光分组交换矩阵的实验研究

对光交换矩阵的基本机理进行了研究,介绍了所研制成功的光分组交换矩阵的基本结构、功能、性能和相关的实现技术,重点分析了质子交换型铌酸锂（APE：LiNbO3)光波导开关与相应的系统技术,给出了2．5Gbit/s异步转移模式（ATM）光信元交换实验研究结果。     

光波导开关的最新进展

随着光纤通信技术的不断发展，作为光分插复用（OADM）和光交叉互联（OXC）核心器件的光开关作用日益突出。文章从开关单元结构、材料及调制机理三个角度对波导开关进行了划分，阐述了波导开关的基本原理以及当前的研究进展，对面临的一些技术挑战进行了分析，并提出了自己的观点。     

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.     

载流子色散型硅基CMOS光子器件

为了实现硅基单片光电子集成器件的实用化,介绍了采用P-I-N、双极型场效应晶体管、金属氧化物半导体和PN结结构的载流子色散型硅基CMOS光子器件的发展状况和特点,并汇报了硅基CMOS光子器件的设计和制作方面的工作.利用商业的CMOS工艺线制作的器件获得了较好的结果,光调制器消光比约18 dB,1×2光开关消光比约21 dB,谐振环的消光比8～12 dB.采用CMOS技术研制硅基光子器件,将能使集成光子学的发展上一个新的台阶.     

与偏振无关的双向3×3光开关结构设计

利用传统成熟的偏振控制技术，设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器、反射镜和四分之一波片构成的3×3光开关。该光开关具有结构紧凑规整、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。根据其路由控制表对该3×3光开关交换模块功能的实现进行了分析，结果表明，通过对各相位型空间光调制器状态的调整，控制通过其信号光的偏振态，完成信号光的路由，该交换模块可以完成输入信号光的全排列无阻塞输出与交换。同时，该交换模块具有一定的扩容和重构能力，对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

载流子色散型硅基CMOS光子器件

为了实现硅基单片光电子集成器件的实用化,介绍了采用P-I-N、双极型场效应晶体管、金属氧化物半导体和PN结结构的载流子色散型硅基CMOS光子器件的发展状况和特点,并汇报了硅基CMOS光子器件的设计和制作方面的工作.利用商业的CMOS工艺线制作的器件获得了较好的结果,光调制器消光比约18 dB,1×2光开关消光比约21 dB,谐振环的消光比8～12 dB.采用CMOS技术研制硅基光子器件,将能使集成光子学的发展上一个新的台阶.     

GaAs2×2Mach-Zehnder光波导开关调制器

报道了GaAs2×2非对称Mach-Zehnder光波导开关调制器的研制结果,分析了这种开关的工作原理和产生串音的因素.采用两个非对称X型耦合器代替传统的Y分支耦合器,得到了性能良好的X型3dB耦合器.λ=1.15μm时,器件的串音比小于-22.4dB,开关电压约1.2V.     

与偏振无关的双向3×3光开关结构设计

利用传统成熟的偏振控制技术,设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器、反射镜和四分之一波片构成的3×3光开关。该光开关具有结构紧凑规整、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。根据其路由控制表对该3×3光开关交换模块功能的实现进行了分析,结果表明,通过对各相位型空间光调制器状态的调整,控制通过其信号光的偏振态,完成信号光的路由,该交换模块可以完成输入信号光的全排列无阻塞输出与交换。同时,该交换模块具有一定的扩容和重构能力,对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

硅基波导慢光器件及其应用

硅基波导慢光器件是构建全光智能互连和实时高速测控等下一代信息技术的关键器件,在光通信和光信息处理等诸多领域具有显著的技术优势和巨大的应用潜力.随着器件结构的不断创新以及微电子制造技术的不断升级换代,硅基波导慢光器件愈来愈走向实用化.文章介绍了慢光的基本原理,概述了当前国内外硅基波导慢光器件的研究进展,着重分析了基于微环谐振腔的硅基波导慢光器件,并指出了它在具体应用领域中的发展前景.     

氧离子注入隔离的全内反射型光波导开关

研制了一种全内反射型InGaAsP/InP光波导开关。采用氧离子注入形成的高阻特性来作为载流予注入区的隔离。由此获得陡峭的反射面,改善了光开关的性能。在入射光波长为1.3um,注入电流为32mAT得到光开关反射端消光比为18dB,无注入时的关态串话为-19dB.     

Digital optical switch based on amorphous silicon waveguide

In this paper, the performance of a digital optical switch, operating at the infrared communications wavelength of 1550 nm and based on the thermo-optic effect in amorphous silicon, are investigated. We prove that the strong thermo-optic effect of amorphous silicon, combined with the possibility of realising micrometric integrated structures, allow the design of promising integrated switches. The device, designed for low-cost photonic applications, could be easily integrated in silicon optoelectronic circuits.     

SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃。在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数字式光开关功能。实验中,器件结构引起的光损耗为0.3 dB,开关功率为130~150 mW,开关时间约为50μs,相邻输出端之间隔离度为15 dB。与马赫-曾德尔干涉仪型的2×2热光开关和等离子体效应热光开关的最新结果进行比较证明了该数字式热光开关的先进性。     

基于Norland紫外固化胶的热光开关器件

采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶（NOA）制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体（ICP）方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5μs。实验结果表明：NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。     

Thermo-Optic Switch using Fluorinated Silicon Oxide and Organic Spin-on-Glass Films

A thermo-optic switch in a thin-film optical waveguide was investigated. Fluorinated silicon oxide (SiOF) and organic spin-on-glass (SOG) films were used as core-layer and clad-layer, respectively, in the waveguide structure. The SiOF films were formed at 23#x00B0;C by a liquid-phase deposition (LPD) technique using a supersaturated hydrofluosilicic acid (H₂SiF₆) aqueous solution. Thermal coefficients of the refractive indices for LPD-SiOF and organic SOG films formed on silicon (Si) substrates were #x2212;4.0 #x00D7; 10^#x2212;6/#x00B0;C, #x2212;60 #x00D7; 10^#x2212;6/#x00B0;C at the wavelength of 632.8 nm, respectively. A high extinction ratio of 15 dB was obtained for this switch at the applied voltage of 12.8 V.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

Compact four-channel reconfigurable optical add-drop multiplexer using silicon photonic wire

We designed and fabricated a four-channel reconfigurable optical add-drop multiplexer based on silicon photonic wire waveguide, which is controlled through the thermo-optic effect. The effective footprint of the device is about 1000 × 500 μm². The minimum insertion loss including the transmission loss and coupling loss is about 10.7 dB. The tuning bandwidth is about 17 nm, the average tuning efficiency about 6.11 mW/nm and the tuning speed about 24.5 kHz.     

新型SOI基3×3多模干涉波导光开关的优化设计

提出了一种基于SOI材料的新型3×3多模干涉(MMI)波导光开关,在开关的多模波导中引入折射率调制区,利用硅的等离子色散效应改变多模波导局部区域的折射率,使得光场在传输过程中的相位发生变化,进而确定输出光场位置,实现开关功能。采用有限差分光束传播法(FD-BPM)方法对开关的各个状态进行了模拟和分析,并对器件的结构参量进行了优化设计,采用优化后的结构参量,开关可实现的最大消光比达到-17.27 dB。     

基于硅基光子器件的Fano共振研究进展

硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段.采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注.Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称且尖锐的谐振峰,传输光的强度在共振波长附近从0突变为1,该机制可显著提高硅基光开关、探测器、传感器,以及光非互易性全光信号处理的性能.本综述分析了Fano共振的一般数学表述,总结了当前硅基光子微腔耦合产生Fano共振的理论模型研究现状,讨论了不同类型硅光器件实现Fano共振的方法,比较各种方案优劣及适用场合,梳理了Fano共振在全光信号处理方面的应用研究情况.最后探讨存在的一些问题及未来可能的相关研究方向.     

硅树脂材料热光特性的测试与分析

用激光-V棱镜装置测得耐热型硅树脂在632.8nm和650nm波长上的热光系数分别为-3.3×10-4/℃和-3.6×10-4/℃。以石英玻璃为衬底,用该材料制作了平板波导,用棱镜耦合法测量了不同温度下波导的有效折射率,利用平板波导模式本征方程求解出不同温度下导波层的膜厚与折射率,分析了有效折射率随温度变化的特点。根据导波层折射率与厚度的变化和高分子材料的克劳修斯莫索提公式,分析出该材料的极性分子较大,是引起负热光系数大的原因。该材料适合用于研制低功耗、与塑料光纤匹配的短距离光通信热光开关。