本發(fā)明涉及開關(guān)器件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全光開關(guān)及其制作方法。

背景技術(shù)：

為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)未來通信系統(tǒng)需要具備高速信息傳輸、低能耗的要求，光纖通信系統(tǒng)正在經(jīng)歷著由光電混合網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。

光開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)光束在時(shí)間、空間、波長上的切換，主要應(yīng)用于全光層的路由選擇、波長選擇、光交叉連接及自愈保護(hù)等功能，是光纖通信、光信息處理等光信息系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。

作為全光交換的核心器件，全光開關(guān)的作用日益突出，同時(shí)，對(duì)全光開關(guān)的開關(guān)速度、尺寸、成本等指標(biāo)也提出了更高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種全光開關(guān)及其制作方法，全光開關(guān)由于采用平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)波導(dǎo)部分懸設(shè)的結(jié)構(gòu)，因此器件成本低，尺寸小，響應(yīng)速度快，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于光纖通信、光信息處理等光信息系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

第一方面，本發(fā)明提供一種全光開關(guān)，包括：下層的二氧化硅層和形成在所述二氧化硅層上的第一分路器、第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)和第二分路器；

所述第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)平行設(shè)置形成平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述第一分路器和第二分路器分別連接在所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的入光端和出光端，在所述二氧化硅層上設(shè)有開口向上的窗口，所述第二波導(dǎo)的部分懸設(shè)在所述窗口上。

優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)的長度為200微米，所述第一波導(dǎo)和所述第二波導(dǎo)之間的間隔為50微米，所述第二波導(dǎo)懸設(shè)在所述窗口上的懸空部分的長度大于0，小于30微米。

優(yōu)選的，還包括位于所述二氧化硅層下的硅襯底層。

第二方面，本發(fā)明還提供一種所述的全光開關(guān)的制作方法，包括：

提供一基體；所述基體包括下層的二氧化硅層和上層的硅結(jié)構(gòu)層；

對(duì)所述硅結(jié)構(gòu)層進(jìn)行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括平行設(shè)置的第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)；

對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行圖案化形成開口向上的窗口。

優(yōu)選的，對(duì)所述硅結(jié)構(gòu)層進(jìn)行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括：

在所述硅結(jié)構(gòu)層上涂覆光刻膠層；

對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域；

刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域，包括：

利用深紫外光刻對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域。

優(yōu)選的，刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括：

利用等離子體干法刻蝕方法刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行圖案化形成開口向上的窗口，包括：

在所述二氧化硅層上涂敷光刻膠層；

對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域；

刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的掩埋氧化物層，得到所述開口向上的窗口。

優(yōu)選的，對(duì)所述硅結(jié)構(gòu)層進(jìn)行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之后，對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行圖案化形成開口向上的窗口之前，所述方法還包括：

利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上沉積一層SiO₂包層。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述SiO₂包層上沉積上一層三氧化二鋁層。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的全光開關(guān)由于采用平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)波導(dǎo)部分懸設(shè)的結(jié)構(gòu)，因此器件成本低，尺寸小，響應(yīng)速度快，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于光纖通信、光信息處理等光信息系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的全光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明全光開關(guān)只通入信號(hào)光時(shí)的全光開關(guān)的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明全光開關(guān)通入信號(hào)光和控制光時(shí)的全光開關(guān)的側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的全光開關(guān)的制作方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

硅襯底層1 二氧化硅層2 第一分路器3 第二分路器4 第一波導(dǎo)5 第二波導(dǎo)6 窗口7

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種全光開關(guān)，包括：下層的二氧化硅層2和形成在所述二氧化硅層2上的第一分路器3、第一波導(dǎo)5、第二波導(dǎo)6和第二分路器4；

所述第一波導(dǎo)5和第二波導(dǎo)6平行設(shè)置形成平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述第一分路器3和第二分路器4分別連接在所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的入光端和出光端，在所述二氧化硅層2上設(shè)有開口向上的窗口7，所述第二波導(dǎo)6的部分懸設(shè)在所述窗口7上。

在一種具體實(shí)施例中，第一分路器3和第二分路器4可以為3dB分路器。

如圖2所示，為全光開關(guān)輸入信號(hào)光，信號(hào)光直接由左至右(即從入光端到出光端)進(jìn)入全光開關(guān)，先通過第一分路器3分為光強(qiáng)1：1的兩束光分別通入第一波導(dǎo)5和第二波導(dǎo)6，再經(jīng)第二分路器4耦合輸出。當(dāng)全光開關(guān)只輸入信號(hào)光時(shí)，第二波導(dǎo)不發(fā)生改變，第一波導(dǎo)中的信號(hào)光與第二波導(dǎo)中的信號(hào)光在出光端相位相同，因而可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的輸出，故全光光開關(guān)處于“打開”狀態(tài)(如圖2)；當(dāng)為全光開關(guān)同時(shí)通入信號(hào)光與控制光信號(hào)時(shí)，通入的控制光信號(hào)在第二波導(dǎo)6的懸空部分(所述第二波導(dǎo)6的懸設(shè)在所述窗口7上的部分)滿足諧振條件時(shí)，如圖3所示，第二波導(dǎo)6在光梯度力的作用下向下發(fā)生形變，從而產(chǎn)生非線性效應(yīng),第二波導(dǎo)6的有效折射率隨之發(fā)生變化,導(dǎo)致信號(hào)光的相位發(fā)生改變，兩路光信號(hào)在出光端相位相差180°，兩路信號(hào)處于“相消”的狀態(tài)，因此全光光開關(guān)處于“關(guān)閉”狀態(tài)(如圖3)，從而實(shí)現(xiàn)光路的切換。在實(shí)驗(yàn)中，利用小功率寬譜光(1520nm-1600nm)來檢測全光開關(guān)中光路的切換。

本發(fā)明的全光開關(guān)由于采用平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)波導(dǎo)部分懸設(shè)的結(jié)構(gòu)，因此器件成本低，尺寸小，響應(yīng)速度快，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于光纖通信、光信息處理等光信息系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述第一波導(dǎo)5和所述第二波導(dǎo)6的長度為200微米，所述第一波導(dǎo)5和所述第二波導(dǎo)6之間的間隔為50微米，所述第二波導(dǎo)6懸設(shè)在所述窗口7上的懸空部分的長度大于0，小于30微米，最優(yōu)為18微米，該長度情況下，本發(fā)明全光開關(guān)的消光比值最大，光開關(guān)性能達(dá)到最佳。所述第一波導(dǎo)5和第二波導(dǎo)6的橫截面尺寸為450納米*110納米。

為了對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，作為一種優(yōu)選實(shí)施例，還包括位于所述二氧化硅層2下的硅襯底層1。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的全光開關(guān)的制作方法的流程圖。

如圖4所示，本發(fā)明的一種所述的全光開關(guān)的制作方法，包括：

S41、提供一基體；所述基體包括下層的二氧化硅層和上層的硅結(jié)構(gòu)層；

S42、對(duì)所述硅結(jié)構(gòu)層進(jìn)行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括平行設(shè)置的第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)；

S43、對(duì)所述二氧化硅層進(jìn)行圖案化形成開口向上的窗口。

利用本發(fā)明方法制作的全光開關(guān)具有平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)波導(dǎo)部分懸設(shè)的結(jié)構(gòu)，因此器件成本低，尺寸小，響應(yīng)速度快，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于光纖通信、光信息處理等光信息系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，步驟S42，包括：

在所述硅結(jié)構(gòu)層上涂覆光刻膠層；

對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域；

刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域，包括：

利用深紫外光刻對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括：

利用等離子體干法刻蝕方法刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，步驟S43，包括：

在所述二氧化硅層上涂敷光刻膠層；

對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影得到光刻膠保留區(qū)域和光刻膠去除區(qū)域；

在一種具體實(shí)施例中，可利用深紫外光刻對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行曝光顯影。

刻蝕所述光刻膠保留區(qū)域的掩埋氧化物層，得到所述開口向上的窗口。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，步驟S42之后，步驟S43之前，所述方法還包括：

利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上沉積一層SiO₂包層，用以減少光波導(dǎo)傳輸?shù)膿p耗和保證光波導(dǎo)兩邊結(jié)構(gòu)對(duì)稱。

在一種具體實(shí)施例中，所述SiO₂包層的厚度可為2微米。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述方法還包括：

利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述SiO₂包層上沉積上一層三氧化二鋁層，用于保護(hù)刻蝕的器件層結(jié)構(gòu)和制備使第二波導(dǎo)形成部分懸空的結(jié)構(gòu)的窗口。

在一種具體實(shí)施例中，所述三氧化二鋁層的厚度可為40納米。

對(duì)于具有硅襯底層的全光開關(guān)，在進(jìn)行制作時(shí)，可以提供絕緣體上硅，然后按照上述方法分別在絕緣體上硅的硅晶圓的硅頂層上按照上述方法制作第一分路器、第二分路器以及平行波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在絕緣體上硅的硅晶圓的中間層上按照上述方法制作所述窗口，具體方法請(qǐng)參照上述，不再詳述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。