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光注入全内反射型光开关的研究

占恒正  
【摘要】: 随着光网络和光通讯的发展,以及光交换概念的提出,光开关及开关列阵起着越 来越重要的地位,同时对光开关性能要求也越来越高。 传统的MEMS光开关、热光开光、液晶光开光的开关速度都为ms量级,基本上 达不到光交换的要求,而传统的电光开光有着很高的偏振敏感性,同样很难达到光 交换的要求。光控制光开关的开光速度可以达到ps量级,并且对偏振的敏感性不高, 通过对开光结构的设计和优化,其性能指标也可以达到实用要求,因此对光控制光 开光的研究具有实际的理论意义和应用价值。 本论文首先阐述了光控制光开光的原理、光生载流子的模型,以及光生载流子影 响折射率变化的模型,分析了三维波导的结构对传输光波的影响。从理论上分析了 展宽型多模波导对非对称Y分叉结构的光开关的性能的改善,提出一种设计展宽型 Y分叉全内反射光开关反射区宽度的近似计算方法。然后用FD-BPM对展宽型Y分 叉全内反射光开关进行模拟和分析,设计了全内反射型非对称Y分叉光开关。在展 宽型Y分叉的基础上,提出了隔离型非对称Y分叉全内反射结构,通过对隔离型非 对称Y分叉的结构参数的分析,在理论上可以设计出消光比达到40dB以上的全内 反射型光开光。 采用反刻法和剥离法,完成了光注入非对称Y分叉结构的脊型GaAs光控制光 开关制作。利用红外摄像机采集的光开关输出的近场分布,采用对场光场能量高斯 拟合的近似方法,测得该关注入光开关的直通端的消光比可以达到8dB,而反射端 的消光比则至少可以达到18dB以上。器件的指标的精确测量则需要在芯片封装完 成后作进一步的测量。


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