申请/专利权人：吉林大学

申请日：2022-01-24

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114153028B

主分类号：G02B6/12

分类号：G02B6/12;G02B6/122;G02B6/125

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.03.25#实质审查的生效;2022.03.08#公开

摘要：一种基于MZI结构的双模波导热光开关及其制备方法，属于平面光波导器件技术领域。整个器件基于MZI光波导结构，从左到右依次由平行输入直波导、S弯曲波导、平行耦合臂波导、S弯曲波导、平行直波导、锥形波导、宽度大于输入直波导的平行相移器直波导、两个锥形波导、平行直波导、S弯曲波导、平行耦合臂波导、S弯曲波导、平行输出直波导、在平行相移器直波导正上方的金属电极构成。本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料分别作为波导的芯层和包层，充分利用了有机聚合物材料种类多样、加工性强和热光系数大的优势。同时，本发明所采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。

主权项：1.一种基于MZI结构的双模波导热光开关，其特征在于：整个器件基于MZI光波导结构，从左到右，依次由结构和尺寸相同的平行输入直波导（1、2）、结构和尺寸相同的S弯曲波导（3、4）、结构和尺寸相同的平行耦合臂波导（5、6）、结构和尺寸相同的S弯曲波导（7、8）、结构和尺寸相同的平行直波导（9、10）、结构和尺寸相同的锥形波导（11、12）、结构和尺寸相同的宽度大于输入直波导的平行相移器直波导（13、14）、结构和尺寸相同的两个锥形波导（15、16）、结构和尺寸相同的平行直波导（17、18）、结构和尺寸相同的S弯曲波导（19、20）、结构和尺寸相同的平行耦合臂波导（21、22）、结构和尺寸相同的S弯曲波导（23、24）、结构和尺寸相同的平行输出直波导（25和26）、结构和尺寸相同的在相移器直波导（13、14）正上方的金属电极（27、28）构成；锥形波导（11、12、15、16）和平行相移器直波导（13、14）共同构成MZI模式不敏感热光开关的相移器；从下到上，相移器依次由硅片衬底（29）、在硅片衬底（29）上制备的聚合物下包层（30）、在聚合物下包层（30）上制备的两个矩型波导结构的光波导芯层（33）、在聚合物下包层（30）和光波导芯层（33）上制备的聚合物上包层（34）、在聚合物上包层（34）上制备的两个金属电极（27、28）组成，光波导芯层（33）被包埋在聚合物上包层（34）之中；金属电极（27、28）位于矩型波导结构的光波导芯层（33）的正上方；输入直波导（1、2）、S弯曲波导（3、4、7、8、19、20、23、24）、平行耦合臂波导（5、6、21、22）、锥形波导（11、12、15、16）、平行相移器直波导（13、14）、平行直波导（9、10、17、18）、输出直波导（25、26）依次由硅片衬底（29）、在硅片衬底（29）上制备的聚合物下包层（30）、在聚合物下包层（30）上制备的两个矩型波导结构的光波导芯层（33'）、在聚合物下包层（30）和光波导芯层（33'）上制备的聚合物上包层（34）组成，光波导芯层（33'）被包埋在聚合物上包层（34）之中；输入直波导（1、2）和输出直波导（25、26）的长度a1和a1’为0.1~1.5cm；S弯曲波导（3、4、7、8、19、20、23和24）的偏折角度θ为0.5~1.5°，水平长度a2和a2’为0.2~1.0cm；平行耦合臂波导（5、6、21、22）的长度L和L’为0.1~1.5cm，平行直波导（9、10）和平行直波导（17、18）的长度a3和a3’为0.05~0.15cm；锥形波导（11、12、15、16）的水平长度a4和a4’为0.1~0.5cm，平行相移器直波导（13、14）的长度a5为0.2~1cm，宽度为8~20µm；金属电极（27、28）的长度a6为0.2~1cm，宽度w1为10~15μm；输入直波导（1、2）之间、输出直波导（25、26）之间的间距l1和l1’为50~200μm，平行耦合臂波导（5、6）之间、平行耦合臂波导（21、22）之间的耦合间距l2和l2’为0.5~10μm；硅片衬底（29）的厚度为0.5~1mm，聚合物下包层（30）的厚度为5~15µm，光波导芯层（33、33'）的厚度为2~8µm；平行相移器直波导（13、14）的宽度为8~20µm，其余波导的宽度为2~15µm；位于光波导芯层（33、33'）上方的聚合物上包层（34）的厚度为5~15µm，金属电极（27、28）的厚度为20~200nm；S弯曲波导（7、8）、S弯曲波导（19、20）和S弯曲波导（23、24）的结构与尺寸相同，为相同的余弦型函数曲线波导，曲线方程为，其中x为余弦型函数曲线沿波导方向的坐标，y为余弦型函数曲线沿垂直波导方向的坐标，h=[l1l1'-l2l2']2为余弦弯曲结构在光刻板表面垂直于直波导方向上的投影；a2=0.2~1.0cm为余弦弯曲结构在光刻板表面平行于直波导方向上的投影。

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