构的2m×n×n型片状集成电光开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于铁电体微畴结构的2m×n×n片状集成电光开关，包括2m组n×n(m，n为大于1的整数)的电光开关，主要由集成特殊形状铁电体微畴结构的“回”字型晶体平板构成，“回”字型的晶片上制作2m组对称的非矩形几何形状(包括梯形、抛物线形和喇叭形状)的铁电体微畴结构电光偏转器，每个微型电光偏转器由光轴相邻相反的三角形畴体级联构成，利用相邻相反畴结构的电光效应导致的感应折射率变化实现光的偏折，通过施加电场的控制实现2m组n路光的n×n光开关的功能，本发明电光开关仅由一片具有特殊形状畴结构的晶片构成，一块晶片上同时集成2m组n×n电光开关，具有响应速度快，调制速率高，结构简单和易于小型集成的优点。应用于光通信和光信息处理领域。
【专利说明】基于铁电体微畴结构的2mXnXn型片状集成电光开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及光开关领域，具体是一种基于铁电体微畴结构的2mXnXn片状集成电光开关，主体为一块“回”字形电光晶体，中间为空气，其上制作2m组两两对称的非矩形几何形状畴反转结构微型电光偏转器组，每个电光偏转器组包含η个非矩形几何形状微型电光偏转器，非矩形几何形状微型电光偏转器由光轴相邻相反的三角形畴体级联组成，不加电场时，光通过非矩形几何形状微型电光偏转器时，相邻畴反转体的折射率不发生变化，光束直接通过，当给非矩形几何形状微型电光偏转器的加上电场后，相邻畴反转体的折射率发生变化，光束发生偏转，进入其他通道，施加电场大光束偏转大，施加电场小光束偏转小，这样通过控制电场的开关和大小实现ηΧη开关的互连导通功能。适用于光通信、光互连、光信息处理和激光【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光开关在激光技术、光信息学、光计算和光通信等领域有广泛应用，是重要的光学元器件之一，光开关有许多，大致可分为以下几大类:机械光开关、热光开关、声光开关和电光开关。传统机械光开关技术成熟，但体积大，开关时间长，热光开关通常需要进行温度控制，工艺和结构较复杂，并且对波长敏感，声光开关易发生窜扰问题，近年来，随着高速光互联和全光通信网的快速发展，高调制速率和高响应速度的光开光需求日益迫切，现有的机械光开关、MEMS (micro-electro-mechanical-systems)光开关等产品开关时间慢不能满足高调制速率的性能要求，需要新型的高性能光开关。电光开关是所有开关类型中响应速度最快的光开关，电光开关响应频率达111Hz,理论极限调制速率达10GHz，是高速光交换系统中最有应用潜力的开关类型，现有电光开关产品大多基于电光效应使光的偏振态旋转90度的原理制成，采用电光晶体和偏振器实现，体积大，且多为I X 2的开关，不易实现ηΧη开关，也不易进行微型化集成，为满足高速光传输网和高速光信息处理的发展需求，本发明提供一种高度集成的高响应速度的电光开关，可在一片晶片上同时实现2m组ηΧη的电光开关。
【发明内容】
[0003]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于铁电体微畴结构的2mXnXn片状集成电光开关，在一片电光晶体平板上同时实现2m组ηΧη的电光开关,具体为在一块“回”字型的电光晶体平板上两两对称制作m对(即2m组)非矩形几何形状的电光偏转器组，每个电光偏转器组包含η个具有铁电体微畴结构的非矩形几何形状微型电光偏转器，非矩形几何形状微型电光偏转器由三角形的光轴两两相反的畴体级联构成。当微型电光偏转器不加电场时，光轴相反的畴体折射率相同，整个微型电光偏转器无折射率变化，光束直接通过，当给畴反转结构的微型电光偏转器加上电场后，由于相邻光轴相反的畴体的感应折射率变化刚好相反，使得相邻两个三角形畴体的折射率不同，光束通过三角形的斜边界面时将发生偏折，经过级联三角形畴体的一系列排列偏折，光束射出微型电光偏转器后将发生偏转，合理设计下进入另一个微型电光偏转器，此时对该偏转器施加相同电场，光束将从这个偏转器水平射出，施加电场大光束偏转大，施加电场小光束偏转小，这样通过控制电场的开关和大小实现2m组ηΧη的光开关功能。本发明2mXnXn片状集成周期性畴反转结构电光开关仅由一块具有周期性畴反转结构的“回”字型晶片构成，通过控制所加电场实现光的开关互连功能，具有开关数量大，结构简单，响应速度快和易于系统集成的优点。
[0004]本发明的技术解决方案如下:
[0005]一种基于铁电体微畴结构的2m X η X η片状集成电光开关，包含2m组η X η的电光开关，特点是其构成为单块“回”字型电光晶体平板，中间为空气，其上两两对称制作2m组非矩形几何结构的电光偏转器组，每个电光偏转器组包含η个非矩形几何形状微型电光偏转器，每个非矩形几何形状微型电光偏转器由三角形的光轴相反的畴反转体级联构成。所述的电光偏转器组两两结构相同，两两对称位于“回”字型电光晶体平板中。所述的非矩形几何结构微型电光偏转器包括梯形、抛物线形，半抛物线形，半喇叭形和喇叭形形状的几何结构。
[0006]本发明基于铁电体微畴结构的2mXnXn片状集成电光开关利用三角形相反畴结构的相反电光效应产生不同的感应折射率变化，使两个三角介质内的折射率不同，光从一个三角形畴体进入另一个三角畴体时，在界面发生折射，经过非矩形几何形状内所有三角形畴体的折射，光射出晶体时将发生偏转，偏转角随施加电场的增大而增加，这样通过控制施加电场来实现2m组η路光的ηΧη开关互连功能，具有响应速度快，调制速率高，开关数量多，结构简单，易于系统集成等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明基 于铁电体微畴结构的2mXnXn片状集成电光开关结构示意图。
[0008]图2是本发明单个非矩形几何结构微型电光偏转器结构示意图(图中al为直角梯形，a2为等边梯形，bl为半抛物形，b2为抛物形，Cl为半喇叭形，c2为喇叭形，Θ表示垂直纸面朝外的光轴方向，?表示垂直纸面朝里的光轴方向，X方向为入射光传播方向，yz为垂直光传播方向的平面)。
[0009]图3是实施例基于铁电体微畴结构的4X4X4片状集成电光开关结构不意图【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0011]本发明2mX η X η片状集成周期性畴反转结构电光开关结构如图1所示，包括单块“回”字型晶体平板(01),电光偏转器组I (02),电光偏转器组2 (03),电光偏转器组3 (04),电光偏转器组4 (05)。其中每个电光偏转器组包含η个非矩形几何结构微型电光偏转器，
4组电光偏转器组共包含4η个非矩形几何结构微型电光偏转器(11,12,13,......, In ；21,
22，23，……，2η ;31，32，33，……，3η ;41，42，43，……，4η)。每个非矩形几何结构微型电光偏转器由光轴相邻相反的三角形畴反转体级联组成，其几何结构包括梯形，抛物线形，喇叭形半抛物线形，半喇叭型的几何结构，如图2所示。
[0012]非矩形几何结构微型电光偏转器的原理基于相邻反转畴的电光效应，对于光轴方向相反的三角畴体，沿平行光轴方向施加电场，光轴相反畴壁两侧的折射率发生变化，当非常光e光通过不同折射率的三角区域时，在交界面发生折射，使光线产生偏转，偏转特性和施加电场、级联数目、偏转器几何结构密切相关。对于e偏振光，相邻三角畴反转区域的折射率差Λη为
[0013]
【权利要求】
1.一种基于铁电体微畴结构的2mXηXη片状集成电光开关，其特征在于，它包括2m组nXn(m,n为大于I的整数)的电光开关，所述的2mXnXn片状集成周期性畴反转结构电光开关，其构成包括一块“回”字型电光晶体平板(01)，其上制作2m对电光偏转器组la(02)，电光偏转器组Ib (03),电光偏转器组2a (04),电光偏转器组2b (05),......,电光偏转器组ma (06),电光偏转器组mb (07),电光偏转器组(m+1) a (08),电光偏转器组(m+1) b (09),电光偏转器组(m+2)a(10)，电光偏转器组(m+2)b (11)，......，电光偏转器组2ma(12)，电光偏转器组2mb (12),电光偏转器组2mb (13)。每个电光偏转器组包含η个非矩形几何结构微型电光偏转器，每个非矩形几何结构微型电光偏转器由光轴相反的三角形畴反转体级联构成。
2.根据权利要求1所述的基于铁电体微畴结构的2mXηXη片状集成电光开关，其特征在于所述的“回”字型电光晶体平板(O I)，中间为空气。
3.根据权利要求1所述的基于铁电体微畴结构的2mXη X η片状集成电光开关，其特征在于所述的电光偏转器组Ia (02)和电光偏转器组Ib (03)结构相同，电光偏转器组2a (04)和电光偏转器组2b (05)结构相同，......，电光偏转器组ma(06),电光偏转器组mb (07)结构相同，两两对称位于“回”字型电光晶体水平方向的两个表面。
4.根据权利要求1所述的基于铁电体微畴结构的2mXnXn片状集成电光开关，其特征在于所述的电光偏转器组(m+1) a (08)和电光偏转器组(m+1) b (09),电光偏转器组(m+2)a (10)和电光偏转器组(m+2) b (11),......，电光偏转器组2ma (12)和电光偏转器组2mb (13)结构相同，两两对称位于“回”字型电光晶体垂直方向的两个表面。
5.根据权利要求1所述的基于铁电体微畴结构的2mXη X η片状集成电光开关，其特征在于所述的非矩形几何结构微型电光偏转器包括梯形、抛物线形，半抛物线形，半喇叭形和喇叭形形状的几何结构。
6.根据权利要求1所述的基于铁电体微畴结构的2mXη X η片状集成电光开关，其特征在于所述的非矩形几何结构微型电光偏转器由三角形的铁电体畴反转体级联构成。
【文档编号】G02F1/31GK104035262SQ201310069872
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2013年3月6日
【发明者】万玲玉, 卢智勇, 廖洋 申请人:广西大学