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.     

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.     

聚合物定向耦合电光开关的高频响应特性分析

应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换法和镜像法,给出了分析聚合物定向耦合电光歼关高频响应特性的功率传输矩阵新方法,导出了输出功率、上升时间、下降时间、开关时间及截止开关频率的表达式.为了获得较低的传输损耗、较好的阻抗匹配、较小的开关电压以及较高的截止频率,优化设计了器件的波导结构和电极结构.模拟结果表明,所设计器件的开关电压为1.457 V,耦合长度为4.374 mm,开关时间为32.8 ps,截止开关频率为114.7 GHz.与点匹配法的计算结果和实验结果的对比表明,该理论分析方法具有较高的精度.     

聚合物串联耦合双环电光开关的优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型,在1.55 μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为：微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.6 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,微环与微环间的耦合间距为0.6 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.06 nm,开关电压约为6 V左右,插入损耗约为2.2 dB,串扰约为－20 dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭,非谐振光更弱,而且开关电压更低.     

1×N信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N+1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是:微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67～1.26 dB,串扰小于-20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

键合型有机/无机杂化材料加载条形波导电光调制器

相对于普通的有机/无机杂化材料,侧链键合型有机/无机杂化材料能提高生色团的掺杂浓度,避免出现结晶、相分离等现象,同时生色团极化有序性的弛豫因生色团运动受阻而降低,具有较高的热稳定性.本文采用溶胶凝胶法合成了一种性能优良、稳定的侧链键合型有机/无机杂化材料,并将这种材料应用于电光调制器的电光层,利用传统的半导体工艺,采用加载条形波导结构,成功制备了马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)型电光调制器.测试得到电光调制器在1 550 nm波长下10 kHz的响应信号,为键合型杂化材料应用于光电器件的进一步研究打下了基础.     

键合型有机/无机杂化材料加载条形波导电光调制器

相对于普通的有机/无机杂化材料,侧链键合型有机/无机杂化材料能提高生色团的掺杂浓度,避免出现结晶、相分离等现象,同时生色团极化有序性的弛豫因生色团运动受阻而降低,具有较高的热稳定性.本文采用溶胶凝胶法合成了一种性能优良、稳定的侧链键合型有机/无机杂化材料,并将这种材料应用于电光调制器的电光层,利用传统的半导体工艺,采用...     

对称推挽型有机聚合物电光波导调制器

提出了在极化有机聚合物民光波导调制器中使用局域极化结构。利用该结构，能够在电光调制器中实现完全对称的推挽操作。由于将集成光学电光调制器中用的平面电有改为使用眄结构的微带电极，并且将槽一结构用于接地电极，使器件性能发生变化。文中地反映光波与微波的相互作用强度的重叠积分进行了详细计算，并对器件性能的改变进行了比较。结果表明由于局域极化结构的使用，将大大提高器件的调制性能。     

1×|N 信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67~1.26 dB,串扰小于－20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

光纤直接耦合微加工型1×2光开关

设计研制了一种新型小体积,低成本的1×2光纤直接耦合微加工型光开关.该器件使用电磁微线圈驱动一封装在微加工柔性框架上的活动光纤,使其对准另两根固定光纤,实现光路转换.驱动电压为5 V,开关时间小于2 ms,插入损耗达到0.9~1.1 dB.器件构造工艺采用了CNC雕刻技术和EDM技术.本文剖析了器件损耗,用有限元软件ANSYS分析了器件的磁场和弹簧受力而优化结构设计,并报告了器件性能测试.     

聚合物微环电光开关的模拟和优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个完善合理的聚合物微环电光开关的器件模型,并给出了可用以分析微环谐振过程的光强传递函数,据此在谐振波长1 550 nm下对该器件进行了模拟和优化.结果表明：微环波导芯截面尺寸为1.8×1.8 μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.1 μm,电极厚度为0.15 μm,微环半径为15.2 μm,微环与信道间的耦合间距为0.16 μm,光绕微环转300 圈即可形成稳定的谐振状态,此时的谐振时间约为147.4 ps.不加电压时,下信道的插入损耗约为0.8 dB,上信道的串扰约为－26 dB;当取工作电压等于19.7 V为开关电压时,上信道的插入损耗约为0.34 dB,下信道的串扰约为－20 dB.     

两节推挽极化波导Y型耦合器电光开关特性分析（英文）

针对两节独立反相集总电极聚合物Y型耦合器电光开关响应速度慢的问题,通过对该器件两节电光区的波导进行推挽极化,设计了一种无偏置行波电极高速电光开关.为了获得低的驱动电压、良好的阻抗匹配和光波与微波间较小的折射率失配,对电极参数做了设计和优化.通过对施加的方波开关信号做傅里叶变换并结合行波传输线理论,给出了一种用于建模和表征器件高频响应的解析分析法.对该器件的数值计算结果表明,在1 550nm中心工作波长下,其3dB状态电压为0 V,开关电压为2.68V,上分支状态电压和下分支状态电压分别为-1.34V和+1.34V,器件的插入损耗和串扰分别小于3.55和-30dB,10%~90%上升时间和下降时间均为3.90ps,截止开关频率可达128.2GHz.     

聚合物微环谐振器电光开关阵列的优化与模拟

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型.该器件由N-1个微环和N条平行信道构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N条信道的开关功能.以7微环8信道结构为例,在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟.结果表明,微环波导芯的截面尺寸为1.7μm×1.7μm,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为8.1 V左右,插入损耗约为0.23～4.6 dB,串扰小于-20 dB.     

SOI无间距定向耦合光开关模型分析及设计

提出了一种简便可行的ＳＯＩ无间距定向耦合光开关（ＢＯＡ型－Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｑｕｅ Ａｃｔｉｖｅ）模型分析方法，采用等离子体色散效应这种光开关的电学调制机理；而用ｐｎ结大注入效应分析开拳电学性质；并根据大截面单模ＳＯＩ脊形波导理论和上棕分析，设计了利用双模干淑机制工作的这种器件的结构参数和电学参数。     

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.     

300mm×300mm口径电光开关等离子体电极实验研究

 设计并实验了300mm×300mm口径的辉光放电室，利用钮扣阴极和自动预电离条形阴极进行实验，获得了大面积均匀的辉光放电。测量了不同状态下辉光放电的放电延时及等离子电阻。得到了产生大面积均匀辉光放电的最佳条件。     

300mm×300mm口径电光开关等离子体电极实验研究

设计并实验了300mm×300mm口径的辉光放电室,利用钮扣阴极和自动预电离条形阴极进行实验,获得了大面积均匀的辉光放电。测量了不同状态下辉光放电的放电延时及等离子电阻。得到了产生大面积均匀辉光放电的最佳条件。     

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KH56O修饰的有机/无机杂化材料电光波导制备

利用溶胶-凝胶法制备了硅烷偶联剂KH560修饰的有机/无机杂化电光材料,分析了KH560的水解缩合的反应机理.对制备好的电光薄膜进行了表面形貌、折射率和电光特性的表征,并用反射法测量得出了该材料的电光系数为3.5pm/V.针对这种材料柔韧的特性,设计了上加载条形电光波导,并利用Opti-BPM软件模拟了二维和三维光场....     

一种基于光纤阵列的高速电光开关系统

提出了一种基于光纤阵列的新型电光开关,设计了高速电光选通电路.经实验测得,高压选通电路可获得电压幅度6 000 V可调,前、后沿小于30 ns,触发晃动小于1 ns,脉冲宽度为100 ns可调的高压矩形脉冲.用小口径电光晶体实现了大的通光口径、快的开关速度的惯性约束核聚变驱动系统光开关.选出了在100 ns标称开关速度内所关心的光信息,满足了惯性约束核聚变驱动系统中大的通光口径和均匀性的要求.