CN116510187B - 一种植入式光电极器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光波导技术领域，具体而言，涉及一种植入式光电极器件及其制备方法，通过在探针部上设置有记录电极，以及通过第一光波通道依次连接的锥形光纤、光开关组件和输出光栅，锥形光纤与光源模块连接且用于耦合光源模块的光波，光开关组件用于通过调节温度以实现第一光波通道的开、关以及光通量调节，记录电极正对输出光栅设置，输出光栅用于将光开关组件调节后的光聚焦在记录电极的上方，以提供可控的光刺激量，从而有利于细胞的感光度阈值的研究。

Description

一种植入式光电极器件及其制备方法

技术领域

本申请涉及光波导技术领域，具体而言，涉及一种植入式光电极器件及其制备方法。

背景技术

在光遗传技术中，光电极是把光导入脑内调控并记录神经元活动的植入性器件。目前，光电极的光源主要有μLED（Micro Light Emitting Diode,μLED）和LD光源 (LaserDiode，LD，半导体激光器)两种。

当μLED作为光源时，μLED直接设置在记录电极上并提供光刺激，μLED在发光的同时会散发出较多的热量，容易造成神经细胞的灼伤，当需要进行多个点位刺激时，需要设置多个μLED，从而导致光电极器件尺寸较大；而LD作为光源时，LD发出的光直接以光纤为介质耦合进入光波导中，光波导将光传导至记录电极附近并提供光刺激，由于其光源位置距离被刺激点位较远，被刺激点位不受LD光源热量的影响；此外，仅需单个LD光源，并结合光波导的光路分束设计即可实现多点位的光刺激，从而保证了光电极器件的紧凑性；进一步，光波导的生物相容性和防水性均优于μLED。

然而，由于LD光源的单点光源的特点，无论是直接使用单一的直通型光波导进行单个点位刺激还是使用光路分束进行多个点位刺激，每个光刺激点的出光量（刺激量）都是固定的，无法对细胞的感光度阈值进行研究。

因此，有必要基于LD光源和光波导结构，设计一种新的光电极器件，并用于脑植入的神经刺激，从而实现光刺激量调节。

针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种植入式光电极器件及其制备方法，可以实现被刺激点位的光刺激量的大小控制，从而有利于细胞的感光度阈值的研究。

本申请提供了一种植入式光电极器件，包括衬底，所述衬底设置有侧部和探针部，所述侧部与所述探针部连接，所述侧部上设置有光源模块；

所述探针部上设置有记录电极，以及通过第一光波通道依次连接的锥形光纤、光开关组件和输出光栅，所述锥形光纤与所述光源模块连接且用于耦合所述光源模块的光波，所述光开关组件用于通过调节温度以实现所述第一光波通道的开、关以及光通量调节，所述记录电极正对所述输出光栅设置，所述输出光栅用于将所述光开关组件调节后的光聚焦在所述记录电极的上方，以提供可控的光刺激量。

本申请通过上述设置，从而实现被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于细胞的感光度阈值的研究。

可选地，包括一个所述第一光波通道、一个所述光开关组件、一个所述输出光栅和一个所述记录电极，所述第一光波通道将所述锥形光纤、所述光开关组件和所述输出光栅依次连接，所述记录电极正对所述输出光栅设置。

通过一个第一光波通道将锥形光纤、光开关组件和输出光栅依次连接，使光开关组件调节温度以实现第一光波通道的开、关以及光通量调节，从而实现单个被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于细胞的感光度阈值的研究。

可选地，包括多个所述第一光波通道、多个所述光开关组件、多个所述输出光栅和多个所述记录电极，还包括波导分束器，所述波导分束器的输入端与所述锥形光纤输出端连接，所述波导分束器的多个输出端分别与一个所述第一光波通道连接，每个所述第一光波通道将一个所述光开关组件和一个所述输出光栅依次连接，且各个所述记录电极一一对应地正对各个所述输出光栅设置。

通过设置波导分束器，可以实现多个被刺激点位的选择以及各个被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于同时对多个细胞进行差异化刺激的研究。

可选地，所述光开关组件包括光开关和加热电极，所述光开关上设置有所述加热电极，所述加热电极用于加热所述光开关以实现所述第一光波通道的开、关以及光通量调节。

可选地，所述光开关为具有两个相对设置的移相臂的马赫曾德型光开关，所述加热电极用于加热其中一个所述移相臂。

可选地，所述锥形光纤的宽度从靠近所述光源模块的一端到远离所述光源模块的一端逐渐变小，所述锥形光纤的纵向方向与所述锥形光纤的中轴线的方向平行，所述锥形光纤的宽度方向与所述纵向方向垂直，所述锥形光纤的输出端的两个端点与所述锥形光纤上相邻的侧边的边沿点的位置之间满足以下关系：

;

式中，为所述边沿点与相邻的所述端点之间在宽度方向的距离的第一归一化值，e为自然对数的底数，/>为所述边沿点与相邻的所述端点之间在纵向方向的距离的第二归一化值。

可选地，所述光开关输出端的光波能量满足以下条件：

；

式中，为所述光开关输出端的所述光波能量， />是所述马赫曾德型光开关输入端的波函数，/>是所述光开关输入端的入射波长，/>是升温前和升温后的所述第一光波通道的有效折射率差，/>是所述移相臂的长度。

可选地，所述衬底的上方设置有第一包层，所述第一包层包裹所有所述光开关，所述第一包层、两个所述移相臂和所述衬底之间围成真空的封闭空间，以隔绝两个所述移相臂之间的热传递。

可选地，相邻的两个所述光开关组件之间的间隔大于0.3um。

第二方面，本申请提供一种植入式光电极器件的制备方法，所述制备方法包括步骤：

S1：基于绝缘体上硅硅片，使用包括旋涂、真空蒸镀、光刻、湿法刻蚀、反应离子刻蚀、键合、深硅刻蚀、低压化学气相沉积的技术实现第一光波通道、光开关组件、多个输出光栅和多个记录电极的制备；

S2：通过MEMS技术，利用光纤定位槽实现锥形光纤与光波导输入端的对准，利用光源放置槽实现LD光源与所述锥形光纤的对准，通过ACF导电胶实现LD键合焊盘与LD光源放置槽和LD光源的键合，实现光源模块的制备。

有益效果：本申请提供的一种植入式光电极器件，通过在所述探针部上设置有记录电极，以及通过第一光波通道依次连接的锥形光纤、光开关组件和输出光栅，所述锥形光纤与所述光源模块连接且用于耦合所述光源模块的光波，所述光开关组件用于通过调节温度以实现所述第一光波通道的开、关以及光通量调节，所述记录电极正对所述输出光栅设置，所述输出光栅用于将所述光开关组件调节后的光聚焦在所述记录电极的上方，以提供可控的光刺激量，从而实现被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于细胞的感光度阈值的研究。

附图说明

图1为本申请提供的植入式光电极器件的整体结构示意图。

图2为本申请提供的植入式光电极器件的另一种结构示意图。

图3为本申请提供的光开关的结构示意图。

图4为本申请提供的植入式光电极器件的仿真效果示意图。

图5为图4中A点的光场效果示意图。

图6为图4中B点的光场效果示意图。

图7为本申请提供的锥形光纤在俯视角度下的示意图。

标号说明：11、侧部；12、探针部；13、第一光波通道；14、光源模块；21、锥形光纤；22、光开关；221、移相臂；23、加热电极；24、输出光栅；25、记录电极；30、波导分束器；41、第一焊盘；42、供电焊盘；43、键合焊盘；44、控制器；45、第二焊盘；46、外部电源。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1-图7，图1是本申请实施例中的一种植入式光电极器件的整体结构示意图，实现被刺激点位的光刺激量的大小控制，从而有利于细胞的感光度阈值的研究。

本申请提供了一种植入式光电极器件，包括衬底，衬底设置有侧部11和探针部12，侧部11与探针部12连接，侧部11上设置有光源模块14；

探针部12上设置有记录电极25，以及通过第一光波通道13依次连接的锥形光纤21、光开关组件和输出光栅24，锥形光纤21与光源模块14连接且用于耦合光源模块14的光波，光开关组件用于通过调节温度以实现第一光波通道13的开、关以及光通量调节，记录电极25正对输出光栅24设置，输出光栅24用于将光开关组件调节后的光聚焦在记录电极25的上方，以提供可控的光刺激量。

具体地，通过在探针部12上设置有记录电极25，以及通过第一光波通道13依次连接的锥形光纤21、光开关组件和输出光栅24，锥形光纤21与光源模块14连接且用于耦合光源模块14的光波，光开关组件用于通过调节温度以实现第一光波通道13的开、关以及光通量调节，记录电极25正对输出光栅24设置，输出光栅24用于将光开关组件调节后的光聚焦在记录电极25的上方，以提供可控的光刺激量，从而实现被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于细胞的感光度阈值的研究，其中，记录电极25用于将细胞对光的反馈形成对应的电信号。

在一些实施方式中，包括一个第一光波通道13、一个光开关组件、一个输出光栅24和一个记录电极25，第一光波通道13将锥形光纤21、光开关组件和输出光栅24依次连接，记录电极25正对输出光栅24设置。

其中，输出光栅24和记录电极25均为现有技术，此处不作详述。

具体地，如图1所示，通过一个第一光波通道13将锥形光纤21、光开关组件和输出光栅24依次连接，使光开关组件调节温度以实现第一光波通道13的开、关以及光通量调节，从而实现单个被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于细胞的感光度阈值的研究。

在一些实施方式中，包括多个第一光波通道13、多个光开关组件、多个输出光栅24和多个记录电极25，还包括波导分束器30，波导分束器30的输入端与锥形光纤21输出端连接，波导分束器30的多个输出端分别与一个第一光波通道13连接，每个第一光波通道13将一个光开关组件和一个输出光栅24依次连接，且各个记录电极25一一对应地正对各个输出光栅24设置。

具体地，如图2所示，通过设置波导分束器30，可以实现多个被刺激点位的选择以及各个被刺激点位的光刺激量的大小控制，有利于同时对多个细胞进行差异化刺激的研究。

在一些实施方式中，光开关组件包括光开关22和加热电极23，光开关22上设置有加热电极23，加热电极23用于加热光开关22以实现第一光波通道13的开、关以及光通量调节。

具体地，通过设置光开关22和加热电极23，可以分别控制第一光波通道13的开、关以及光通量调节，如图1所示，该实施方式中设置有1个光开关22和1个加热电极23，通过加热电极23调节光开关22的温度，从而改变光开关22中光波的相位，以实现第一光波通道13的开、关以及光通量调节；如图2所示，该实施方式中设置有多个光开关22和多个加热电极23，通过加热电极23调节对应光开关22的温度，从而改变对应光开关22中光波的相位，以实现对应的第一光波通道13的开、关以及光通量调节，图2所示的实施方式中光开关22和加热电极23的具体数量可以根据实际需要设置。

在一些实施方式中，光源模块14为LD光源。

具体地，通过设置光源模块14为LD光源，并结合锥形光纤21、波导分束器30、光开关组件、多个输出光栅24和多个记录电极25即可实现脑刺激，整体器件尺寸较小，结构紧凑，进行脑部植入时对脑组织的损伤程度较小。

在一些实施方式中，光开关22为具有两个相对设置的移相臂221的马赫曾德型光开关，加热电极23用于加热其中一个移相臂221。

具体地，如图1、图2，两种实施方式中均通过设置加热电极23加热其中一个移相臂221，以实现对应第一光波通道13(是指与光开关22输出端处连接的第一光波通道13)的开、关以及光通量调节，在实际应用，只需使加热电极23不加热即可开启第一光波通道13，若需要关闭第一光波通道13，则使加热电极23工作，加热电极23对应加热的移相臂221的折射率发生改变（折射率的大小与加热电极23的功率大小有关），从而使该移相臂221中的光波的相位发生改变，而没有设置加热电极23的另一个移相臂221的光波的相位没有发生变化，则在光开关22的输出端处，两个移相臂221的不同相位的光波汇聚后，在两个移相臂221的光波大小相同、相位相反的情况下，两者互相抵消，此时，光开关22的输出端的能量为0，实现了第一光波通道13的关闭；为了调节光通量的大小，则可以通过调节加热电极23的功率，使加热电极23对应的移相臂221的输出光波能量与未加热的移相臂221的光波能量大小不同，相位相反，从而调节所需的光通量，实现光通量的可控；其中，光开关的具体结构如图3所示，在一些实施例中，移相臂221的输入端和输出端的截面尺寸均为：宽度为2um，高为1um，两个移相臂221之间的夹角（图3中e处）为30°，两个移相臂221的总长度均为4mm。

其中，光波在本申请中以单模传输的方式进行传播。

在一些实施方式中，各个光开关22的加热电极23均设置在同一侧的移相臂221上，如图2所示，进一步降低加热电极23对相邻的移相臂221的干扰。

在一些实施方式中，锥形光纤21的宽度从靠近光源模块14的一端到远离光源模块14的一端逐渐变小，锥形光纤21的纵向方向与锥形光纤21的中轴线的方向平行，锥形光纤21的宽度方向与纵向方向垂直，锥形光纤21的输出端的两个端点与锥形光纤21上相邻的侧边的边沿点的位置之间满足以下关系：

;

式中，为边沿点与相邻的端点之间在宽度方向的距离的第一归一化值，e为自然对数的底数，/>为边沿点与相邻的端点之间在纵向方向的距离的第二归一化值。

其中，如图7所示，图7中的上下方向为纵向方向，左右方向为宽度方向，第一归一化值是指边沿点到相邻的端点的距离与参考距离的比值，第二归一化值是指边沿点与相邻的端点之间在纵向方向的距离与锥形光纤21的输入端面到输出端面的距离的比值，参考距离是指锥形光纤21的输入端面的宽度减去输出端面的宽度的差值的二分之一。

具体地，锥形光纤21可以将光源模块14（即LD光源）发出的光的模式转换为光波导中光的模式，本申请的锥形光纤21通过满足上述条件，可以提高锥形光纤21的传输效率，可以达到90%以上，若采用传统的锥形波导呈线性关系，其传输的效率低下。

在一些实施方式中，锥形光纤21的输入端的宽度为150um，锥形光纤21的输出端的宽度为2um，锥形光纤21的厚度为1um。

具体地，通过设置锥形光纤21的具体尺寸，满足锥形光纤21的宽度的渐变方式。

在一些实施方式中，光开关22输出端的光波能量满足以下条件：

；

式中，为光开关22输出端的光波能量， />是马赫曾德型光开关输入端的波函数，/>是光开关22输入端的入射波长，/>是升温前和升温后的第一光波通道13的有效折射率差，/>是移相臂221的长度。

具体地，本申请的光开关22输出端的光波能量满足上述条件，从而控制光开关22输出端的光通量在0-1含1范围内变化，本申请通过BeamPROP软件仿真进行验证，结果如图4、图5和图6所示，图4中横坐标代表温度，纵坐标代表光波能量，图5和图6中的X轴代表宽度，Z轴代表长度，当加热电极23使对应的移相臂221的温度上升后，光开关22的输出端的能量在0-1之间呈周期性变化。其中，当加热电极23使对应的移相臂221温度为34℃时（图4中A处，A处对应的光场效果示意图如图5所示），光开关22的输出端的光波能量约为95%；当加热温度为38℃时（图4中B处，B处对应的光场效果示意图如图6所示），光开关22的输出端的光波能量约为5%；当加热温度为36℃时，光开关22的输出端的光波能量约为50%。据此即可通过控制加热电极23达到控制光开关22的输出端的光波能量，从而达到调节对应的第一光波通道13的光通量，以实现对应输出光栅24处的光刺激量调节。

在一些实施方式中，衬底的上方设置有第一包层，第一包层包裹所有光开关22，第一包层、两个移相臂221和衬底之间围成真空的封闭空间，以隔绝两个移相臂221之间的热传递。

具体地，为了隔绝两个移相臂221之间的热传递，本申请特意设置第一包层，使光开关22中的两个移相臂221之间的空间处于真空环境，可以有效降低加热电极23对相邻的移相臂221的干扰。

在一些实施方式中，相邻的两个光开关组件之间的间隔大于0.3um。

具体地，如图3所示，设置相邻的两个光开关组件之间的间隔（即是两个光开关22上相邻的两个移相臂221之间的间隔，如图3中d）大于0.3um，有利于减少相邻两个光开关22中的加热电极23相互干扰的程度，从而更加准确地调节各个第一光波通道13的光通量。

在一些实施方式中，输出光栅24具有弧形光栅尺，在光栅尺上任意一点坐标（,）满足相位匹配条件：/>，其中/>是衍射级次，/>是入射波长，/>是输出光栅24的有效折射率，/>是环境折射率，/>是光波出射角;从而可以使输出光栅24中的光波以特定的角度射出去。

在一些实施方式中，侧部11上设置第一焊盘41、两个供电焊盘42和两个键合焊盘43，第一焊盘41与记录电极25和外部的电生理工作站（现有技术，此处不作详述）连接，两个键合焊盘43分别与光源模块14的正负极连接，两个键合焊盘43还与两个供电焊盘42分别连接以连接外部电源46的正负极，其中，第一焊盘41的数量可根据记录电极25的数量对应设置，如图1和图2所示。

在一些实施方式中，探针部12上设置有控制器44和第二焊盘45，第二焊盘45与控制器44连接，加热电极23与第二焊盘45连接，控制器44用于控制加热电极23的功率，第二焊盘45的数量根据加热电极23的数量对应设置，如图1和图2所示。

第二方面，本申请提供一种植入式光电极器件的制备方法，制备方法包括步骤：

S1：基于绝缘体上硅硅片，使用包括旋涂、真空蒸镀、光刻、湿法刻蚀、反应离子刻蚀、键合、深硅刻蚀、低压化学气相沉积的技术实现第一光波通道13、光开关组件、多个输出光栅24和多个记录电极25的制备；

S2：通过MEMS技术，利用光纤定位槽实现锥形光纤21与光波导输入端的对准，利用光源放置槽实现LD光源与锥形光纤21的对准，通过ACF导电胶实现LD键合焊盘43与LD光源放置槽和LD光源的键合，实现光源模块14的制备。

具体地，上述制备方法可以制备前文的一种植入式光电极器件。

在一些实施方式中，步骤S1的具体过程包括：

（1）将绝缘体上硅硅片作为衬底，将该硅片依次放入丙酮、无水乙醇和蒸馏水中各超声波清洗5分钟，然后使用氮气将硅片表面吹干，并放入烘箱中烘烤至完全干燥；

（2）使用旋涂技术在绝缘体上硅硅片的正面形成一层聚酰亚胺薄膜作为下绝缘层；

（3）使用真空蒸镀技术在下绝缘层上生成一层铜作为导电层；

（4）在导电层上制备光刻胶，并使用光刻技术将导电层上的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（5）使用湿法刻蚀技术将导电层图形化，形成记录电极25和导电层电路；

（6）使用旋涂技术在导电层上形成一层聚酰亚胺薄膜作为上绝缘层；

（7）在上绝缘层上制备光刻胶，并使用光刻技术将上绝缘层的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（8）使用反应离子刻蚀技术将上绝缘层开窗，暴露出记录电极25；

（9）再次在上绝缘层上制备光刻胶，并使用光刻技术将上绝缘层上的光刻胶图形化为掩模；

（10）使用反应离子刻蚀技术将上绝缘层和下绝缘层图形化；

（11）使用低压化学气相沉积技术在上绝缘层上沉积一层氮化硅薄膜；

（12）使用光刻技术将氮化硅薄膜上的光刻胶进行两次图形化并使其成为具有第一光波通道13、光开关组件、输出光栅24和记录电极25的光波导层结构；

（13）在真空条件下，使用键合技术将在光波导层上键合一层二氧化硅薄膜作为第一包层，并在惰性气体环境中高温退火以增强键合界面的稳定性；

（14）使用真空蒸镀技术在第一包层上生成一层铝作为加热电路层；

（15）使用光刻技术将加热电路层上的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（16）使用湿法刻蚀技术将加热电路层图形化，形成加热电极23和加热电路；

（17）使用旋涂技术在绝缘体上硅硅片的正面和背面生成一层光刻胶；

（18）使用光刻技术将绝缘体上硅硅片背面的光刻胶图形化并使其成为掩模；

（19）使用反应离子刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的氧化层清除；

（20）使用深硅刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的硅清除；

（21）使用反应离子刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的埋氧层清除；

（22）将绝缘体上硅硅片放入丙酮中去胶。

因此，通过上述制备方法，即可实现在衬底上制备第一光波通道13、光开关组件、输出光栅24和记录电极25。

在一些实施方式中，步骤S1中过程（12）具体为：使用光刻技术将氮化硅薄膜上的光刻胶进行两次图形化并使其成为具有多个第一光波通道13、波导分束器30、多个光开关组件、多个输出光栅24和多个记录电极25的光波导层结构，其他步骤重复步骤S1中的过程（1）-（11）、（13）-（22），从而实现在衬底上制备多个第一光波通道13、波导分束器30、多个光开关组件、多个输出光栅24和多个记录电极25，具体过程此处不再详述。

在一些实施方式中，步骤S2的具体过程包括：

（1）将锥形光纤21放入光纤定位槽并将锥形光纤21的输出端与光波导输入端进行对准连接；

（2）将ACF导电胶贴附在光源放置槽上并进行轻压；

（3）将LD光源放入光源放置槽并将LD光源的输出端与锥形光纤21的输入端进行对准并连接；

（4）将ACF导电胶贴附在LD光源上并进行轻压；

（5）将LD键合焊盘43贴附在ACF导电胶上并以一定压力按压。

因此，通过上述步骤S2的具体过程，可以实现光源模块14的制备。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种植入式光电极器件，包括衬底，其特征在于，所述衬底设置有侧部（11）和探针部（12），所述侧部（11）与所述探针部（12）连接，所述侧部（11）上设置有光源模块（14）；

所述探针部（12）上设置有至少一个记录电极（25），以及通过至少一个第一光波通道（13）依次连接的锥形光纤（21）、至少一个光开关组件和至少一个输出光栅（24），所述锥形光纤（21）与所述光源模块（14）连接且用于耦合所述光源模块（14）的光波，所述光开关组件用于通过调节温度以实现对应所述第一光波通道（13）的开、关以及光通量调节，所述记录电极（25）一一对应地正对所述输出光栅（24）设置，所述输出光栅（24）用于将所述光开关组件调节后的光聚焦在所述记录电极（25）的上方，以提供可控的光刺激量；

所述光源模块（14）的光波以单模传输的方式进行传播；

所述光开关组件包括光开关（22）和一个加热电极（23），所述光开关（22）上设置有所述加热电极（23），所述加热电极（23）用于加热所述光开关（22）以实现所述第一光波通道（13）的开、关以及光通量调节；

所述光开关（22）为具有两个相对设置的移相臂（221）的马赫曾德型光开关，所述加热电极（23）用于加热其中一个所述移相臂（221）；

所述锥形光纤（21）的宽度从靠近所述光源模块（14）的一端到远离所述光源模块（14）的一端逐渐变小，所述锥形光纤（21）的纵向方向与所述锥形光纤（21）的中轴线的方向平行，所述锥形光纤（21）的宽度方向与所述纵向方向垂直，所述锥形光纤（21）的输出端的两个端点与所述锥形光纤（21）上相邻的侧边的边沿点的位置之间满足以下关系：

;

式中，为所述边沿点与相邻的所述端点之间在宽度方向的距离的第一归一化值，e为自然对数的底数，/>为所述边沿点与相邻的所述端点之间在纵向方向的距离的第二归一化值；

所述衬底的上方设置有第一包层，所述第一包层包裹所有所述光开关（22），所述第一包层、两个所述移相臂（221）和所述衬底之间围成真空的封闭空间，以隔绝两个所述移相臂（221）之间的热传递。

2.根据权利要求1所述的植入式光电极器件，其特征在于，包括一个所述第一光波通道（13）、一个所述光开关组件、一个所述输出光栅（24）和一个所述记录电极（25），所述第一光波通道（13）将所述锥形光纤（21）、所述光开关组件和所述输出光栅（24）依次连接，所述记录电极（25）正对所述输出光栅（24）设置。

3.根据权利要求1所述的植入式光电极器件，其特征在于，包括多个所述第一光波通道（13）、多个所述光开关组件、多个所述输出光栅（24）和多个所述记录电极（25），还包括波导分束器（30），所述波导分束器（30）的输入端与所述锥形光纤（21）输出端连接，所述波导分束器（30）的多个输出端分别与一个所述第一光波通道（13）连接，每个所述第一光波通道（13）将一个所述光开关组件和一个所述输出光栅（24）依次连接，且各个所述记录电极（25）一一对应地正对各个所述输出光栅（24）设置。

4.根据权利要求1所述的植入式光电极器件，其特征在于，所述光开关（22）输出端的光波能量满足以下条件：

；

式中，为所述光开关（22）输出端的所述光波能量， />是所述马赫曾德型光开关输入端的波函数，/>是所述光开关（22）输入端的入射波长，/>是升温前和升温后的所述第一光波通道（13）的有效折射率差，/>是所述移相臂（221）的长度。

5.根据权利要求3所述的植入式光电极器件，其特征在于，相邻的两个所述光开关组件之间的间隔大于0.3um。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的植入式光电极器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

S1：基于绝缘体上硅硅片，使用包括旋涂、真空蒸镀、光刻、湿法刻蚀、反应离子刻蚀、键合、深硅刻蚀、低压化学气相沉积的技术实现至少一个第一光波通道（13）、至少一个光开关组件、至少一个输出光栅（24）和至少一个记录电极（25）的制备；

S2：通过MEMS技术，利用光纤定位槽实现锥形光纤（21）与光波导输入端的对准，利用光源放置槽实现LD光源与所述锥形光纤（21）的对准，通过ACF导电胶实现LD键合焊盘（43）与LD光源放置槽和LD光源的键合，实现光源模块（14）的制备；

所述步骤S1的具体过程包括：

（1）将绝缘体上硅硅片作为衬底，将该硅片依次放入丙酮、无水乙醇和蒸馏水中各超声波清洗5分钟，然后使用氮气将硅片表面吹干，并放入烘箱中烘烤至完全干燥；

（2）使用旋涂技术在绝缘体上硅硅片的正面形成一层聚酰亚胺薄膜作为下绝缘层；

（3）使用真空蒸镀技术在下绝缘层上生成一层铜作为导电层；

（4）在导电层上制备光刻胶，并使用光刻技术将导电层上的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（5）使用湿法刻蚀技术将导电层图形化，形成记录电极（25）和导电层电路；

（6）使用旋涂技术在导电层上形成一层聚酰亚胺薄膜作为上绝缘层；

（7）在上绝缘层上制备光刻胶，并使用光刻技术将上绝缘层的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（8）使用反应离子刻蚀技术将上绝缘层开窗，暴露出记录电极（25）；

（9）再次在上绝缘层上制备光刻胶，并使用光刻技术将上绝缘层上的光刻胶图形化为掩模；

（10）使用反应离子刻蚀技术将上绝缘层和下绝缘层图形化；

（11）使用低压化学气相沉积技术在上绝缘层上沉积一层氮化硅薄膜；

（12）使用光刻技术将氮化硅薄膜上的光刻胶进行两次图形化并使其成为具有第一光波通道（13）、光开关组件、输出光栅（24）和记录电极（25）的光波导层结构；

（13）在真空条件下，使用键合技术将在光波导层上键合一层二氧化硅薄膜作为第一包层，并在惰性气体环境中高温退火以增强键合界面的稳定性；

（14）使用真空蒸镀技术在第一包层上生成一层铝作为加热电路层；

（15）使用光刻技术将加热电路层上的光刻胶图形化并使其成为掩膜；

（16）使用湿法刻蚀技术将加热电路层图形化，形成加热电极(23)和加热电路；

（17）使用旋涂技术在绝缘体上硅硅片的正面和背面生成一层光刻胶；

（18）使用光刻技术将绝缘体上硅硅片背面的光刻胶图形化并使其成为掩模；

（19）使用反应离子刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的氧化层清除；

（20）使用深硅刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的硅清除；

（21）使用反应离子刻蚀技术将绝缘体上硅硅片背面的埋氧层清除；

（22）将绝缘体上硅硅片放入丙酮中去胶。