微納尺度光開(kāi)關(guān)是可集成光通訊、光計算器件及激光雷達等新一代光信息設備的核心基礎部件，其性能直接影響設備的功耗、集成度與應用場(chǎng)景。作為專(zhuān)注于光通信器件研發(fā)與銷(xiāo)售的廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com），始終密切關(guān)注光開(kāi)關(guān)技術(shù)的前沿突破，近日，中國科學(xué)院物理研究所李俊杰研究員團隊的最新研究，為超高開(kāi)關(guān)比光開(kāi)關(guān)的發(fā)展帶來(lái)了革命性思路。

一、光開(kāi)關(guān)技術(shù)現狀：傳統方案的瓶頸與相變材料的崛起

目前，基于機械、電光及聲光調控的傳統光開(kāi)關(guān)，普遍面臨功耗大、開(kāi)關(guān)比小、結構復雜、不易集成等問(wèn)題，嚴重限制了其在新興微納光學(xué)器件領(lǐng)域的應用。而硫系相變材料憑借相變前后顯著(zhù)的光學(xué)參數變化，成為解決這一困境的關(guān)鍵 —— 其非易失相變特性無(wú)需額外外部驅動(dòng)即可維持狀態(tài)，為低功耗、易制造、可集成的高性能光開(kāi)關(guān)研發(fā)提供了全新方向。

二、中科院團隊硫系相變材料研究成果回顧

中國科學(xué)院物理研究所李俊杰團隊在硫系相變材料及其微納光學(xué)應用領(lǐng)域持續深耕，已取得一系列創(chuàng )新性成果：

• 利用Ge₂Sb₂Te₅的高損耗特性，在紫外到近紅外超寬波段實(shí)現超表面完美吸波器 [Laser Photonics Rev. 2023, 17, 2200364]；

• 通過(guò)幾何相位梯度優(yōu)化設計，開(kāi)發(fā)出具有光子路由功能的動(dòng)態(tài)調控雙層超表面 [Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2310626]，驗證了硫系相變材料在可調微納光學(xué)器件中的應用潛力；

• 撰寫(xiě)綜述文章 [Adv. Sci. 2024, 11, 2306344]，全面評述硫系相變材料在可重構微納光學(xué)器件領(lǐng)域的應用，為行業(yè)發(fā)展提供重要參考。

三、最新突破：多層膜法布里 - 珀羅腔光開(kāi)關(guān)技術(shù)解析

近日，該團隊基于硫系相變材料設計的多層膜法布里 - 珀羅（F-P）腔光開(kāi)關(guān)，首次將Ge2Sb2Se4Te（GSST）薄膜引入 F-P 腔結構，實(shí)現了超高開(kāi)關(guān)比的突破性進(jìn)展。

核心原理：相變調控的 “開(kāi) - 關(guān)” 機制

團隊創(chuàng )新性地利用 GSST 薄膜的相變特性：

• 當 GSST 處于非晶態(tài)時(shí)，光開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足 F-P 腔駐波條件，光場(chǎng)局域增強使共振波長(cháng)處反射率接近零；

• 當 GSST 相變?yōu)榫B(tài)時(shí)，其折射率顯著(zhù)變化導致駐波條件被打破，反射率大幅提升，形成 “開(kāi) - 關(guān)” 狀態(tài)的高效切換。

結構優(yōu)化：性能躍升的關(guān)鍵

通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化光開(kāi)關(guān)結構（包括抗反射層Al2O3、頂部反射層 Au、介質(zhì)復合層Al2O3/GSST/Al2O3和底部反射層 Pt/Ti 的厚度），在 1500nm 通訊波段，實(shí)驗 / 模擬最高開(kāi)關(guān)比分別達到 735/2410，較文獻報道提升一個(gè)數量級，性能優(yōu)勢顯著(zhù)。

四、技術(shù)示意圖與性能數據解析

圖 a 清晰展示了 GSST 光開(kāi)關(guān)的多層結構及 “非晶態(tài) - 晶態(tài)” 相變下的反射率切換原理，核心在于 GSST 薄膜的折射率調控作用。

圖 b 通過(guò)模擬數據表明，GSST 厚度對開(kāi)關(guān)比影響顯著(zhù)，為結構優(yōu)化提供了關(guān)鍵參考。

圖 c 直觀(guān)呈現了非晶態(tài)時(shí) F-P 腔的光場(chǎng)局域增強效應，解釋了近零反射率的形成機制。

圖 d 的 SEM 圖像驗證了多層膜結構的精確制備，為技術(shù)落地提供了實(shí)驗基礎。

圖 e 的實(shí)驗數據與模擬結果高度吻合，證實(shí)了超高開(kāi)關(guān)比的可靠性。

圖 f 顯示該光開(kāi)關(guān)在寬溫度范圍內性能穩定，進(jìn)一步拓展了其應用場(chǎng)景。

該研究成果以 “Ge2Sb2Se4Te-based Optical Switch with Ultra-high Contrast Ratio by Multilayer Fabry-Perot Cavity” 為題發(fā)表于《Advanced Science》（2 月 14 日），為光數據存儲、信息加密、動(dòng)態(tài)光調制等領(lǐng)域提供了高性能光開(kāi)關(guān)解決方案。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）作為光通信器件領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)供應商，深刻認識到此類(lèi)超高開(kāi)關(guān)比光開(kāi)關(guān)的技術(shù)價(jià)值。未來(lái)，公司將持續關(guān)注硫系相變材料等前沿技術(shù)在光通信器件中的應用，致力于為客戶(hù)提供更低功耗、更高性能、更易集成的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品與解決方案。

選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細對比關(guān)鍵參數，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

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