具有单一复合调制区的多模干涉效应耦合器 1×3光开关的分析

基于多模干涉自映像原理,分析了一种仅含一个复合调制区的1×3光开关。该开关处于不同工作状态时,调制臂上所加相位调制量之间存在倍数关系,于是可将调制臂上的相移器组合成一个复合调制区,通过连续改变复合调制区的折射率变化量,因此可以将来自任一输入端的光场轮流切换到任意输出端口。以Al0.07Ga0.93As/GaAs脊形波导结构为例,采用BEAMPROP软件,对该开关进行了优化和理论验证。消光比高达30.3 dB;相邻通道之间的串扰低于-29.8 dB;在1.31μm工作波长处约50 nm的波谱范围内,串扰低于-20 dB。该结构可简化传统多通道开关的调制方法,降低外加控制方法的复杂程度。     

基于MZI结构的二氧化硅波导模式选择开关

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E₀₀模式向多模波导中E₁₀模式的转换。器件采用标准CMOS工艺制备,在调制臂两侧引入空气槽,提高热场调制效率,降低开关功耗。实验结果表明,当输入E₀₀模式时,输出端的串扰小于-17.13 dB,消光比大于16.7 dB;当输入E₁₀模式时,输出端的串扰小于-19.84 dB,消光比大于22.5 dB。模式开关的上升时间和下降时间分别为0.7 ms和1 ms。该模式选择开关在模分复用系统中具有良好的应用前景。     

基于马赫-曾德尔干涉仪的1×8硅基热光开关

设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关,该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度,利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明：在1550 nm工作波长下,该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB;所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB;开关响应时间小于60μs。     

一种基于斜光栅辅助的非对称耦合器型光分插复用器

提出了一种基于斜光栅辅助的非对称耦合器型光分插复用器。运用复合波导的三维正交模式,对器件的三种可能的结构进行了理论分析,选出粗波导光栅型结构。利用耦合模理论,模拟了斜光栅的耦合特性并对其倾斜角进行优化设计。通过回波峰值设计法,将器件的工作波长放在波分复用信道之内,回波峰值波长放在波分复用信道之外,使得器件的性能大有提高。模拟结果表明器件的串扰可达到-30 dB,回波损耗可达到-25 dB。同时,器件的关键工艺容差较大,易于批量化生产。当斜光栅的倾斜角度在2.5°到4.5°之间时,器件的串扰低于-28 dB,回波损耗低于-22 dB。     

一种智能光网络中的亚毫秒光开关阵列

设计研制了一种亚毫秒级微机械光开关阵列.该阵列驱动电压为5V,开关时间小于750μs, 插入损耗在0.6 dB～0.8 dB之间,串扰<－70 dB.具有结构简单、成本低廉、可大规模集成的优点,能很好地解决智能光网络节点连接设备OADM快速信号转换和串扰问题.详细介绍了该光开关阵列实现原理,报告了器件性能测试,并应用FEA软件分析了开关单元中磁场和开关驱动过程.     

光交换芯片中串扰的相干特性研究

以马赫-曾德尔干涉仪光开关单元组成的4×4 Benes光交换芯片为例，研究了光交换芯片中的相干问题。理论推导了光交换芯片输出端口与输入端口之间光场的变换关系，揭示了信号和串扰的产生规律，分析了光开关状态对串扰相干强度的影响。仿真研究表明：相干串扰对信号插损的影响可以忽略；在不同光开关组合状态下，光交换芯片的串扰波动可达7 dB。根据相干光束之间的相位关系，提出一种等效去除光交换芯片中串扰相干性的方法。另外，对串扰大小对通信误码率的影响进行了实验评估。     

光纤光栅和环形器组成的光分插复用器同频串扰特性研究

对三种不同结构的光纤光栅和环形器组成的光分插复用器的同频串扰进行了实验研究。实验表明，与常规的I型结构光分插复用器相比，Ⅱ型和Ⅲ型结构中由上载端泄漏到下载端的同频串扰分别减少了24．4dB和39．3dB，由下载端泄漏到上载端的同频串扰分别减少了23．6dB和24．6dB。     

聚合物定向耦合电光开关的模拟和优化

阐述了定向耦合电光开关的基本结构及工作原理,利用耦合模理论和电光调制理论,在1 550 nm波长下,对器件的结构参量进行了优化,并对其传输光谱、开关电压、插入损耗、串扰等特性进行了分析.模拟过程中,考虑了因金属电极和聚合物材料引起的模式损耗.器件的结构参量优化值为：波导芯截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.5 μm、电极厚度为0.15 μm,波导间的耦合间距为2.0 μm,相应的耦合长度为2 926 μm.模拟结果表明,本文所设计的器件在开关转换电压0和17.4 V下,在1 534到1 565 nm的波长范围内,器件的插入损耗小于0.16 dB,串扰小于－20 dB,耦合区在2 734~3 120 μm范围内,器件的插入损耗小于0.22 dB,串扰小于－20 dB.     

波导侧壁起伏对聚酰亚胺波导光学梳状滤波器串扰特性的影响及其改善方法

提出了一种结构模型来分析由工艺引起的波导侧壁起伏对于聚合物波导光学梳状滤波器的滤波特性的影响。含氟聚酰亚胺高分子聚合物制备多级马赫一曾德尔串联型光学梳状滤波器件的工作参量为中心波长1550nm,波长间隔为0．8nm,40通道的波长交错分离。模拟计算：表明,对由高分子聚合物材料制备的多级马赫-曾德尔串联型光学梳状滤波器件,其主要影响是增大了信道之间的串扰,中心波长1550nm处的信道串扰由理想情况下的-40dB降为-12dB,极大地影响了器件的性能。在此基础上,提出一种改善光学梳状滤波器串扰性能的新结构,该结构由多级马赫-曾德尔耦合器和微环共振滤波器串接构成,40个通道的串扰改善为-0dB以下。     

一种带有U形波导的交叉信道单微环电光开关

本文利用耦合模理论,电光调制理论和传输矩阵法,提出了一个带有U形波导的交叉信道单微环电光开关的器件模型,并在谐振波长为1561 nm的情况下对该器件进行了仿真计算.结果表明,该电光开关的开关电压约为400 V,串扰小于-30 dB,插入损耗小于4 dB,开关时间仅为5.4 ps,其中微环上的上升和下降时间仅为0.32 ps.此外,该电光开关由单刀双掷开关控制,通过在微环和U形波导上加载驱动电压可实现三种开关状态,不仅可以实现光信号在两条输出信道的选择,还可以使两条信道同时有光信号输出.     

GaAs1×4Mach－Zehnder型光开关列阵研究

采用非对称Ｘ结耦合器设计并研制了ＧａＡｓ１×４Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ型光开关列阵。简述了非对称Ｘ结和相应的光开关列阵的工作原理及器件的设计和制作过程。在波长为１．１５μｍ的光波下测量单元器件，得到了小于－２０ｄＢ的串音和小于１２Ｖ的开关电压，器件的光波导传输损耗约为７ｄＢ／ｃｍ。文中最后分析了导致器件中串音和损耗的各因素，并提出了可能的改进方法     

反相电极聚合物定向耦合电光开关的优化设计

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响,应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法,优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明,该器件具有良好的开关性能:在1 550 nm的工作波长下,器件耦合区的长度为4 753.5 μm,交叉态电压为1.22 V,直通态电压为2.65 V,插入损耗小于2.21 dB,串扰小于-30 dB.通过微调状态电压,可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.     

行波电极偏振无关干涉型光开关

提出并实现了一种Ｘ切ＬｉＮｂＯ３上的行波电极偏振无关干涉型光开关。达到的指标为：串间地－１４ｄＢ，偏振无关的开关电压为１９Ｖ，带宽达到６ＧＨｚ以上。进一步减小定向耦合器部分中光波导间距的分级步距，串音可达到－２０ｄＢ以下 。     

Electronic Filtering of Interferometric Homodyne Crosstalk in WDM Systems with Absolute Frequency Reference

Electronic high pass filtering of interferometric crosstalk noise is investigated theoretically and experimentally in systems with absolute frequency reference employing external modulation and DC balanced coding. 4 dB improvement in the tolerance to crosstalk is demonstrated.     

Robust 2 × 2 Multimode Interference Optical Switch

A robust 2 × 2 photonic switch based on multimode interference (MMI) effects is proposed. We demonstrate that the device is very tolerant to material modifications and typical fabrication errors. This is a result of the MMI design and the high symmetry of the switch. The key parameter for the operation of the device is that the input light forms a pair of well defined self-images exactly in the middle of the switch. The index modulated regions precisely overlap the positions where these two self-images are formed. By creating identical contact features at these locations, any refractive index change induced in the material as a result of electrical isolation will be replicated in both self-images, and therefore the off-state output will not be altered. In the same way, offset and dimension errors are reflected symmetrically on both self-images and do not seriously affect the imaging. The characteristics of the switch under different scenarios are investigated using the finite difference beam propagation method. By employing this configuration, crosstalk levels better than −20 dB are achievable over a wavelength range of 100 nm while maintaining polarization independence.     

High-speed compact silicon digital optical switch with slot structure

A high-speed compact silicon digital optical switch (DOS) is proposed in this paper. The direct electro-optic effect is applied by filling electro-optic polymer in the void slot of the branches, which compensates the limitation of silicon itself. The crosstalk of about 35 dB and the insertion loss of 0.7 dB is obtained, the switching speed is less than 1 ps, and the whole device length can be shortened to 616 μm even using the basic mode-evolving principle and a simple Y-type structure. Analysis also shows that the device has good fabrication tolerance and wavelength independence over the C-band.     

Design of a polymer directional coupler electro-optic switch using two-section reversed electrodes

By using the coupled mode theory, electro-optic modulation theory, conformal transforming method and image method, the structure is designed, the parameters are optimized, and the characteristics are analyzed for a polymer directional coupler electro-optic switch with two-section reversed electrodes. Simulation shows that the designed device exhibits excellent switching functions. Under the operation wavelength of 1550 nm, the electro-optic coupling region length is 4751 μm, the cross-state and bar-state voltages are about 1.22 and 2.65 V, and the insertion loss and crosstalk are less than 2.21 and −30 dB, respectively. By slightly adjusting the state voltages, the blight of the fabrication errors on the switching characteristics can be easily eliminated. The calculation results of the presented technique are in good agreement with those of the beam propagation method (BPM).     

Design and Fabrication of Micromechanical Optical Switches Based on the Low Applied Voltage

A micromechanical optical switch driven by electrostatic was fabricated with (100) silicon and tilted 2.5°(111) silicon. The pull-in voltage is 13.2V, the insertion loss is less than 1.4dB, the crosstalk is less than -50 dB.     

基于达曼光栅的动态光耦合器

提出了一种基于达曼光栅的动态光耦合器,通过控制装置中达曼光栅位移参量,可实现入射光束的分束或合束以及两者之间的动态转换。适当选择达曼光栅类型可实现任意N×M的动态光耦合。实验中以1550 nm光波长为例,对1×8达曼动态光耦合器进行测量,测得其实现光开关功能时插入损耗为0.43 dB,实现光分束功能时均匀性达到0.03,单路插入损耗均值为10.5 dB。该实验装置易于调节、体积小、能耗低,且关键元件达曼光栅制作工艺成熟,易于批量化生产。特别是在实现中大规模光交换阵列时,该方案就具有更明显的优越性,有实用意义。