X-波段MEMS单刀双掷开关的研究

利用X-波段MEMS单刀单掷膜开关和成熟的微带线技术设计了一种X-波段MEMS单刀双掷膜开关，其模拟结果为;阈值电压为19V左右，工作频率为8～12GHz，在中心频率（10GHz）处，导通开关的插入损耗为-0．2dB，截止开关的隔离度为-21dB，开关的回波损耗为-43dB。     

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。     

支撑光网络发展的Si基光子集成器件的研究进展

本文报道了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器、MOEMS和F-P TO宽频域光学滤波器、M-Z型 TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器.用应变层SiGe/Si MQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM<6nm,外量子效率η>4.2%;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器,当外加电压0→50V,连续可调谐范围达90nm;彩全平面工艺研制的F-P腔TO滤波器,当外加电流0→57mA时,连续可调谐范围达23nm,FWHM<0.5nm.在SOI Si基片上研制的M-Z TO波导光开关,开关时间<30μs,功耗～100mW.开关消光比为-13dB和-10dB,1×4MMI多路分束器输出光声的不均衡性<0.36dB,总插入损耗为6.9dB.用背向对接的MMI构成的M-Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量26dB,响应时间为100μs,插入损耗为4.8～7dB.     

支撑光网络发展的Si基光子集成器件的研究进展

本文报道了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器、MOEMS和F-P TO宽频域光学滤波器、M-Z型 TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器.用应变层SiGe/Si MQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM<6nm,外量子效率η>4.2%;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器,当外加电压0→50V,连续可调谐范围达90nm;彩全平面工艺研制的F-P腔TO滤波器,当外加电流0→57mA时,连续可调谐范围达23nm,FWHM<0.5nm.在SOI Si基片上研制的M-Z TO波导光开关,开关时间<30μs,功耗～100mW.开关消光比为-13dB和-10dB,1×4MMI多路分束器输出光声的不均衡性<0.36dB,总插入损耗为6.9dB.用背向对接的MMI构成的M-Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量26dB,响应时间为100μs,插入损耗为4.8～7dB.     

光注入X结GaAs全光开关的设计

设计了一种基于全内反射原理和光生载流子注入效应的X结全内反射(TIR)全光开关。通过对传统X结的改进提高了器件的性能。模拟结果表明．改进后的X结的消光比可以达到30dB左右。串音小于-30dB。同时分析了该全光开关所具有的速度优势,其开关速度可达10^0～10^2ns。     

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。     

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。     

毫米波集成化PIN管开关

本文介绍集成化 PIN 管开关的设计过程。讨论了补偿二极管寄生参量的方法。成功地把八毫米波段的商品 PIN 二极管应用到三毫米波段。给出了测试结果:八毫米宽带开关,在27—40GHz 频带范围内,插损小于1dB、隔离度大于29dB、开关速度小于100ns;三毫米波段开关,工作带宽8GHz、插损小于2.4dB、隔离度大于22dB、开关速度小于110ns。     

硅基光子交换芯片的路由控制与性能测试

设计了电压输出范围分别是0~10 V和0~2V、调节精度为10mV的可扩展热 控电路和电控 电路,用于实现16×16光子集成芯片的工艺误差补偿和光开关切换。 描述了由硅(Si)基马赫-曾德尔(MZI)光开关单元组成的16×16光 子集成芯片控制过程,提出了基于光开关传输性能的改进环路 路由算法,此算法适用于光开关性能劣化或局部出现故障的情形。搭建了运行有改进路由算 法的光交换芯片测试系统,实验 结果表明,芯片模块的插入损耗小于33dB,串扰小于－10dB,能够实现无误码传输要求。     

电控X波段快速开关环行器的研制

电控快速开关环行器属非均匀磁化场激励器件，如采用设计常规环行器的均匀磁化场方法误差很大，该文介绍了基于软件Maxwell3D和HFSS的混合有限元方法来设计X波段电控快速开关环行器的过程。研制的器件性能经测试为；以10GHz为中心约1．3GHz频带内，插损不大于0．3dB，隔离不小于22dB，驻波不大于1．2，开关时间约为3μs。     

载流子注入全内反射型GaAs／GaAIAs光波导开关

研制出利用载流子注入能带填充效应制成的全内反射型（CI－TIR）GaAs/GaAIAs光波导开关。开关工作波长为0．87μm，工作电流70mA，消光比14dB，串话－13dB，该开关具有尺寸小，与偏振无关，无阻塞，易集成的优点。     

硫系玻璃超快光子晶体光开关特性研究

利用熔融淬冷法制备了GeSbSe硫系玻璃,并用Z 扫描法测试了其三阶非线性特性。以制备的硫系玻璃作为基质材料设计了通信波段的光子晶 体光开关器件,采用平面波展开法优化了光子晶体结构的带隙,利用时域有限差分(FDTD)法 分析了所设计的光子晶体光开关结 构的传输特性,通过调整晶格常数与点缺陷的半径,获得了在超短激光脉冲诱导下的硫系玻 璃超快光子晶 体光开关。数值计算表明,对于1550 nm通 信波段,通过调节泵浦光强并使微腔处折射率改变,可以 实现对光波的导通与截止。分析结果显示,本文光开关的 阈值功率密度为7.7×10⁹W/cm²,开关消光比为25.48dB,品质因子达到10⁴。     

宽带偏振不灵敏张应变InGaAs半导体放大器光开关

研制了一种张应变准体InGaAs半导体放大器光开关.该结构具有显著的带填充效应,从而导致在80mA的注入电流下,器件的3dB光带宽大于85nm(1520～1609nm).该带宽几乎同时全部覆盖了C带(1525～1565nm)和L带(1570～1610nm).最为重要的是,在3dB光带范围内,光开关的偏振灵敏度小于0.7dB;光纤到光纤无损工作电流在70～90mA之间;消光比大于50dB.通过降低了载流子寿命,开关速度有所提高.在未来密集波分复用通信系统中,这种宽带偏振不灵敏半导体放大器光开关很有实用前景.     

一种新型2×2 S0I热光开关

设计并制作了一种新型的SOI 2×2马赫一曾德（MZ）热光开关。这种光开关采用了深刻蚀结构的配对多模干涉耦合器，同时，为了保证单模传输和调制，在连接波导和调制臂区域采用了浅刻蚀结构。深刻蚀结构增强了多模干涉耦合器对光场的限制，有利于自映像质量的提高，从而减少了自映像损耗和不均衡度，同时也提高了制作容差。基于强限制配对干涉耦合器的新型热光开关，其插入损耗为-11．0dB，其中包括光纤波导耦合损耗4．3dB，上升和下降开关时间分别为3．5μs和8．8μs。     

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.     

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.     

850/1550nm智能集成分波光开关的理论设计

理论分析和设计了一种用于850和1550nm两个光通信窗口的、集波长信号分离和光开关功能于一体的智能集成分波光开关，并将弧形结构全内反射面用于该集成结构中. 基于Si基半导体SiGe合金材料的等离子体色散效应，对该结构智能集成分波光开关的串音、损耗、消光比等特性进行了分析和模拟计算. 计算得到，作为光开关时器件的平均串音、插入损耗和消光比分别为-19, 1.3和21dB，作为分波器时平均串音和插入损耗分别为-11和1.1dB. 设计结果表明，该集成器件不仅能够实现850和1550nm两种波长光信号的开关，而且还能对这两种波长的光信号进行分离，是一种有前途的智能化集成分波光开关.     

集成光学声光光开关的研究

在集成光学声光可调谐滤波器的基础上，研制成一种偏振无关的集成光学波导型声光光开关，由于采用声光作用实现开关功能，使得开关速度可以达到微秒量级。介绍了这种集成光学波导型声光光开关的工作原理及其基本结构，并对它的插入损耗、隔离度、开关速度这三项光开关的重要性能指标进行了具体的理论分析与计算，然后对制作成的集成光学波导型声光光开关的器件样品进行了性能测试，在室内温度为20℃，入射波长为1．523μm时，测得插入损耗为4．8dB，隔离度为22．0dB。对实验与理论的误差进行了具体分析，并提出了进一步提高其性能指标的相关途径。     

91～98GHz集成单刀单掷开关设计

为解决W波段接收机保护开关和发射机调制开关芯片问题,本文基于0.1mm厚50.8mm(2英寸)熔制石英薄膜电路工艺,研制出了W波段PIN二极管SPST开关准单片。为了考察开关性能的一致性,随机抽取了5个SPST开关作了测试,在91~98GHz频率范围内,开关插损典型值1.0dB,不一致性小于0.45dB;91~98GHz测得开关隔离典型值25dB,不一致性小于5dB,92.5~94.5GHz隔离典型值32dB;开关响应时间、导通时间、关断时间、恢复时间分别小于18、20、10和18ns;开关尺寸2.8mm×2.6mm。其作为接收保护开关和发射调制开关可集成应用于W波段收发组件中。     

硅基光子材料和器件的进展

评述硅基光子材料和器件的进展，包括硅二极管的受激发射、具有量子结构的RCE(谐振腔增进型)光电二极管、MOS高频光调制器、SOI光开关阵列和可调谐波长滤波器，重点介绍低插入损耗、快响应的SOI基热光波导开关阵列的最新结果.以SOI为基片，成功地研制出带有全内反射(TIR)镜的重排无阻塞型光开关阵列，并首次研制出16×16阻塞型光开关阵列.在1.55pm波段，插入损耗和偏振相关性随着器件长度的增加而略微增大.如果器件的末端镀上抗反射膜，插入损耗会降低2～3dB，这些器件的上升和下降时间分别为2.1和2.3μs.