SOI热光4×4光开关阵列的研制

设计和制作了由5个2×2多模干涉马赫-曾德开关元组成的重排无阻塞型SOI4×4热光开关阵列.阵列的最小和最大附加损耗分别为6.6和10.4dB,阵列的串扰为-12～-19.8dB,光开关阵列的开关速度小于30μs,单个开关元的功耗大约为330mW.     

4×4热光SOI波导开关阵列

设计并制作了阻塞型和完全无阻塞型4×4热光SOI(silicon-on-insulator)波导开关阵列。开关单元采用了多模干涉耦合器(MMI)-MZI(Mach-Zehnder interferometer)结构的2×2光开关。阻塞型光开关附加损耗为4.8～5.4dB,串扰为-21.8dB～-14.5dB。完全无阻塞型光开关阵列附加损耗为6.6～9.6dB,串扰为-25.8～-16.8dB。两者的消光比都在17～25dB内变化,开关单元功耗小于230mW。器件的开关时间小于3μs。功耗和开关速度都明显优于SiO2基和聚合物基的开关阵列。     

基于Banyan网络的无阻塞SiO2波导4×4矩阵光开关

提出了一种基于Mach-Zehder干涉仪(MZI)结构开关单元和Banyan网络的严格无阻塞4×4矩阵光开关.相对于Crossbar结构的7级单元级联,Banyan结构只需3级连接.分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系,交叉角30°时损耗为0.09 dB.优化设计了MZI开关单元结构,并制作了2×2光开关,测得插入损耗(IL)为-14 dB、串扰(XT)为-38 dB和功耗为450 mW.设计了基于Banyan网络的4×4光开关,连接波导交叉角为30°.基于光波导平面光波线路(PLC)技术,制作了严格无阻塞的SiO2波导4×4矩阵光开关,测得平均IL为3.95 dB、通道XT为-37 dB、偏振相关损耗(PDL)为0.4 dB、单通道开关功率约为670 mW及开关响应时间小于1 ms.     

基于载流子注入的SOI 4×4MMI-MZ光开关阵列

采用0.8μm CMOS工艺线制作了一种基于载流子注入的SOI 4×4马赫-曾德(MZ)光开关阵列,其由4个2×2基于多模干涉(MMI)耦合器的MZ(MMI-MZ)光开关单元组成。通过对调制臂施加电压,利用Si的载流子色散效应引起调制区的折射率变化实现开关功能。测试结果表明,当输入光为1 510～1 580nm的宽带光源时,光开关阵列的不同路径间的串扰低于-8.02dB,支持的公共带宽为35nm(1 530～1 565nm),开关阵列的上升和下降时间分别为17.4ns和21ns。     

基于热光效应的1×4聚合物数字光开关

提出了基于热光型聚合物的集成有S弯曲光衰减器的1×4 Y分叉数字光开关.利用开关与光纤阵列耦合用的S弯曲,将其设计成可变光衰减器,这使得器件更紧凑,并获得低串扰和大分叉角.在小于200mW的驱动功耗下,器件串扰可低至-35dB.     

亚微秒SOI4×4重排无阻塞热光开关阵列

根据马赫-曾德尔型热光开关的工作原理,提出了可以提高热光开关响应速度的过驱动方法并设计相应的驱动电路,使SOI4×4重排无阻塞热光开关阵列的响应时间从大于2μs提高到了亚微秒.     

基于热光效应的1×4聚合物数字光开关

提出了基于热光型聚合物的集成有S弯曲光衰减器的1×4 Y分叉数字光开关.利用开关与光纤阵列耦合用的S弯曲,将其设计成可变光衰减器,这使得器件更紧凑,并获得低串扰和大分叉角.在小于200mW的驱动功耗下,器件串扰可低至-35dB.     

4×4纵横交换微电机械系统光开关阵列

微电机械系统(MEMS)光开关是微电机系统技术与传统光学技术相结合的新型机械式光开关。采用纵横交换网络和通断型微镜实现4×4微电机械系统光开关阵列,利用球透镜单模光纤准直器作为微电机械系统光开关阵列的输入、输出端口。运用高斯光束耦合理论对光开关阵列插入损耗(IL)进行了理论计算,并对引起插入损耗的主要因素进行了分析。对于失调容限:输入与输出光纤准直器位置失调2μm,定位角度失调0.15°,微镜非垂直反射角度失调0.15°,制作了4×4微电机械系统光开关阵列,对其各个通道的插入损耗进行了实验测试,其中最大值为2.77dB。     

光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列

为了降低传感器系统的成本及体积,利用光纤激光传感单元的特性,采用光开关选通的光纤激光水听器时分复用技术,构建了实用的基于光开关的4元光纤激光水听器时分阵列。进行了理论分析和实验验证,分析了使用光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列方案的选通脉宽和损耗,指出了各通道光脉冲对干涉信号的采样率的限制因素。结果表明,光开关选通的光纤激光水听器时分阵列可以很好地完成复用信号的采集和复用,实验中4元时分复用水听器相邻通道的串扰为-17dB。     

4×4区域调制多模干涉耦合器SOI光波导开关的设计

根据区域调制多模干涉耦合器光开关的工作原理,以2×2区域调制多模干涉光开关为基础,采用级联的方式设计了4×4区域调制多模干涉SOI光波导开关.用有限差分二维BPM方法模拟了器件在不同工作状态下的光场传输情况.器件工作波长为1.55μm,在不计耦合损耗时器件的平均插入损耗小于2.0dB/cm.     

基于Banyan网络的无阻塞SiO2波导4×4矩阵光开关

提出了一种基于Mach-Zehnder干涉仪（MZI）结构开关单元和Banyan网络的严格无阻塞4×4矩阵光开关。相对于Crossbar结构的7级单元级联，Banyan结构只需3级连接。分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系，交叉角30°时损耗为0．09dB。优化设计了MZI开关单元结构，并制作了2×2光开关，测得插入损耗（IL）为-14dB、串扰（XT）为-38dB和功耗为450mW。设计了基于Banyan网络的4×4光开关，连接波导交叉角为30°。基于光波导平面光波线路（PLC）技术，制作了严格无阻塞的SiO2波导4×4矩阵光开关，测得平均儿为3．95dB、通道XT为-37dB、偏振相关损耗（PDL）为0．4dB、单通道开关功率约为670mW及开关响应时间小于1ms。     

8×8重排无阻塞型SOI热光波导开关阵列

设计并制作了一种重排无阻塞型的8×8SOI热光波导开关阵列。开关单元采用了MMI—MZI结构的2×2光开关。整个器件的开关时间约为2μs。器件中开关单元功耗小于240mw。消光比在17-22dB范围内变化。功耗和开关速度都明显优于SiO2基和聚合物基的开关阵列。     

工作波长1.5μm的高速4×4Ti:LiNbO_3集成光开关

本文验证了工作波长为1.5μm,依赖于尾纤偏振的全封装Ti:LinbO_3 4×4集成光开关.这种开关矩阵是快速的,其测得的3dB小信号带宽大于1GHz.测量了由开关元件之间的耦合引起的信道间的有害交叉调制,其大小为信号强度的-20dB以下.该开关由平衡桥式开关元件构成,其开关电压为17V,消光比18dB,过量光损耗0.6dB.     

1.55μm SiGe 2×3光开关

利用多模干涉效应和自由载流子等离子体色散效应设计和模拟了基于1.55μm波长的2×3 SiGe光开关.该光开关由两个单模输入端口、一个多模干涉区和三个单模输出端口构成.在多模干涉区,设有两个折射率调制区,可以利用来把从两个输入端口输入的光信号分别从三个输出端口输出.束传播法分析结果表明,该光开关的传输损耗小于1.43dB,串扰在-18～-32.8dB之间.     

2×2 InP/InGaAsP MMI-MZI型光开关设计与实验

主要研究基于多模干涉耦合器(MMI)的2×2 InP/InGaAsP马赫曾德型(MMI-MZI)光开关.开关的特性采用BPM(光束传输法)进行器件建模、参数分析与性能优化.开关的结构按照传输波导保证单模传输、低偏振敏感要求进行了设计.光开关通过载流子电注入产生的载流子吸收和带填充效应改变移相臂传输光相位.实验测得光开关在控制电压为6.4 V时可实现交叉态到直通态的倒换,开关和关态串扰分别为-20.49 dB、-19.19 dB.这种开关具有结构紧凑、制作容差大和偏振无敏感等优点,它可以很方便地和其它半导体有源器件集成,在未来DWDM系统中有着非常广泛的应用前景.     

8×8重排无阻塞型SOI热光波导开关阵列

设计并制作了一种重排无阻塞型的8×8 SOI热光波导开关阵列。开关单元采用了MMI-MZI结构的2×2光开关。整个器件的开关时间约为2μs。器件中开关单元功耗小于240mW。消光比在17~22dB范围内变化。功耗和开关速度都明显优于SiO2基和聚合物基的开关阵列。     

纳秒超快速光开关

新型超快速光开关的实用开关速度高达10-80ns，内部没有运动部件，实测开关频率高达300kHz,插损值IL为0．8～10dB，PDL为0．1～0．3dB，PDM为0.2ns，串扰为-32dB。超快速光开关可用于制作可见光波段、近红外波段、980nm波段、1310nm波段、C和L波段的光开关。     

与偏振相关和无关的4×4自由空间光开关

设计了一种由相位型空间光调制器(PSLM)、偏振光分束器(PBS)、反射镜、半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)构成的2×2光开关。该光开关所用器件少,具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。在此基础上通过2×2光开关的级联,设计了一种与偏振无关的4×4光开关的实验模块,根据其路由控制表对该实验模块功能的实现进行了分析。为与之作比较,还提出了一种与偏振相关的4×4光开关,该光开关利用对信号光偏振态的控制进行路由选择,以实现所需的交换和排序。     

SOI光波导和集成波导光开关矩阵

报道了基于SOI(silicon-on-insulator)材料的光波导和集成波导光开关矩阵的最新研究进展.给出了截面为梯形的脊波导的单模条件,设计制备了MMI(multimode interference)集成耦合器和基于Mach-Zehnder光波导干涉仪的热光型2×2光开关,开关转换速度达到了5～8μs,驱动功耗仅为140mW,是当前国际上同类型光开关中转换速度最快的.在此基础上制备成功了4×4波导光开关矩阵,并实现了光信号在不同信道间的转换.     

16×16光开关微镜阵列

设计、制造和测试了一种实现16×16 MEMS光开关的高反射率、大角度静电扭转制动型微镜阵列.该阵列的微镜可进行90扭转并保持稳定的扭转状态以对入射光进行导向.针对微镜的扭转驱动特性,提出了相应的机电模型.通过单片集成光纤槽,实现了光纤.微镜.光纤的无源对准.测试结果表明,微镜反射率为93.1%～96.3%,最低插入损耗为2.1dB,另外,在经过15min的5～90Hz,3mm振幅的振动测试后,光开关的插入损耗的改变值仅为±0.01dB.