[发明专利]一种基于硫系相变材料的全光开关及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于硫系相变材料的全光开关及其制备方法，属于光通信领域，全光开关包括依次堆叠的覆盖层薄膜、硫系相变材料薄膜、隔离层薄膜、硅光子晶体和衬底。硅光子晶体包括纳米多孔结构，使得硅光子晶体具有法诺共振效应。全光开关在使用时，通过激光控制硫系相变材料薄膜的状态，调制硅光子晶体的共振状态，实现信号光透过率的调制，调制范围为通信波段1500nm至1600nm，实现光开关。本发明全光开关具有高对比度、高速率、低损耗的特点，其结构简单可降低生产成本，适应于CMOS集成易于匹配现代半导体工艺生产线，适用于工业生产和产品化。

技术领域

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种基于硫系相变材料的全光开关及其制备方法。

背景技术

现代社会通信，主要是由光纤通信承载，但是由于互联网的迅速发展，物联网等新型技术的出现，人们对于光纤通信的传输速率有了更高的要求。现在传统的光纤通信系统当中，节点处有大量的光互联交换设备，这些设备存在大量的光电光转换，而由于电子瓶颈的存在，这种光电转换的过程实际上会降低光纤通信的速率。因而许多学者和专家提出了全光通信的概念，即利用光来控制光，全程没有光电转换节点的存在，也没有光电转换的过程，在这种模式下，光纤本身的潜力能被更为完全的开发出来。

而作为全光通信实现的基础器件，全光开关一直受到广泛的关注，现有技术以二氧化钒材料的光致相变特性以及金属光栅对光的偏振选择作用来进行光的交换，但金属光栅对于光能量有较大的损耗，且开关对比度相对较低；现有技术利用石墨烯的热光效益引起微型谐振环光纤的共振变化来实现光的开关，其虽然可以实现全光开关且损耗较小，但其开关速率较慢，且结构复杂实际难以进行大规模的阵列集成；现有技术利用马赫增德尔干涉仪引入光路进行干涉，从而实现全光开关，但马赫增德尔干涉仪的结构比较复杂，难以进行大规模的集成，实用性受到了一定的限制。

由此可见，现有技术存在开关速率较慢、损耗较大、难以大规模集成的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于硫系相变材料的全光开关及其制备方法，由此解决现有技术存在开关速率较慢、损耗较大、难以大规模集成的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于硫系相变材料的全光开关，包括依次堆叠的覆盖层薄膜、硫系相变材料薄膜、隔离层薄膜、硅光子晶体和衬底。

进一步的，硅光子晶体包括纳米多孔结构，使得硅光子晶体具有法诺共振效应。

进一步的，纳米多孔结构中纳米孔的半径为50nm-90nm，孔间间距为700nm-850nm，孔深为150nm-250nm。

进一步的，硫系相变材料薄膜的厚度为5nm-25nm，硫系相变材料薄膜为多元硫系相变材料或者多元硫系相变材料掺入杂质后形成的掺杂化合物。

进一步的，多元硫系相变材料为GeTe、SbTe、Bi2Te3、GeSe、Bi2Se3、Ge2Sb2Te5或者AgInSbTe，所述杂质为C、N、O、Ag或者Cu。

进一步的，隔离层薄膜的厚度为15nm-40nm，隔离层薄膜为SiO2薄膜或者SiNx薄膜。

进一步的，覆盖层薄膜的厚度为20nm-200nm，覆盖层薄膜为SiO2/ZnS薄膜、SiO2薄膜或者SiNx薄膜。