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Al0.07，Ga0.93As／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30．3dB；相邻通道之间的串扰低于-29．8dB；在1．31μm工作波长处约50nin的波谱范围内，串扰低于-20dB。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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

一种定向耦合器型高聚物光开关设计

本文提出了一种基于定向耦合器型的高分子聚合物波导光开关设计,其突出特点是极低的波长相关性和耦合区几何尺寸敏感度,可采用橡胶成型工艺(Rubber Molding Process)实现高聚物波导在硅基底上的快速转印成型.利用BPM方法进行了器件的波导结构设计及性能模拟,插入损耗为0.4-0.6 dB,串扰<-32 dB,偏振相关损耗约为0.08 dB,电光系数r33＝14 pm/V时,器件的开关电压为42 V.     

基于扩展Benes结构的光交叉连接节点中串扰积累特性分析

无论是光路交换还是光突发交换,都离不开有光开关矩阵组成的光交叉连接节点(OXC).OXC节点是组建波分复用光网络的基本单元,OXC节点引入的串扰成为限制其投入实用的主要原因.理论分析了基于扩展Benes(DB)结构和改进扩展Benes(GMDB)结构的三种典型OXC结构中的带内串扰,结果表明基于DB结构和GMDB结构的OXC节点可以完全消除低于二阶的各类串扰.数值模拟了基于两种结构的OXC节点中带内串扰的积累特性,发现基于GMDB结构的OXC节点能大大降低串扰引起的功率代价,实验测量了8×8DB结构和GMDB结构中串扰的影响,实验结果证实了GMDB结构的低串扰特点.同时与基于DB结构的OXC节点相比,基于GMDB结构的OXC节点对光开关串扰系数的要求放宽了5 dB,大大降低了对光开关隔离度的要求.     

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.     

多信道接入微谐振环波长选择开关特性

对一种新型结构微谐振环波长选择开关的特性进行了研究.分析了器件的工作状态和相应的开关操作,利用新型光强传递函数公式,对器件不同工作状态的光谱响应和不同开关操作的开关响应进行了数值模拟,讨论了耦合系数和损耗对光谱响应和开关响应的影响.结果表明,该器件可以实现三个信道同时接入、两个信道同时接入、单信道接入以及无信道接入等四种方式的信号波长选择性接入.多信道接入方式的开态串扰性能变差,关态的串扰性能不受影响.实现器件上述接入方式之间转换的开关操作可以分成三类,开关操作达到最佳关态串扰时的小微环折射率变化值都在6.0×10－3左右,而实现完全开关时的小微环折射率变化值小于8.0×10－4,表明易于通过热-光效应实现开关操作,并且温度调制的控制容差较大.损耗对器件开关特性的影响结果表明可根据损耗的实际数值,优化信道关闭时的微环折射率取值.     

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗－0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为－6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗－4.3 dB,开关时间为6.8 μs.     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

新型双向光分插复用器结构实验

提出一种基于FBG和光环形器的双向光分插/复用器（BOADM）结构, 并给出两种实验结构. 结果表明, 该器件在通路间隔100 GHz时, 异频串扰量－21.4 dB、同频串扰量－32 dB, 均满足WDM系统传输要求. 该BOADM采用单面EDFA结构, 易于同其他设备连接, 适应性较好, 设备成本低, 同时还具有潜在的自愈保护能力.     

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.     

串扰对密集波分复用网络扩展性的影响

串扰是限制密集波分复用网络扩展的一个重要因素。理论分析了三种典型光交叉连接中的串扰。结果表明基于扩展贝奈斯光交换结构的光交叉连接可以完全消除低于二阶的各类串扰,同时,若将可调谐的窄带滤波器引入到结构2中可以消除低于三阶的各类串扰。用数值模拟的方法分析了带内串扰对强度调制直接检测网络扩展性的影响。结果表明,基于扩展贝奈斯光交换结构的光交叉连接对器件串扰系数的要求得到了很大的放宽,用它来组建的密集波分复用网络具有很好的扩展性。串扰多是由构成光交换节点中各种器件的非理想性造成的,通过分析得出器件中产生的串扰可以从系统中得到很好的解决。     

纳秒量级开关时间的全光纤磁光开关

采用磁光晶体薄膜、半波片、偏振分束器、偏振合束器和高速法拉第转子等元器件研制了一种具有新型光路的1×2全光纤磁光开关,以用于全光网络通信. 采用雪崩晶体管设计和制作了多种纳秒脉冲发生器,用于驱动法拉第转子中的微型螺线管. 对螺线管的尺寸和结构布局进行了优化设计,并分析螺线管的磁场强度和自感系数等性能参量,以提高磁光开关的开关速度. 磁光开关的性能测试结果表明,纳秒脉冲上升时间为2～5 ns、脉冲宽度为6～12 ns、脉冲幅值为30～150 V. 磁光开关的插入损耗为1.55 dB,串扰为23.69 dB,消光比为-23.69 dB,开关时间为100～400 ns. 该全光纤磁光开关的开关时间已达到纳秒量级.     

单块晶体2×2光开关

利用晶体的双折射和全内双反射现象以及晶体的电光效应 ,设计了一种单块晶体集成的 2× 2光开关 ,将一个电光调制器和两个光束分束器集成到一块铌酸锂晶体上 ,实现了光束合束、偏振态调制和光束分束三种功能。根据这种光开关的工作原理 ,给出两种开关结构 ,一种是易于级联的垂直入射结构 ,另一种是有较低操作电压的倾斜入射结构 ,并对倾斜入射结构的光开关进行了制作和测试。实验结果表明 :这种集成结构的 2× 2光开关操作电压低 ,串扰小 ,能量损耗小 ,抗干扰 ,稳定可靠 ,适用于各种光学互连网络。     

用于WDM光网络的一种低串扰无损耗光开关矩阵

提出了一种低串扰无损耗的光开关矩阵.该结构是在扩展Benes（DB）结构的基础上通过改进得到的称为改进的扩展Benes（IDB）结构,并通过进一步的改进得到各级改进的扩展Benes（GIDB）结构.理论分析了IDB结构和GIDB结构中串扰产生的机理和对信号的影响,比较了几种结构的信噪比和光交换容量之间的关系.发现随着光交换规模的扩大,GIDB结构相对于DB结构信噪比明显提高.实验研究了4×4的IDB、GIDB结构中串扰引起的误码率降低以及眼图的恶化情况.结果表明GIDB结构能有效减少串扰的影响.