一种电光开关的制作方法

本申请涉及光通信，具体而言，涉及一种电光开关。

背景技术：

1、随着电子商务、电子政务、5g，云计算，人工智能等信息社会领域的不断发展，电光器件成为光通信领域的关键。其中，用于直接切换光信号的光路、波长或者光学模式的电光开关显得尤为重要，低串扰的电光开关是构建高性能光通信、光信号处理以及微波光子系统所不可或缺的关键元器件。而对于电光开关而言，消光比越高意味着信道间串扰越小，通信误码率越低，因此针对应用需求，如何实现高消光比成为设计电光开关时的首要考量。

2、在现有技术中，高性能的光开关主要采用马赫-曾德尔干涉仪实现，而根据马赫-曾德尔干涉仪的工作原理，要实现大的消光比就要求3db分束器的分束比例为1∶1。当前，光开关大多采用硅、氮化硅、铌酸锂等材料实现，其中硅材料不具有电光效应。硅基光开关的3db分束器大多采用多模干涉仪结构，通过在多模干涉区域掺杂，制作pn结，并基于注入载流子的等离子色散效应来改变多模干涉区域光波的相位关系，最终实现分束器的分光比的可调谐特性。为了实现等离子色散效应需要对波导芯进行掺杂，同时在调谐时需要对波导芯注入载流子，然而，掺杂载流子不仅工艺复杂还会增加插入损耗，注入载流子将导致热效应，从而影响分束比的调谐。由于氮化硅不具有热光效应，氮化硅基的光开关要实现分束比的可调谐从而提高消光比则只能利用热光效应，在结构上多采用级联的马赫-曾德尔干涉仪实现。

技术实现思路

1、为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种电光开关，所述电光开关基于电光材料制作，包括衬底、单模输入波导、干涉臂波导、单模输出波导及分束比可调的分束器。其中，所述干涉臂波导包括第一干涉臂波导及第二干涉臂波导，所述分束器包括第一分束器及第二分束器，所述第一分束器及所述第二分束器采用多模干涉耦合器结构或采用双模干涉仪结构。

2、所述单模输入波导的输出端与所述第一分束器的输入端连接，所述第一分束器的输出端与所述第一干涉臂波导及所述第二干涉臂波导的输入端连接，所述第一干涉臂波导及所述第二干涉臂波导的输出端与所述第二分束器的输入端连接，所述第二分束器的输出端与所述单模输出波导的输入端连接，其中，所述分束器对输入的光信号的分束比例通过电光效应进行调谐。

3、在一种可能的实现方式中，所述分束器包括基底、缓冲层、波导芯、包层及调谐电极。所述缓冲层直接位于所述基底的上方，所述波导芯直接位于所述缓冲层上方，所述波导芯采用具有电光效应的材料制作而成，所述包层直接位于所述波导芯上方，所述调谐电极直接位于所述包层上方。

4、在一种可能的实现方式中，所述波导芯采用铌酸锂薄膜制成，所述波导芯的形状为矩形或脊形凸起。

5、在一种可能的实现方式中，所述缓冲层、所述包层及波导芯共同形成光波导结构，所述缓冲层和所述包层材料为二氧化硅或其它与波导芯材料共同形成光波导的材料。

6、在一种可能的实现方式中，所述调谐电极包括第一调谐电极与第二调谐电极，所述第一调谐电极与所述第二调谐电极相对设置。

7、所述第一调谐电极和所述第二调谐电极的相对设置方向与所述波导芯的延伸方向垂直。

8、在一种可能的实现方式中，输入光信号在所述分束器中激发多个模式，在所述分束器中激发产生基模信号和一阶模信号，其中，所述基模信号和所述一阶模信号的功率比为1：1。

9、在一种可能的实现方式中，所述电光开关还包括推挽式电极。所述第一干涉臂波导及所述第二干涉臂波导设置于所述推挽式电极内，所述推挽式电极用于控制所述第一干涉臂波导传输的光信号与所述第二干涉臂波导传输的光信号之间的相位差。

10、在一种可能的实现方式中，所述分束器包括1×2型分束器及2×2型分束器。

11、在一种可能的实现方式中，所述单模输入波导包括第一单模输入波导和第二单模输入波导，所述单模输出波导包括第一单模输出波导和第二单模输出波导。

12、所述第一单模输入波导和所述第二单模输入波导连接所述第一分束器的输入端，所述第一单模输出波导和所述第二单模输出波导连接所述第二分束器的输出端。

13、在一种可能的实现方式中，所述单模输入波导、所述干涉臂波导及所述单模输出波导采用铌酸锂薄膜制成。

14、基于上述任意一个方面，本申请实施例提供一种电光开关，所述电光开关包括衬底、单模输入波导、干涉臂波导、单模输出波导及具有电光效应的分束器。该分束器采用多模干涉耦合器或双模干涉仪结构，并利用所述分束器的电光效应，可以通过施加电场的方式将光信号分束比例调整为1∶1，从而实现电光开关的高消光比。此外，采用具有电光效应分束器，无需对分束器150的波导芯进行离子掺杂之类的处理，波导损耗小。同时，无需制作数百纳米的波导耦合间距，加工过程无需使用昂贵的深紫外光刻机，从而降低制作成本。

技术特征：

1.一种电光开关，其特征在于，所述电光开关基于电光材料制作，包括衬底、单模输入波导、干涉臂波导、单模输出波导及分束比可调的分束器，其中，所述干涉臂波导包括第一干涉臂波导及第二干涉臂波导，所述分束器包括第一分束器及第二分束器，所述第一分束器及所述第二分束器采用多模干涉耦合器结构或采用双模干涉仪结构；

2.根据权利要求1所述的电光开关，其特征在于，所述分束器包括基底、缓冲层、波导芯、包层及调谐电极；

3.根据权利要求2所述的电光开关，其特征在于，所述波导芯采用铌酸锂薄膜制成；

4.根据权利要求3所述的电光开关，其特征在于，所述缓冲层、所述包层及波导芯共同形成光波导结构，所述缓冲层和所述包层材料为二氧化硅或其它与波导芯材料共同形成光波导的材料。

5.根据权利要求3所述的电光开关，其特征在于，所述调谐电极包括第一调谐电极与第二调谐电极，所述第一调谐电极与所述第二调谐电极相对设置；

6.根据权利要求3所述的电光开关，其特征在于，输入光信号在所述分束器中激发多个模式，在所述分束器中激发产生基模信号和一阶模信号，其中，所述基模信号和所述一阶模信号的功率比为1：1。

7.根据权利要求1所述的电光开关，其特征在于，所述电光开环还包括推挽式电极；

8.根据权利要求7所述的电光开关，其特征在于，所述分束器包括1×2型分束器及2×2型分束器。

9.根据权利要求8所述的电光开关，其特征在于，所述单模输入波导包括第一单模输入波导和第二单模输入波导，所述单模输出波导包括第一单模输出波导和第二单模输出波导；

10.根据权利要求9所述的电光开关，其特征在于，所述单模输入波导、所述干涉臂波导及所述单模输出波导采用电光材料，如铌酸锂薄膜制成。

技术总结
本申请实施例提供一种电光开关，涉及光通信技术领域。该电光开关基于电光材料制作，包括衬底、单模输入波导、干涉臂波导、单模输出波导及分束比可调的分束器。该分束器采用多模干涉耦合器或双模干涉仪结构，并利用所述电光材料的电光效应，通过施加电场的方式将输入光信号分束比例调整为1∶1，从而实现电光开关的高消光比。此外，采用具有电光效应的材料制作的分束器，无需对分束器的波导芯进行离子掺杂之类的处理，便可实现分束比可调，因此波导损耗小。同时，所采用的多模干涉耦合器或双模干涉仪结构无需制作数百纳米的波导耦合间距，加工过程无需使用昂贵的深紫外光刻机，从而降低制作成本。

技术研发人员：罗先刚,崔鸽,陈开鑫,马小霞,吴子静
受保护的技术使用者：天府兴隆湖实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16