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。     

一种新的与偏振无关的双向2×2光开关的设计

设计了一种由偏振光分束器(PBS)、位相型空间光调制器(PSLM)、反射镜、半波片(HWP)和1/4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.进而通过2×2光开关的级连,设计了一种与偏振无关的4×4光开关的实验模块.     

自由空间与偏振无关的1×N和N×1光开关设计

基于光开关在全光通信和光互连网络中的重要作用,设计了由偏振光分束器(PBS)、相位型空间光调制器(PSLM)和反射镜构成的1×N和N×1光开关模块,其中N=2m,m=1,2,3….该设计利用PSLM对信号光偏振态的控制,在自由空间实现信号的路由和切换,信号光的P光分量和S光分量同时参与工作,并在输出端口重新会合,因此光开关表现出与信号光偏振态无关的特点.同时,该光开关所用器件少,具有结构简单紧凑、控制方便灵活和操作迅速快捷等特点,而且具有很强的重构与升级能力,对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用.     

一种新的与偏振无关的双向2×2光开关的设计

设计了一种由偏振光分束器（PBS）、位相型空间光调制器（PSLM）、反射镜、半波片（HWP）和1/4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。进而通过2×2光开关的级连,设计了一种与偏振无关的4×4光开关的实验模块。     

混洗网络中光开关矩阵研究

基于偏振控制技术,利用偏振光分束器和位相型空间光调制器构建1×2和2×1的节点开关单元,节点开关单元各端口间按照特定的映射规则和连接关系以光纤实现互连,从而得到一种新型的4×4光开关矩阵.该 4×4光开关矩阵利用位相型空间光调制器对信号光偏振态的控制实现路由,通过对其各输入端口光信号路由状态的分析表明,它可以完成信号光点对点的全排列无阻塞的输出与交换,同时,还具备部分的多点组播功能.该矩阵开关具有交换速度快、插入损耗小、串话低、性能稳定等特点,对于构建大规模的光互连网络具有一定的帮助.     

自由空间奇数端口非对称型光开关研究

有别于传统的偶数端口对称型光开关设计,本文采用积木叠层方法设计,结构非对称、奇数端口的2×3和3×3光开关;各光开关基本功能单元结构类似,均由偏振光分束器(PBS)、相位型空间光调制器(PSLM)和反射镜组成;利用成熟的偏振控制技术实现信号光的控制和路由选择,有效避免路径的冲突与阻塞。这种设计具有结构简单紧凑、控制方便灵活、双向操作、与偏振无关、即插即用、易集成、易扩容和升级等特点。对2×2光开关单元的实验分析表明,该光开关插损小、串扰低和可靠性高,对于构建大规模的奇数端口和非对称结构的交换矩阵有帮助。     

自由空间与偏振无关的1×N和N×1光开关设计

基于光开关在全光通信和光互连网络中的重要作用，设计了由偏振光分束器（PBS）、相位型空间光调制器（PSLM）和反射镜构成的1×N和N×1光开关模块，其中N＝2m，m＝1，2，3…。该设计利用PSLM对信号光偏振态的控制，在自由空间实现信号的路由和切换，信号光的P光分量和S光分量同时参与工作，并在输出端口重新会合，因此光开关表现出与信号光偏振态无关的特点。同时，该光开关所用器件少，具有结构简单紧凑、控制方便灵活和操作迅速快捷等特点，而且具有很强的重构与升级能力，对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

与偏振无关的双向2×2光纤光开关

本文提出了新颖的与偏振无关全光 2× 2光纤光开关结构 ,采用自由空间光互连模块 ,能够实现 2× 2与偏振无关的双向光纤光开关直通和交换功能。以此为基础 ,提出了新的全光 4× 4光纤光开关的光学实现方法。该光开关具有光学元件少、结构紧凑、易于光学装配等特点     

基于偏振的光矩阵开关

提出了一种新型的基于偏振的光矩阵开关方法 ,通过控制光的偏振态实现严格无阻塞连接。以 4× 4光矩阵开关为例 ,详细给出了其节点开关和交换网络的实现方案。并对该 4× 4光矩阵开关进行实测 ,证明该方法制作的小规模光矩阵开关具有插损低 ,串话小 ,开关时间中等 ,性能稳定 ,工艺成熟等特点。     

基于并联结构的M-Z型可重构光分插复用器

研究了一种具有模块化结构与升级能力的可重构光分插复用器(ROADM).每个模块由基于光纤布拉格光栅(FBG)的M-Z干涉仪(MZI)、1×2的光开关和Y型合波器构成.通过调整各模块中的光开关,该ROADM能够在1个下载端和上载端分别同时下路和上路任意单波长信号或多波长复用信号.设计并分析了4级并联的梯状式ROADM,由传输矩阵导出各种波长下载状态的路由控制表.实验结果表明,该ROADM能够减小输出功率不均衡的问题,在直通、下载和上载3种状态下的平均插入损耗均小于3 dB,信号间的隔离度大于20 dB.     

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。     

半导体光放大器的偏振光开关性能改进

半导体光放大器(SOA)非线性偏振旋转效应的光开关具有开关速度快、易集成等优点,其开关操作可以通过改变注入SOA中的电流而获得。这种偏振光开关的性能主要受注入光功率与控制电流的大小范围来决定。基于SOA中的偏振主态的概念,分析了非线性偏振旋转效应与控制电流的关系,并对不同功率的注入光进行了偏振旋转实验,分别实现了偏振光开关的操作。实验结果表明:随着注入光功率的增加可以提高光开关的分光比,有效改进光开关的性能。当注入光为5 dBm时,光开关的分光比与消光比均可达到30 dB。     

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.     

偏振调控全光开关的设计分析

给出了一种工作波长为1550nm,基于电光偏振调控的1×2全光开关的设计方法,该光开关由TE-TM模式转换器和偏振分束光栅构成.通过TE-TM模式转换器控制输出信号光的偏振态,由偏振分束光栅选择输出端口.所设计的全光开关两出射端口的串音分别低于-72dB和-33dB,可实现纳秒量级的开关速率,且串音小、结构简单,在全光...     

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.     

一种基于多模干涉耦合器的集成光开关研制

设计并制作了一种采用InP/InGaAsP材料的2×2基于多模干涉(MMI)器的Mach-Zehnder干涉仪(MZI)光开关,用三维有限差分束传播法(3D-BPM)对器件进行了优化设计与模拟分析。开关端口设计为单模波导且对偏振不敏感,采用电流注入调制相移区折射率,当折射率的改变引起π相位差时实现开关状态转换。测试结果表明,当注入电流达到43 mA时光信号从交叉端口交换到直通端口,开和关状态的串扰分别为-19.2 dB和-14.3 dB。     

带光输入光输出窗口的CMOS—SEED集成芯片

通过国际合作的方式成功研制出了我国首片带光输入光输出窗口的CMOS-SEED集成芯片. 带光输入光输出窗口的CMOS-SEED集成芯片是采用倒装焊的制作工艺把CMOS大规模集成电路和SEED光电子器件结合起来.制作时首先分别利用硅CMOS VLSI工艺及GaAs SEED工艺,制作硅CMOS VLSI电路及SEED列阵,再在两种芯片表面特定位置淀积焊柱,然后将两种芯片面对面精密对准、焊合,最后去除SEED背面的GaAs衬底.作为光接收和光调制器的SEED像元是有高速率、高灵敏度和低功耗,光开关速率可达10 ps量级的光电子器件,SEED像元光窗口的大小为10 μm×10 μm,间距为250 μm.SEED光窗口接收到的光信号进入CMOS电路,经多级放大,由路由控制电路选通路由后,交换到SEED光窗口驱动电路的输入端,调制抽运光源,将交换后的信号由SEED光窗口输出.CMOS电路用16个16选1开关来完成16×16 Crossbar交换矩阵的功能.我们设计完成了CMOS逻辑电路和CMOS集成电路版图,在HP公司采用0.35 μm的生产工艺投片,由Lucent公司Bell实验室提供SEED列阵并完成倒装焊工艺. 用带光输入光输出窗口的CMOS-SEED集成芯片设计制作了自由空间16×16 Crossbar光学交换模块,由二维光纤列阵接口器件及光学系统完成光信号的输入输出,实现了光信号的交换.(OD8)     

一种新型光开关交换器

探讨了光偏振现象和旋光现象的特点 ,进而利用偏振和旋光现象提出一种新型光开关交换器。这种交换器具有结构简单、与输入光的偏振态无关、不会产生相位差、插入损耗和信道串扰小、响应速度快、器件体积小等优点 ,同时可以使用此器件和光波分复用 /解复用器相结合 ,方便地实现任意波长的上下路。对 2× 2开关交换器的性能进行了分析 ,结果表明它的插入损耗和信道串话都很小。     

利用SOA偏振旋转效应的双极性乘法器

为了在光信号处理中引入正负的概念,提出了偏振态旋转现象描述的光信号双极性乘法。以偏振光学的斯托克斯矢量法理论为基础,分析了半导体光放大器(SOA)的偏振旋转现象,从理论上提出了偏振旋转双极性乘法的概念。为了验证该理论,提出了一种实现双极性乘法器的实验方案,在实验系统中实现了两级SOA偏振旋转,其中第一级对光信号进行偏振编码,第二级完成双极性乘法。通过对乘法器输入不同排列组合的数据,验证了双极性乘法的4种情况,并给出了相关实验结果与分析,研究了双极性乘法器的原理和物理实现。     

通用改进扩展Benes型光开关的控制模块设计

分析了通用改进扩展Benes型(GMDB)光开关结构的特性,提出了路由算法设计思路,并详细阐述了4×4GMDB光开关的控制和驱动电路设计。测试结果表明,设计的模块达到了控制的要求。