【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光开关及其控制方法，具体涉及一种基于in2se3的集成光开关及其控制方法。
技术介绍
1、随着光通信技术的快速发展，高速、大容量且低功耗的光电子器件的需求日益增加。硅基光电子技术凭借高速、低功耗、高集成度和良好兼容性等显著优势，在大规模集成芯片中占据核心地位。伴随硅基光子器件的迅猛发展，光通信系统中的光延迟线、调制器、微环滤波器、光栅耦合器、光开关等器件相继出现。
2、光开关在片上光通信系统中有着重要作用，在光信号传输、互连与处理等方面有着重要应用，为了更好的处理日益增加的通信流量，效率高、损耗低、速度快的光开关成了光通信系统中的重要研究需求。
3、当前光子集成电路中光学开关(optical switch，os)主要通过自由载流子色散效应或热光效应来达到折射率的弱调制，但会造成大的占地面积和高功率消耗。因此，现亟需要一种能够在保持开关状态时不额外消耗电力，并且在响应速度、设备尺寸和功耗等方面都展现出优异性能的光开关。
技术实现思路
1、为了解决现有光开关体积大、功耗高以及需要恒定功率维持调谐的技术问题，本专利技术提供了一种基于in2se3的集成光开关及其控制方法。
2、本专利技术的专利技术构思：
3、光互连相比于电互连而言具有大带宽、低延迟、无干扰性和高度的并行等优点，是突破传统电互连瓶颈的重要技术手段。片上光互连是将多种功能的光电子器件通过光波导进行连接的互连技术。硅基光电子技术是一项可与发展成熟的微电子技术兼容的光电
4、相变材料是一种能够极为快速地发生可逆的相转变，并经由相变时原子排列的变化展现出巨大光学/电学性能差异的材料。相变材料具备着一些独特的优势：
5、(1)非晶态和晶态之间的相变，在宽光谱区其电阻率和光学常数具有相当大的可调制性；
6、(2)开关状态能保持数年且无需额外功率维持；
7、(3)相变速度快于纳秒，具有超快的开关速度；
8、(4)具有良好的可扩展性和耐久性。
9、因此，相变材料的引入自然而然地和集成光子学相结合，用于发展集成光电子器件。
10、相变材料in2se3具有多个单晶态，且可以在单晶态之间进行可逆相变，无需熔融过程，结构熵低。该材料的低吸收损耗与相变结构熵特性能够为高速、稳定和低功耗的光开关技术带来突破，借助α-in2se3与β-in2se3之间非易失性相变特性，通过改变in2se3的相态，可以实现光信号的快速切换，从而满足光通信系统对高效、低损耗光开关的需求。
11、为了实现上述目的，完成上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：
12、一种基于in2se3的集成光开关，其特殊之处在于：包括衬底层、设置在衬底层上的波导层以及包裹在所述波导层的外包层；
13、所述波导层包括依次并排设置的主干波导、异质集成波导以及微环；
14、所述主干波导包括沿长度方向依次连接的输入波导、第一耦合波导及输出波导；
15、所述异质集成波导包括设置在衬底层上的第二耦合波导和设置在第二耦合波导上的in2se3薄膜；所述第二耦合波导和in2se3薄膜均靠近第一耦合波导设置；
16、所述微环包括依次首尾相连的第一直波导、第一弧形波导、第二直波导以及第二弧形波导(234)；所述第一直波导靠近第二耦合波导设置；
17、所述主干波导的宽度w1、第二耦合波导的宽度w2以及第一直波导的宽度w3满足：w1≠w2且w1＝w3；
18、所述第一耦合波导、异质集成波导以及第一直波导能够基于in2se3薄膜的状态变换实现相位匹配，使得三者形成定向耦合器；
19、所述包层用于保护波导层。
20、进一步地，所述主干波导、第二耦合波导以及微环均采用硅、氮化硅、氮化铝或薄膜铌酸锂材料制成。
21、进一步地，所述衬底层采用soi(silicon-on-insulator)制成；
22、所述包层为空气。
23、进一步地，当所述第一耦合波导、第二耦合波导以及微环采用硅制成时，所述第一耦合波导、第二耦合波导、第一直波导以及in2se3薄膜的长度均为lc，且lc的范围为9μm-50μm。
24、进一步地，所述in2se3薄膜的厚度h≤100nm，其宽度小于第二耦合波导宽度w2。
25、进一步地，当所述主干波导和微环采用硅制成时，所述第一直波导、第一弧形波导、第二直波导以及第二弧形波导的宽度w3以及所述主干波导的宽度w1范围为450nm-650nm。
26、进一步地，当所述主干波导、第二耦合波导以及微环采用硅制成时，所述主干波导与第二耦合波导之间的间隙、第二耦合波导与第一直波导之间的间隙均为g，且g的范围为25nm-150nm。
27、进一步地，当所述主干波导、第二耦合波导以及微环采用硅制成时，所述主干波导、第二耦合波导以及微环的厚度h＝220nm。
28、一种上述的基于in2se3的集成光开关的控制方法，其特殊之处在于：
29、打开光开关时：
30、刺激in2se3薄膜，in2se3薄膜的状态由α态转换为β态，则第一耦合波导、异质集成波导以及第一直波导不满足相位匹配条件，输入波导接收到的信号光直接经第一耦合波导后从输出波导输出，光开关打开；
31、关闭光开关时：
32、刺激in2se3薄膜，in2se3薄膜的状态由β态转换为α态，使得第一耦合波导、异质集成波导以及第一直波导满足相位匹配条件，输入波导接收到的信号光经过第一耦合波导时，被逐渐耦合至异质集成波导，再耦合进微环；在微环的谐振波长处，信号光的功率被损耗，输出波导输出的信号光功率急剧下降，光开关关闭。
33、进一步地，所述刺激in2se3薄膜的方式为热刺激、光刺激或电刺激。
34、本专利技术的有益效果：
35、1、本专利技术提供的一种基于in2se3的集成光开关包括主干波导和异质集成波导，得益于in2se3薄膜的近红外透明及低熵相变特性，基于该材料的片上光开关器件具有低片上插损，低功耗及高开关速度的潜力，借助α-in2se3与β-in2se3之间非易失性相变特性，实现是光开关off和on状态的切换，进而实现无需持续供电的微环型光开关器件。该光开关体积小、功耗低且具有优异的通道均衡性。
36、2、本专利技术采用的in2se3薄膜具有非易失性来源于相变材料的特性，即使在外部刺激停止后，in2se3薄膜仍然能够保持其当前的状态，因此光开关的状态也能够保持不变，无需持续的外部刺激来维持。
37、3.本专利技术中衬底层采用soi制成，使得衬底层作为安装基底的同时还能够确保光在波导层中稳定、高效传输。
38、4.本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：包括衬底层(1)、设置在衬底层(1)上的波导层(2)以及包裹在所述波导层(2)的外包层(3)；
2.根据权利要求1所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：所述主干波导(21)、第二耦合波导(221)以及微环(23)均采用硅、氮化硅、氮化铝或薄膜铌酸锂材料制成。
3.根据权利要求2所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：所述衬底层(1)采用SOI制成；
4.根据权利要求3所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的基于In2Se3的集成光开关，其特征在于：
9.一种权利要求1-8任一所述的基于In2Se3的集成光开关的控制方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的基于In2Se
...【技术特征摘要】
1.一种基于in2se3的集成光开关，其特征在于：包括衬底层(1)、设置在衬底层(1)上的波导层(2)以及包裹在所述波导层(2)的外包层(3)；
2.根据权利要求1所述的基于in2se3的集成光开关，其特征在于：所述主干波导(21)、第二耦合波导(221)以及微环(23)均采用硅、氮化硅、氮化铝或薄膜铌酸锂材料制成。
3.根据权利要求2所述的基于in2se3的集成光开关，其特征在于：所述衬底层(1)采用soi制成；
4.根据权利要求3所述的基于in2se3的集成光开关，其特征在于：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李田甜，李艺杰，白子涵，韩冬冬，惠战强，杜慧敏，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。