[发明专利]一种半导体全光偏振开关

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件，具体涉及一种半导体全光偏振开 关，应用于下一代高速全光通信，光分叉复用系统和光交叉互连系统， 解决超高速全光网络的全光开关控制以及光开关切换、路由等问题，属 于光通信技术领域。

背景技术

波分复用传输技术和全光交换技术是全光网的关键技术。光开关在 这两个方面都起着极其重要的作用。按照不同开关原理，光开关可以分 为机械光开关、微机电系统(MEMS)光开关、热光开关、液晶光开关 等。这些光开关的开关速率最高处于ms量级。其中微机电系统光开关 由于集成度高，损耗小，串扰低及高消光比等优点，目前被广泛的应用 于各种骨干网与大型交换网的解决方案中。但是由于微机电系统光开关 依靠微反射镜的移动或转动来实现交换，所以任何机械摩擦、磨损或震 动都可能损坏光开关，即影响MEMS光开关的可靠性。同时按照现今 网络数据流量的迅速增长以及下一代网络光分组交换的标准，这种开关 无法实现其开关时间达到ns量级的要求，而通信网络的全光处理进程 势在必行。网络的IP化与光分组交换就对传统的光网络节点处的交换 单元提出了挑战。同时，光波分复用、时分复用技术的引入，Tbit/s量 级的通信容量都对交换时间在ms量级的传统光开关有了新的要求。因 而研究新的工作机理的高速光开关显得十分重要。

在光子微结构材料中，有源光子带隙材料是近年来国际上提出的一 种新颖的光子晶体材料。是制造下一代全光开关、光调制器、光存储器 及缓存等光通信器件的一种关键性基础材料。有源光子带隙材料工作时 受泵浦光照射，因微弱光学斯塔克效应共振频率漂移，造成原来的布拉 格周期条件受到破坏，导致其光子禁带产生显著的塌陷，可形成脉冲时 间尺度的超高速全光开关。

Iowa大学的Eric J.Gansen和Arthur L.Smirl等人在论文 《Femtosecond all-optical polarization switching based on the virtual  excitation of spin-polarized excitons in quantum wells》(Appl.Phys.Lett， 80(6)：971～973)采用GaAs/Al_0.3Ga_0.7As多量子阱材料在非共振条件下利用 光学斯塔克效应进行了基于信号光偏振旋转的光开关实验，通过降低泵 浦光频率到低于材料的重空穴激子共振频率，利用非共振激发产生的虚 激子仅存在于泵浦脉冲时间(约为数百fs到几ps)内的特点，提高了 光开关的重复率。此外由于不存在大量载流子，载流子复合的自发辐射 噪声光也大大减弱，从而有利于提高对比度。

在2002年Iowa大学的John P.Prineas教授，在论文《Ultrafast ac stark  effect switching of the active photonic band gap from Bragg-periodic semiconductor quantum wells》(Applied Physics Letters，81(23)： 4332～4334)中，利用泵浦-探测技术研究了InGaAs/GaAs布拉格多量 子阱(BSQWs)有源光子禁带的超快压缩和恢复错误！未找到引用源。。 如果多量子阱的周期等于激子共振波长的一半，即满足布拉格条件时， 材料呈现出光子晶体的特征，在频谱中共振频率附近出现一个高反射率 的光子禁带，且该禁带分布对材料的折射率和激子共振频率有很强的依 赖性，这意味着共振频率或折射率的微小变化就会引起光子禁带的显著 改变，利用这个新的原理就有可能设计出对泵浦能量要求不高，从而更 具有应用前景的全光开关。