[发明专利]一种光波导开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种光波导开关，尤其是一种采用MZI结构的光波导开关。

背景技术

采用马赫-泽恩德干涉仪(MZI)结构构成光波导开关或调制器是一种常见的技术。在美国专利7817881中，引入了波导电容器的概念，在这种波导电容器的波导芯区中能够储存自由载流子，用来调制波导材料的折射率。

在硅光子学中，自由载流子色散效应被应用于调制硅的折射率，因而可以采用MZI结构来构成开关或是振幅调制器。然而，在自由载流子色散效应中，所注入的自由载流子不仅能影响折射率的实部，而且还能影响折射率的虚部，即它在调制相位的同时会引起光的衰减。由于MZI的两条臂所输出的光束发生干涉时的光功率不同，MZI构成的光开关不能达到一个非常高的消光比。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于半导体材料的具有高消光比的光波导开关。本发明通过下述技术方案予以实现：

一种光波导开关，包括一个基于半导体的波导MZI结构，其中，所述MZI结构包括第一波导臂，第二波导臂，两个输入端口和两个输出端口；所述MZI结构的第一波导臂包括一个相位调制部分，所述相位部分包括一段波导电容器；所述MZI结构的第二波导臂包括一个由一段不同结构的波导电容器构成的振幅调制部分；所述振幅调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的载流子迁移率低于所述相位调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的载流子迁移率。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述振幅调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的背景离子浓度高于所述相位调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的背景离子浓度，因此前者的载流子迁移率低于后者的载流子迁移率。

如上所述的一种光波导开关，其中，仅在第一波导臂上有所述相位调制部分，仅在第二波导臂上有所述振幅调制部分，所述有相位调制部分的第一波导臂被称为相位调制臂，所述有振幅调制部分的第二波导臂被称为振幅调制臂。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述相位调制部分的波导电容器是一种PIN结型波导电容器，所述振幅调制部分的波导电容器是一种PN结型波导电容器。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述波导电容器是一种脊加载型波导电容器，所述脊加载型波导电容器包括一层加载在一个SOI脊波导上方的半导体薄膜，和一层位于所述半导体薄膜和所述脊波导之间的绝缘薄膜层。

另一种光波导开关，包括一个基于半导体的波导MZI结构，其中，所述MZI结构包括第一波导臂，第二波导臂，两个输入端口和两个输出端口；所述MZI结构的第一波导臂和第二波导臂均包括一个相位调制部分和一个振幅调制部分；所述相位调制部分包括一段波导电容器；所述振幅调制部分包括一段不同结构的波导电容器；所述振幅调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的载流子迁移率低于所述相位调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的载流子迁移率。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述振幅调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的背景离子浓度高于所述相位调制部分中的波导电容器的存储电荷区域的背景离子浓度，因此前者的载流子迁移率低于后者的载流子迁移率。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述相位调制部分的波导电容器是一种PIN结型波导电容器，所述振幅调制部分的波导电容器是一种PN结型波导电容器。

如上所述的一种光波导开关，其中，所述波导电容器是一种脊加载型波导电容器，所述脊加载型波导电容器包括一层加载在一个SOI脊波导上方的半导体薄膜，和一层位于所述半导体薄膜和所述脊波导之间的绝缘薄膜层。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种光波导开关能够实现极高的消光比，从而提高器件效率。本发明公开的光波导开关中采用了不对称的MZI结构，所述MZI的两条臂上采用了不同的波导电容器结构：一条臂采用的波导电容器中，被存储的载流子迁移率低，主要实现振幅调制；另一条臂采用的波导电容器中，被存储的载流子迁移率高，主要实现相位调制。在本发明公开的光波导开关基础上，根据自由载流子效应设计算法和迭代过程，不断修正对MZI的两条波导臂的离子注入，最终使两条波导臂输出光功率无限接近而实现极高的消光比。

附图说明

图1是本发明公开的一种光波导开关的一个实施例的结构示意图。

图2是图1中光波导开关1-1截面的示意图。

图3是本发明公开的光波导开关中采用脊加载波导电容器的结构示意图。

图4是本发明公开的光波导开关中每条臂上都有相位调制部分和振幅调制部分的结构示意图。