研究目的
一种新型纳米级高性能相变硅光子开关的设计。
研究成果
设计的这款光子开关具有高静态性能，包括高消光比和低插入损耗，适用于宽带操作。该开关的非易失性特性使其无需电偏置即可维持状态，从而为未来的光子集成电路实现节能效果。
研究不足
该研究聚焦于光子开关的静态性能，未深入探究动态性能或开关速度。此类开关的制备及集成到现有光子电路中可能存在挑战。
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一种新型纳米级高性能相变硅光子开关的设计
DOI：10.1016/j.photonics.2018.10.007
期刊：Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications
出版年份：2018
更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要：
我们报道了一种新型高静态性能通断光子开关的设计方案，该方案通过将纳米级相变材料Ge2Sb2Te5嵌入绝缘体上硅波导中实现。所提出的开关状态可通过电/光脉冲进行切换，且维持特定状态无需施加电偏压。由于Si-Ge2Sb2Te5界面处的大折射率变化及Ge2Sb2Te5的吸收特性，穿过硅波导的基模会显著改变其传输特性。采用体积为400 nm × 180 nm × 450 nm（长×高×宽）的Ge2Sb2Te5嵌入式硅波导制备的光子开关，在1550 nm通信波长下实现了43 dB的高消光比和2.76 dB的低插入损耗。插入损耗与消光比存在权衡关系：当要求10 dB消光比时，采用400 nm × 30 nm × 450 nm（长×高×宽）的超小激活体积可使插入损耗低至1.2 dB。此外，光谱响应研究表明该开关在1500-1600 nm波长范围内能保持超过30 dB的消光比。本光子开关优异的静态性能直接源于Ge2Sb2Te5激活体积的精准设计及其在绝缘体上硅波导中的集成结构。我们还提出了适用于无偏置（非易失性）光子开关的品质因数评价体系，该体系综合考量了静态性能的关键参数。
作者：
Nadir Ali，Rajesh Kumar
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