一種電控磁光開關芯片制造技術

本發明專利技術公開了一種電控磁光開關芯片，由2×2的3dB光耦合器、磁光微環諧振器組及其上面覆蓋的金屬微帶環線組成。2×2的3dB光耦合器一端的兩個接口分別作為磁光開關芯片裝置的外部輸入和輸出接口，另一端的兩個接口串聯有磁光微環諧振器組，磁光微環諧振器組上面覆蓋有“S”形金屬微帶環線，通過改變施加到金屬微帶環線中的電流大小實現光開關功能；同時，本發明專利技術可以通過改變磁光微環諧振器的級聯個數和微環半徑大小，優化各波導之間的耦合系數，設計出不同帶寬需求的電控磁光開關芯片，具有結構簡單、消光比高、3dB帶寬可靈活設計的優點。

【技術實現步驟摘要】
一種電控磁光開關芯片
本專利技術屬于光信息處理
，更為具體地講，涉及一種電控磁光開關芯片。
技術介紹
光開關是光通信中不可或缺的器件，它在光信息交換和信號處理中有著廣泛的應用。光開關是光分插復用設備、光交叉連接和光路由器等設備的核心器件之一，其對整個光網絡的性能有著至關重要的影響。新一代的器件逐步向小型化、集成化的方向發展，因此硅基波導被廣泛應用到各種光器件中。隨著磁光材料的研究以及生長水平的提高，利用硅基波導磁光效應制作磁光開關逐漸受到人們的關注?，F有的磁光開關大都依賴于體狀磁光材料和分立的偏振合/分束器加以實現，體積較大，而且磁場的加載方式也受到一定限制，不利于磁光開關的小型化和集成化。利用磁光光纖制作的光纖開關雖然具有插入損耗低、結構和制作工藝簡單等特點，但在穩定可靠性、磁光開關速度、多端口構建等方面還需要進一步發展?？傮w而言，實用化的波導型磁光開關并不常見，人們更為關注的是，如何發揮波導型磁光開關的小型化、易集成、穩定可靠等優勢，又要達到現有磁光開關的開關消光比性能，且滿足現在光通信信號傳輸帶寬要求？
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電控磁光開關芯片，通過對金屬微帶環線所加電流，實現芯片的開關，具有結構簡單、開關消光比高、易于光電耦合封裝、能夠靈活設計3dB帶寬等優點。為實現上述專利技術目的，本專利技術一種電控磁光開關芯片，其特征在于，包括：一2×2的3dB光耦合器，包括兩個端口，每個端口均包含兩個接口；其中第一個端口的兩個接口分別串聯一個耦合光柵，第二個端口的兩個接口串聯磁光微環諧振器組的直波導；兩耦合光柵，分別位于2×2的3dB光耦合器的第一個端口的兩個接口處，通過與兩接口串聯作為電控磁光開關芯片的外部輸入、輸出接口；一磁光微環諧振器組，采用串聯方式將多個磁光微環諧振器級聯，并與一直波導進行耦合，直波導的兩端分別與2×2的3dB光耦合器的第二端口的兩個接口串聯，在磁光微環諧振器的上表面覆蓋有金屬微帶環線，其下表面覆蓋有連接金屬微帶環線兩端的金屬焊盤；一外部驅動電路，分別與磁光微環諧振器的金屬焊盤連接，用于給金屬微帶環線施加電流；外部光信號通過耦合光柵輸入至輸入接口，再經過2×2的3dB光耦合器后，分成順時針和逆時針傳播的兩束光信號，通過第二個端口串聯的直波導耦合進入磁光微環諧振器組，并在磁光微環諧振器中相向傳播，同時外部驅動電路通過金屬焊盤給金屬微帶環線施加電流，通過改變施加電流的大小，使磁光微環諧振器組橫向磁化以產生實現開關功能所需的非互易相移，從而實現電控磁光開關芯片的開、關，最后，通過磁光微環諧振器組傳輸后的兩束光信號再次返回至2×2的3dB光耦合器，經過2×2的3dB光耦合器的干涉作用后，從輸出端口輸出。本專利技術的專利技術目的是這樣實現的：本專利技術一種電控磁光開關芯片，由2×2的3dB光耦合器、磁光微環諧振器組及其上面覆蓋的金屬微帶環線組成。2×2的3dB光耦合器一端的兩個接口分別作為磁光開關芯片裝置的外部輸入和輸出接口，另一端的兩個接口串聯有磁光微環諧振器組，磁光微環諧振器組上面覆蓋有“S”形金屬微帶環線，通過改變施加到金屬微帶環線中的電流大小實現光開關功能；同時，本專利技術可以通過改變磁光微環諧振器的級聯個數和微環半徑大小，優化各波導之間的耦合系數，設計出不同帶寬需求的電控磁光開關芯片，具有結構簡單、消光比高、3dB帶寬可靈活設計的優點。附圖說明圖1是磁光微環諧振器的波導橫截面圖；圖2是本專利技術一種電控磁光開關芯片裝置圖；圖3是“S”形金屬微帶環線示意圖；圖4是一種電控磁光開關芯片的透射開關性能。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本專利技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本專利技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。實施例為了方便描述，先對具體實施方式中出現的相關專業術語進行說明：Ce：YIG(cerium：yttriumirongarnet)：摻鈰釔鐵石榴石；SGGG(substitutedgadoliniumgalliumgarnet)：取代釓鎵石榴石；SOI(Silicon-On-Insulator)：絕緣襯底上的硅。圖1是磁光微環諧振器的波導橫截面圖。如圖1所示，針對準TM模式的導波光，磁光微環諧振器采用SiO2/Si/Ce:YIG/SGGG結構，具體講，磁光微環諧振器的結構采用生長在SGGG上的磁光材料，Ce:YIG層作為芯片波導結構的覆層，采用硅隔離體SOI結構制作硅波導芯層，用金屬微帶環線覆蓋在磁光微環波導的正上方，并通過兩端焊盤連接外部電路。圖2是本專利技術一種電控磁光開關芯片裝置圖。在本實施例中，假設電控磁光開關芯片工作在中心波長1550nm附近，3dB帶寬大于0.8nm，消光比大于40dB的光開關。下面結合圖2對本專利技術一種電控磁光開關芯片進行詳細說明，包括：2×2的3dB光耦合器、耦合光柵、磁光微環諧振器組和外部驅動電路。2×2的3dB光耦合器，包括兩個端口，每個端口均包含兩個接口；其中第一個端口的兩個接口分別串聯一個耦合光柵，第二個端口的兩個接口串聯磁光微環諧振器組的直波導；為了使電控磁光開關芯片能夠工作在中心波長1550nm附近，并保證工作波長附近透射譜的平坦度和3dB帶寬需求，兩微環的半徑均取為R＝15.62μm，微環間的耦合系數以及微環與直波導的耦合系數分別為0.056和0.37。兩耦合光柵，分別位于2×2的3dB光耦合器的第一個端口的兩個接口處，通過與兩接口串聯作為電控磁光開關芯片的外部輸入、輸出接口；磁光微環諧振器組，采用串聯方式將多個磁光微環諧振器級聯，并與一直波導進行耦合，直波導的兩端分別與2×2的3dB光耦合器的第二端口的兩個接口串聯，在磁光微環諧振器的上表面覆蓋有金屬微帶環線，其下表面覆蓋有連接金屬微帶環線兩端的金屬焊盤；在本實施例中，直波導采用磁光材料覆層和硅基材料芯層構成；磁光微環諧振器組串聯兩個磁光微環諧振器，金屬微帶環線以“S”形環繞方式制作在磁光微環諧振器波導的上面，金屬微帶環線的兩端焊盤用于連接外部驅動電路。外部驅動電路，分別與磁光微環諧振器的金屬焊盤連接，用于給金屬微帶環線施加電流；外部驅動電路通過下表面連接金屬微帶環線兩端的金屬焊盤給金屬微帶環線施加電流，電流方向如圖3所示，通電后的金屬微帶環線會使磁光微環波導垂直于光傳播方向(橫向)磁化，如圖1所示；沿正向和反向傳播的光的磁化方向相反，會使這兩束光產生非互易相移。當施加電流能夠產生63.4kA/m的磁化強度時可引起π/2的非互易相移，從而實現開關功能。在本實施例中，當外部驅動電路不加電流時，輸出端的光強為最小，對應開關的“關”狀態；當選取合適的電流時，可以使輸出端的光強度為最大，對應開關的“開”狀態。開關前后的透射譜如圖4所示，實線為不加電流時的透射譜線，虛線為加合適電流后的透射譜線。由圖4可知，開關的中心波長在1550nm附近，3dB帶寬約為2nm，滿足其帶寬需求，其消光比也滿足大于40dB的需求。下面對電控磁光開關芯片的整體工作流程進行詳細描述：外部光信號通過耦合光柵輸入至輸入接口，再經過2×2的3dB光耦合器后，分成順時針和逆時針傳播的兩束光信號，通過第二個端口串聯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電控磁光開關芯片，其特征在于，包括：一2×2的3dB光耦合器，包括兩個端口，每個端口均包含兩個接口；其中第一個端口的兩個接口分別串聯一個耦合光柵，第二個端口的兩個接口串聯磁光微環諧振器組的直波導；兩耦合光柵，分別位于2×2的3dB光耦合器的第一個端口的兩個接口處，通過與兩接口串聯作為電控磁光開關芯片的外部輸入、輸出接口接口；一磁光微環諧振器組，采用串聯方式將多個磁光微環諧振器級聯，并與一直波導進行耦合，直波導的兩端分別與2×2的3dB光耦合器的第二端口的兩個接口串聯，在磁光微環諧振器的上表面覆蓋有金屬微帶環線，其下表面覆蓋有連接金屬微帶環線兩端的金屬焊盤；一外部驅動電路，分別與磁光微環諧振器的金屬焊盤接，用于給金屬微帶環線施加電流；外部光信號通過耦合光柵輸入至輸入接口，再經過2×2的3dB光耦合器后，分成順時針和逆時針傳播的兩束光信號，通過第二個端口串聯的直波導耦合進入磁光微環諧振器組，并在磁光微環諧振器中相向傳播，同時外部驅動電路通過金屬焊盤給金屬微帶環線施加電流，通過改變施加電流的大小，使磁光微環諧振器組橫向磁化以產生實現開關功能所需的非互易相移，從而實現電控磁光開關芯片的開、關，最后，通過磁光微環諧振器組傳輸后的兩束光信號再次返回至2×2的3dB光耦合器，經過2×2的3dB光耦合器的干涉作用后，從輸出端口輸出。...

【技術特征摘要】
1.一種電控磁光開關芯片，其特征在于，包括：一2×2的3dB光耦合器，包括兩個端口，每個端口均包含兩個接口；其中第一個端口的兩個接口分別串聯一個耦合光柵，第二個端口的兩個接口串聯磁光微環諧振器組的直波導；兩耦合光柵，分別位于2×2的3dB光耦合器的第一個端口的兩個接口處，通過與兩接口串聯作為電控磁光開關芯片的外部輸入、輸出接口接口；一磁光微環諧振器組，采用串聯方式將多個磁光微環諧振器級聯，并與一直波導進行耦合，直波導的兩端分別與2×2的3dB光耦合器的第二端口的兩個接口串聯，在磁光微環諧振器的上表面覆蓋有金屬微帶環線，其下表面覆蓋有連接金屬微帶環線兩端的金屬焊盤；一外部驅動電路，分別與磁光微環諧振器的金屬焊盤接，用于給金屬微帶環線施加電流；外部光信號通過耦合光柵輸入至輸入接口，再經過2×2的3dB光耦合器后，分成順時針和逆時針傳播的兩束光信號，通過第二個端口串聯的直波...

【專利技術屬性】
技術研發人員：倪雙，武保劍，喻剛，文峰，邱昆，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51