0 引言
      光开关是一种光路转换器件，目前片上光开关通常基于电光或热光效应，但这2种效应通常都会产生比较小的折射率扰动，导致器件的尺寸面积和能耗增加。这种缺陷虽然可以通过谐振器以设备带宽[1]的代价来克服，但需要电源持续通电来维护光开关的状态。使用相变材料能解决该问题，因为相变材料中的相变可以是非易失的，例如在硫化物中的非晶态和晶态之间可以有一整段的过渡状态，这个属性能让相变材料具有闩门的作用，从而使光开关能在无电源持续通电的状况下也能保持状态。另外，这种相变还能产生很大的光学特性调制（如折射率会发生变化），有助于设计更加紧凑的设备架构。近年来，基于相变材料用于片上交换和路由的器件[2]已经出现，但效果都不太理想，因为常见的相变材料Ge2Sb2Te5（GST）的高光学吸收损耗严重地影响了光开关性能。新型相变材料Ge2Se2Sb4Te1（GSST）[3-6]是将GST中部分的Te用Se代替制造而成的，显示出比GST更低的光学损耗，因此，如何将GSST材料引入光开关成为新的研究方向。
　　绝缘衬底上硅平台上的光子集成器件，因其与互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺有良好的兼容性成为热点。但光子集成器件会因为片上集成光路不同偏振态和模式的高折射率差异而导致严重的偏振损耗。偏振分束旋转器[11-13]利用多个偏振处理设备的极化分集方案[9-10]来减少偏振损耗，但偏振消光比较低[14]，导致光通信性能不佳。目前，已经有器件实现了通过累积选定的偏振光的偏振相关损耗来抑制多余信号，从而解决偏振消光比偏低的问题，例如浅蚀刻波导偏振器[15]、使用绝热弯曲的完全蚀刻波导的紧凑型硅TE-pass偏振器[16]以及各向异性超材料辅助的尖波导弯曲结构，但这些器件的尺寸面积太大。因此，为减少偏振相关损耗和器件尺寸面积，提高偏振消光比，文献[8]将一维光子晶体结构引入硅纳米线波导，设计了基于含纳米孔阵列结构的超紧凑宽带硅波导偏振器。基于此，本文通过采用GSST材料和引入光子晶体结构的硅纳米线波导，设计一种基于相变材料的片上多功能可控红外光开关。

4 结束语
       本文通过使用引入光子晶体结构的硅纳米线波导和相变材料GSST来提高光开关的性能，设计了一种基于相变材料的片上多功能可控红外光开关，并从适用波长范围、器件结构的角度对其进行了模拟仿真。通过仿真结果可知：红外光开关波长范围可以达到1750~1880 nm，当纳米圆孔阵列填充的GSST相变材料为晶态（Cr-GSST）时，TE模式光的偏振消光比最高达-30.7 dB，而TM模式光的插入损耗最低为-5.39 dB；当纳米圆孔阵列所填充的相变材料GSST为非晶态（Am-GSST）时，二者的插入损耗都可以忽略不计。
　　本文设计的片上多功能可控红外光开关可以与标准的CMOS制造技术兼容，并且能轻松地与其它片上光学器件集成，可应用于各种有需要的光学系统。由于GSST相变材料在红外波段均具有较低的吸收损耗，因此，所设计的可控红外光交换器件将适用的信号光的波长拓宽（2000 nm左右），预计该器件在红外光信息处理系统、红外探测芯片设计、红外探测和成像等领域具有一定的应用前景。