近日，我室鲍方发(2023级研究生)、高一骁副研究员和沈祥研究员等联合加拿大麦吉尔大学研究团队在可重构相变光子器件领域取得进展，并在Optics Letters期刊上发表了题为“Compact polarization-independent non-volatile optical switches”的研究论文。文章链接: https://doi.org/10.1364/OL.572643。

       兼具高能效与紧凑尺寸的可重构集成光子电路，在片上光通信和光子计算技术领域需求旺盛。借助硅波导对模场的紧密限制特性，硅光子学凭借高密度集成与低成本制造的显著优势，成为片上器件的核心平台。不过，传统硅光子器件依赖载流子或热光效应调控折射率，调谐范围往往有限（例如，硅的热光系数为 1.8×10⁻⁴/K），这使得可重构硅器件通常需要数百微米量级的较长尺寸。此外，维持折射率变化需持续供应能量，会造成巨大功耗。硫系相变材料（PCM）在室温下可稳定呈现结晶态（Cr）或非晶态（Am），通过光或电的作用可诱导其发生非挥发性相变，且伴随折射率的显著改变。得益于与后端 CMOS 工艺的良好兼容性，PCM能够混合集成到硅波导上，进而主动调节模态特性，成为可重构硅光子学领域极具前景的功能材料。同时，硅平台上的紧凑型非易失性光开关对可重构光子学意义重大，不过硅波导的强各向异性会使其性能存在偏振依赖性

       本研究提出了一种利用低损耗相变材料硫化锑（Sb₂S₃）的偏振无关非易失性光开关。通过将Sb₂S₃集成到多模槽波导中，得益于增强的光与相变材料相互作用，能够有效调节TE和TM偏振的多模干涉。通过对多模槽波导区域的优化设计，实现了偏振无关的开关功能。所提出的非易失性开关在1550纳米波长下，多模区域长度为9.67mm时，串扰（CT）< -21.9dB，插入损耗（IL）< 0.12dB，这在用于片上光信号处理的可重构光子电路中具有广阔的应用前景。

图1 集成Sb₂S₃的多模干涉光开关示意图

图2 (a) 1550 纳米处的电场分布图;（b）采用非晶态 Sb₂S₃和晶态 Sb₂S₃的偏振无关光开关在 TE 模式和 TM 模式下在通信c波段的透射光谱