本發明涉及開關器件制造技術領域，尤其涉及一種全光開關及其制作方法。

背景技術：

為了滿足現代社會對未來通信系統需要具備高速信息傳輸、低能耗的要求，光纖通信系統正在經歷著由光電混合網絡向全光網絡的轉變。

光開關可以實現光束在時間、空間、波長上的切換，主要應用于全光層的路由選擇、波長選擇、光交叉連接及自愈保護等功能，是光纖通信、光信息處理等光信息系統的關鍵器件之一。

作為全光交換的核心器件，全光開關的作用日益突出，同時，對全光開關的開關速度、尺寸、成本等指標也提出了更高的要求。

技術實現要素：

本發明提供一種全光開關及其制作方法，全光開關由于采用平行波導結構，其中一個波導部分懸設的結構，因此器件成本低，尺寸小，響應速度快，低功耗等優點，對于光纖通信、光信息處理等光信息系統具有重要的應用價值。

第一方面，本發明提供一種全光開關，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、第二波導和第二分路器；

所述第一波導和第二波導平行設置形成平行波導結構，所述第一分路器和第二分路器分別連接在所述平行波導結構的入光端和出光端，在所述二氧化硅層上設有開口向上的窗口，所述第二波導的部分懸設在所述窗口上。

優選的，所述第一波導和所述第二波導的長度為200微米，所述第一波導和所述第二波導之間的間隔為50微米，所述第二波導懸設在所述窗口上的懸空部分的長度大于0，小于30微米。

優選的，還包括位于所述二氧化硅層下的硅襯底層。

第二方面，本發明還提供一種所述的全光開關的制作方法，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構層；

對所述硅結構層進行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導結構；所述平行波導結構包括平行設置的第一波導和第二波導；

對所述二氧化硅層進行圖案化形成開口向上的窗口。

優選的，對所述硅結構層進行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導結構，包括：

在所述硅結構層上涂覆光刻膠層；

對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域；

刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構。

優選的，對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域，包括：

利用深紫外光刻對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域。

優選的，刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構，包括：

利用等離子體干法刻蝕方法刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構。

優選的，對所述二氧化硅層進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；

對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域；

刻蝕所述光刻膠保留區域的掩埋氧化物層，得到所述開口向上的窗口。

優選的，對所述硅結構層進行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導結構之后，對所述二氧化硅層進行圖案化形成開口向上的窗口之前，所述方法還包括：

利用等離子體增強化學氣相沉積法在所述平行波導結構上沉積一層SiO₂包層。

優選的，所述方法還包括：

利用等離子體增強化學氣相沉積法在所述SiO₂包層上沉積上一層三氧化二鋁層。

由上述技術方案可知，本發明的全光開關由于采用平行波導結構，其中一個波導部分懸設的結構，因此器件成本低，尺寸小，響應速度快，低功耗等優點，對于光纖通信、光信息處理等光信息系統具有重要的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的全光開關的結構示意圖；

圖2為本發明全光開關只通入信號光時的全光開關的側視圖；

圖3為本發明全光開關通入信號光和控制光時的全光開關的側視圖；

圖4為本發明一實施例提供的全光開關的制作方法的流程圖。

附圖標記說明

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5 第二波導6 窗口7

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1-圖3所示，本發明實施例的一種全光開關，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5、第二波導6和第二分路器4；

所述第一波導5和第二波導6平行設置形成平行波導結構，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結構的入光端和出光端，在所述二氧化硅層2上設有開口向上的窗口7，所述第二波導6的部分懸設在所述窗口7上。

在一種具體實施例中，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，為全光開關輸入信號光，信號光直接由左至右(即從入光端到出光端)進入全光開關，先通過第一分路器3分為光強1：1的兩束光分別通入第一波導5和第二波導6，再經第二分路器4耦合輸出。當全光開關只輸入信號光時，第二波導不發生改變，第一波導中的信號光與第二波導中的信號光在出光端相位相同，因而可以實現光信號的輸出，故全光光開關處于“打開”狀態(如圖2)；當為全光開關同時通入信號光與控制光信號時，通入的控制光信號在第二波導6的懸空部分(所述第二波導6的懸設在所述窗口7上的部分)滿足諧振條件時，如圖3所示，第二波導6在光梯度力的作用下向下發生形變，從而產生非線性效應,第二波導6的有效折射率隨之發生變化,導致信號光的相位發生改變，兩路光信號在出光端相位相差180°，兩路信號處于“相消”的狀態，因此全光光開關處于“關閉”狀態(如圖3)，從而實現光路的切換。在實驗中，利用小功率寬譜光(1520nm-1600nm)來檢測全光開關中光路的切換。

本發明的全光開關由于采用平行波導結構，其中一個波導部分懸設的結構，因此器件成本低，尺寸小，響應速度快，低功耗等優點，對于光纖通信、光信息處理等光信息系統具有重要的應用價值。

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

為了對上述結構進行支撐，作為一種優選實施例，還包括位于所述二氧化硅層2下的硅襯底層1。

圖4為本發明一實施例提供的全光開關的制作方法的流程圖。

如圖4所示，本發明的一種所述的全光開關的制作方法，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構層；

S42、對所述硅結構層進行圖案化形成第一分路器、第二分路器以及平行波導結構；所述平行波導結構包括平行設置的第一波導和第二波導；

S43、對所述二氧化硅層進行圖案化形成開口向上的窗口。

利用本發明方法制作的全光開關具有平行波導結構，其中一個波導部分懸設的結構，因此器件成本低，尺寸小，響應速度快，低功耗等優點，對于光纖通信、光信息處理等光信息系統具有重要的應用價值。

作為一種優選實施例，步驟S42，包括：

在所述硅結構層上涂覆光刻膠層；

對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域；

刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構。

作為一種優選實施例，對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域，包括：

利用深紫外光刻對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域。

作為一種優選實施例，刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構，包括：

利用等離子體干法刻蝕方法刻蝕所述光刻膠保留區域的硅結構層，得到所述第一分路器、第二分路器以及平行波導結構。

作為一種優選實施例，步驟S43，包括：

在所述二氧化硅層上涂敷光刻膠層；

對所述光刻膠層進行曝光顯影得到光刻膠保留區域和光刻膠去除區域；

在一種具體實施例中，可利用深紫外光刻對所述光刻膠層進行曝光顯影。

刻蝕所述光刻膠保留區域的掩埋氧化物層，得到所述開口向上的窗口。

作為一種優選實施例，步驟S42之后，步驟S43之前，所述方法還包括：

利用等離子體增強化學氣相沉積法在所述平行波導結構上沉積一層SiO₂包層，用以減少光波導傳輸的損耗和保證光波導兩邊結構對稱。

在一種具體實施例中，所述SiO₂包層的厚度可為2微米。

作為一種優選實施例，所述方法還包括：

利用等離子體增強化學氣相沉積法在所述SiO₂包層上沉積上一層三氧化二鋁層，用于保護刻蝕的器件層結構和制備使第二波導形成部分懸空的結構的窗口。

在一種具體實施例中，所述三氧化二鋁層的厚度可為40納米。

對于具有硅襯底層的全光開關，在進行制作時，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結構，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，具體方法請參照上述，不再詳述。

本領域普通技術人員可以理解：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明權利要求所限定的范圍。