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。     

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。     

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.     

SOI光波导开关研究进展

SOI光波导是硅基光波导器件的基础,也是实现其它集成光学器件的基础。文章论述了SOI材料、SOI光波导以及SOI光波导开关的一些特性和研究进展。     

16×16光开关微镜阵列

设计、制造和测试了一种实现16×16MEMS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.     

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.     

SOI电光开关中热光效应分析

分析了 SOI(silicon- on- insulator) 2× 2电光开关工作时热光效应对等离子色散效应的影响。采用二维半导体器件模拟器 PISCES- 对器件进行了模块。结果表明 ,热光效应对等离子色散效应的影响与调制区长度密切相关 ,当调制区长度较短时 ,热光效应的影响不容忽视 ;当调制区长度大于 5 0 0μm时 ,这种影响可以忽略不计。     

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。     

快速响应SOI马赫曾德热光调制器

给出了Y分支MZI热光调制器的模型,实验研制了基于SOI(silicon-on-insulator)的MZI热光调制器,调制器的消光比为-16.5dB,开关的上升时间为10μs,下降时间为20μs,相应的功耗为0.39W.     

快速响应SOI马赫曾德热光调制器

给出了Y分支MZI热光调制器的模型,实验研制了基于SOI(silicon-on-insulator)的MZI热光调制器,调制器的消光比为-16.5dB,开关的上升时间为10μs,下降时间为20μs,相应的功耗为0.39W.     

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.     

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.     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

集成光波导开关阵列真延时模块设计

阐述了光波导真延时器件的工作原理及其在相控阵雷达中的应用,通过氟化聚酰亚胺聚合物条形光波导和光开关阵列的集成,提出了一种集成光波导开关阵列真延时模块的设计方案,将光波导和开关阵列集成在一个基片上,具有集成度高、体积小、成本低、一致性好、插入损耗小等诸多优点.并根据光开关的种类分析了光学真延时模块的拓扑结构,改进了光开关和光波导的组合模式.     

热光型光开关的研究进展

从新材料、新结构和新工艺的角度综述了热光开光和热光开关阵列的研究进展。     

一种新型2×2 SOI热光开关

设计并制作了一种新型的SOI 2×2马赫-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-11.0 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗-4.3 dB,上升和下降开关时间分别为3.5μs和8.8μs.     

SOI热光开关调制区结构与速度和功耗关系的有限元法分析

利用有限元法分析了调制区内二维温度场的静态和动态分布.结果表明,上包层SiO2厚度的减小,有利于开关速度的提高和功耗的减小.增加埋层SiO2的厚度或引入绝缘槽,能有效降低器件功耗,但开关时间随之增加.电极的尺寸对开关性能影响较小.如果采用全体硅材料制作光开关,开关速度能达到5μs,但功耗将增至0.92W.     

SOI热光开关调制区结构与速度和功耗关系的有限元法分析

利用有限元法分析了调制区内二维温度场的静态和动态分布.结果表明,上包层Si O2 厚度的减小,有利于开关速度的提高和功耗的减小.增加埋层Si O2 的厚度或引入绝缘槽,能有效降低器件功耗,但开关时间随之增加.电极的尺寸对开关性能影响较小.如果采用全体硅材料制作光开关,开关速度能达到5 μs,但功耗将增至0 .92 W.