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.     

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.     

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。     

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.     

紧缩型SOI多模干涉光开关的设计

提出了一种新的紧缩型SOI多模干涉(MMI)光开关。开关由单模输入输出波导和MMI耦合器组成。通过在多模波导区域引入调制区,利用Si的等离子色散效应(PDE)改变调制区的折射率来实现开关动作。用FD-BPM方法对开关的工作原理和性能进行了模拟与分析。结果表明,光开关良好的综合性能,而整个开关的长度只有7mm。     

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.     

多功能2×2 GaAs/GaAlAs多模干涉型光开关分析

提出了一种基于深刻蚀脊形光波导带模斑转换器的多功能2×2 GaAs/GaAlAs多模干涉型光开关,并用变量变换级数展开法及三维有限差分束传播法对其进行了模拟分析与优化设计.结果表明,通过控制多模波导中央的两段Schottky电极,器件可实现交叉态、直通态及3dB耦合器功能,并有较大的制作容差、较宽的工作带宽,只须一个多模波导,器件结构紧凑.采用深刻蚀脊形光波导能够满足多模干涉型器件的精确自镜像要求,并使输入/输出光波导在单模工作下有较大的横截面,较低的弯曲损耗及较小的耦合串扰.通道末端引入的模斑转换器可方便地与单模光纤连接耦合.     

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。     

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。     

0.5μm GaAs pHEMT射频矩阵开关

基于0.5μm GaAs pHEMT工艺,设计了一种应用于950～2 150 MHz的4×2射频矩阵开关.该矩阵开关有四路输入两路输出,通过控制片内集成的4比特数字逻辑解码器电路,两路输出端口可以任意选择4路输入射频信号中的任意两路信号,或者同时选通一路信号,并在输出端集成负载检测功能.开关的工作电压为5V,在950～2 150 MHz的频率范围内,其插入损耗低于5.6dB,隔离度高于37 dB,每个输入和输出端口的回波损耗大于13 dB,功率容量为19.4 dBm,开关的最大功耗为8 mW,适合多模多频段射频前端的应用.     

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。     

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.     

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...     

MEMS可调谐平顶窄带光学滤波器

设计了一种基于MEMS技术的可调谐光学滤波器,它通过光栅将输入的宽带光信号色散展开,以一个MEMS扭镜选择将对应滤波器通带的光信号反射至输出端,从而实现光学滤波和波长调谐功能。滤波器的输入端采用单模光纤,输出端采用多模或者少模光纤,可以实现窄带且平顶的通带特性。经过参数优化,仿真分析得结果显示,采用多模/少摸光纤输出的两种滤波器,其0.5 dB和25 dB带宽分别为0.95 nm/0.29 nm和1.39 nm/0.69 nm,分别满足100 GHz和50 GHz信道间隔的DWDM系统要求。由于输出端采用多模或者少摸光纤,从该滤波器输出的光信号不能继续在单模光纤中传输,只能由光探测器接收,因此该滤波器一般应用于全光网络节点中的下载端口。     

可调谐高分子MMI光波导功率分配器的研究

设计了一种基于多模干涉(MMI)波导结构的可调谐功率分配器,利用高分子含氟聚酰亚氨材料的热光效应,调节多模波导中局部区域的折射率,可实现两单模输出导模的输出功率比在较大范围内连续可调谐.BPM防真证实了这一结果.     

开环三纤耦合器的光纤光开关的理论分析

提出一种基于三纤光纤耦合器和光纤开环相位控制线的光纤光开关。从耦合波方程出发,利用三纤耦合器的初值条件,从理论上得到了2种输入条件下,开环三纤耦合器的输出光功率与相位和耦合系数的解析式,由此分析器件的光功率输出特性,获得了明是的开关效应;给出了开关隔离度大于40dB时相位和耦合系数的最佳取值范围。     

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。     

MMI型1.31／1.55umGaAs波分复用／解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1031/1.55um波长的GaAs/G aAlAs波分复用／解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行了优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3um、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18um和5602.8um时,该器件的1.31um和1.55um两个波长的隔离度均在70dB以上,且传输损耗小于0.1 dB.     

弧形波导开关阵列的研究

基于非线性克尔效应的自位相调制原理 ,以两模干涉的弧形波导全光开关为单元 ,设计了光强自路由的 1× 4全光交换阵列。经光束传播法数值模拟的结果表明 ,在单路输入的情况下 ,从任一输入端输入的光 ,以其自身的光强为路由信号 ,顺利实现 1× 4的输出切换 ,达到了多路全光自交换的目的