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SOI 4×4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.     

有机聚合物1×32波导热光开关阵列

研制出紧凑型树状分支结构马赫-曾德尔干涉(MZ I)型有机聚合物1×2热光开关以及1×32集成波导热 光开关阵列。利用旋转涂覆法、紫外固化工艺、接触曝光、反应离子刻蚀(RIE)、真空镀膜 、切割和抛光等传统 微加工工艺,成功完成了器件制备。通过优化刻蚀工艺,有效减小了刻蚀后波导的表面与侧 壁粗糙度。通过在 波导和金属掩膜层之间添加聚合物隔离层,进一步减小了波导的传输损耗。实验结果显示, 制备的1×2热 光开关插损仅为2.84dB,串扰为－31.13dB ,光开关的电功耗为4.1mW;制备的1×32波 导热光开关阵列插 损为11.8dB, 串扰为－25.3dB,电功耗小于5mW, 器件开关时间 为1.15ms。测试结果与数值模拟结果 吻合很好,研制的光开关有望应用于光交换器(OXC)、 光分插复用器(OADM)以及光 控相控阵天线的波束扫描控制系统中。     

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。     

高可靠性16×16 SOI热光开关阵列

在分析加热器对热光开关阵列可靠性影响的基础上,提出了一种新的热光开关阵列控制和驱动电路.分析表明,在假设加热器失效率为5%的情况下,新控制和驱动电路可以使16×16 SOI热光开关阵列的可靠性从34.99%提高到92.30%.同时,采用引入控制信号预处理模式,使封装后的热光开关阵列控制端口数从34个减少到10个.在采用新的控制和驱动电路基础上,研制出高可靠性的16X16 SOI热光开关阵列.     

高可靠性16×16 SOI热光开关阵列

在分析加热器对热光开关阵列可靠性影响的基础上,提出了一种新的热光开关阵列控制和驱动电路.分析表明,在假设加热器失效率为5%的情况下,新控制和驱动电路可以使16×16 SOI热光开关阵列的可靠性从34.99%提高到92.30%.同时,采用引入控制信号预处理模式,使封装后的热光开关阵列控制端口数从34个减少到10个.在采用新的控制和驱动电路基础上,研制出高可靠性的16X16 SOI热光开关阵列.     

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.     

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。     

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.     

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.     

用电子束曝光方法在优化设计的绝缘体上硅脊状波导上实现布拉格光栅的制作和评价

报道了一种用电子束曝光的方法在绝缘体上硅的脊状光波导上制做布拉格光栅的技术.考虑到实际的光子学集成的应用,讨论了这个带有布拉格光栅的脊状光波导的优化设计,给出了该布拉格光栅的测试和理论模拟结果.通过薄化绝缘体上硅的波导层的厚度和光栅的深腐蚀加工,获得了高达30cm-1的光栅耦合系数.     

Fabrication and Evaluation of Bragg Gratings on Optimally Designed Silicon-on-Insulator Rib Waveguides Using Electron-Beam Lithography

报道了一种用电子束曝光的方法在绝缘体上硅的脊状光波导上制做布拉格光栅的技术.考虑到实际的光子学集成的应用,讨论了这个带有布拉格光栅的脊状光波导的优化设计,给出了该布拉格光栅的测试和理论模拟结果.通过薄化绝缘体上硅的波导层的厚度和光栅的深腐蚀加工,获得了高达30cm-1的光栅耦合系数.     

基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器

利用有限元方法和时域有限差分方法,优化设计了一种结构紧凑的基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器。考虑到方向耦合器的波导间隙较小时制作工艺较为困难,且模式失配会引入一些损耗,因此波导间隙取约100nm较为合适。通过优化脊型纳米线光波导的几何尺寸(脊高和脊宽)、耦合区波导间隙,使得偏振分束器长度最短。数值计算结果表明经过优化的偏振分束器最短长度大约为17.3μm,偏振分束器的消光比大于15dB时,波导宽度制作容差为-20～10nm,带宽约为50nm。     

SOI波导弯曲损耗影响因素的分析

采用有效折射率方法EIM(effective index method)和二维束传播算法（2D-BPM）对SOI (silicon-on-insulator）波导弯曲损耗的几种影响因素进行了分析. 通过模拟发现弯曲损耗随弯曲半径的增大、波导宽度的增加及内外脊高比的减小而减小. 同时，改进波导结构，例如在弯曲波导外侧刻槽可以减小SOI脊形波导的弯曲损耗.     

一种紧缩型的SOI 3-dB多模干涉耦合器

采用线锥形结构,在silicon-on-insulator (SOI)材料上设计并实现了一种新的紧缩型3-dB多模干涉耦合器(MMI).与普通的矩形结构3-dB MMI耦合器相比,该器件长度减少了40%.耦合器输出均衡度为1.3dB,过剩损耗为2.5dB.     

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.     

SiO2 8×8阵列波导光栅的研制

在Si基SiO2材料上设计并制作了中心波长为1.55 μm、通道间隔为0.8 nm的8×8阵列波导光栅(AWG).详细介绍了器件的设计、制作和测试,并对测试结果及工艺误差进行了深入的分析讨论.封装后的测试结果显示,器件的3 dB带宽为0.22 nm;中央通道输入时,最小和最大插入损耗分别为4.01 dB和6.32 dB;边缘通道输入时,最小和最大插入损耗分别为6.24 dB和9.02 dB;对比不同通道输入时输出通道的中心波长,其偏移量低于0.039 nm;器件的通道间串扰小于-25 dB;偏振依赖损耗(PDL)小于0.3 dB.     

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。