Photonics RussiaPhotonics RussiaФотоника1993-72962686-844XTechnosphera JSC62798510.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.556.564Quantum TechnologiesКвантовые технологииResearch ArticleStudy of Integrated Optical Switch for Development of Logical Element Controlled by the Thermal Influence on Ge2Sb2Te5 Layer (GST)Исследование интегрально-оптического ключа для создания логического элемента, управляемого термическим воздействием на слой Ge2Sb2Te5(GST)https://orcid.org/0000-0002-7960-1583KadochkinA. S.КадочкинА. С.
Russian Federation

Cand. of Sciences (Phyth.&Math.), senior researcher of the microsystems engineering department of the Federal State Budgetary Scientific Institution

кандидат ф.- м. наук, старший научный сотрудник отдела МСТ ФГБУН

journal@electronics.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4204-2626AmelichevV. V.АмеличевВ. В.
Russian Federation

Cand. of Sciences (Eng.), head of the microsystems engineering department

кандидат т. наук, начальник отдела МСТ ФГБУН

journal@electronics.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7455-7800GeneralovS. S.ГенераловС. С.
Russian Federation

Head of the research laboratory for nano- and micromechanical systems, microsystems engineering department

начальник НИЛ НМЭМС отдела МСТ ФГБУН

journal@electronics.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0887-9406GorelovD. V.ГореловД. В.
Russian Federation

Head of the research laboratory for integrated microcircuits, microsystems engineering department

начальник НИЛ ИОМС отдела МСТ ФГБУН

journal@electronics.ruResearch and Production Complex “Technological Center”НПК «Технологический центр»311020231775565640203202402032024Copyright ©; 2023, Kadochkin A.S., Amelichev V.V., Generalov S.S., Gorelov D.V.Copyright ©; 2023, Кадочкин А.С., Амеличев В.В., Генералов С.С., Горелов Д.В.2023Kadochkin A.S., Amelichev V.V., Generalov S.S., Gorelov D.V.Кадочкин А.С., Амеличев В.В., Генералов С.С., Горелов Д.В.https://journals.eco-vector.com/1993-7296/article/view/627985

The alternating phase layer Ge2Sb2Te5 (GST) demonstrates a significant refractive index difference between the amorphous (a-GST) and crystalline (c-GST) states. The fast and reversible phase transition between the two states allows for high speed and thermal stability of integrated optical devices. The paper presents a study of an integrated optical switch based on an annular microresonator with a superimposed GST layer controlled by the thermal influence. Such switches may be used in the optical circuits to implement logic functions.

Представлены результаты модельной экспериментальной оценки возможности управления с помощью внешнего термического воздействия интегрально-оптическим ключом, выполненным в виде кольцевого микрорезонатора с наложенным фазопеременным слоем Ge2Sb2Te5 (GST). Быстрый и обратимый фазовый переход между двумя состояниями – аморфным (a-GST) и кристаллическим (c-GST) – сопровождает большая разность показателей преломления, что может быть использовано в оптических схемах для реализации логических функций.

integrated optical switchmicroresonatorGST layerlogical elementoptical resonanceинтегрально-оптический ключмикрорезонаторслой GSTлогический элементоптический резонансThis article has been prepared with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation as a part of the research work FNRM-2022-0007Настоящая статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения НИР FNRM-2022–0007Kizhakkakath F., Ravindran S. Microring resonator based optical logic gates. ISSS Journal of Micro and Smart Systems. 2022;11(1): 295–316. https://doi.org/10.1007/s41683-022-00107-7.Sakib M. et al. A high-speed micro-ring modulator for next generation energy-efficient optical networks beyond 100 Gbaud. CLEO: Science and Innovations. Optica Publishing Group. 2021. С. SF1C. 3. https://doi.org/10.1364/CLEO_SI.2021.SF1C.3.Chen L. et al. Hybrid silicon and lithium niobate electro-optical ring modulator. Optica. 2014; 1(2): 112–118. https://doi.org/10.1364/OPTICA.1.000112.Carvalho W. O. F., Mejía-Salazar J. R. Magneto-optical micro-ring resonators for dynamic tuning of add/drop channels in dense wavelength division multiplexing applications. Optics Letters. 2021; 46(10): 2396–2399. https://doi.org/10.1364/OL.425595.Parra J. et al. Impact of GST thickness on GST-loaded silicon waveguides for optimal optical switching. Scientific Reports. 2022; 12 (1): 9774. https://doi.org/10.1038/s41598-022-13848-0.Zheng J. et al. GST-on-silicon hybrid nanophotonic integrated circuits: a non-volatile quasi-continuously reprogrammable platform. Optical Materials Express. 2018; 8(6): 1551–1561. https://doi.org/10.1364/OME.8.001551.X. Wang, M. Kuwahara, K. Awazu, P. Fons, J. Tominaga, Y. Ohki. Proposal of a grating-based optical reflection switch using phase change materials. Optics express. 2009; 17(19): 16947–16956. https://doi.org/10.1364/oe.17.016947.