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数字型集成热光光开关阵列波导研究

张冰娜  
【摘要】:光开关不但是光交换的核心器件,也是影响全光网络性能的主要因素之一。结合聚合物材料自身性能的优势,研究聚合物热光光开关及其阵列具有非常重要的意义。本文的主要工作围绕对聚合物数字型热光开关阵列的性能模拟、分析和优化展开,从开关阵列的基本组成单元出发,首次提出了用B样条泛函逼近的理论对集成光学中的基本单元——S形弯曲进行优化的方法,还提出了两种减少交叉波导串扰的方法,并首次给出其具体的计算公式,最后设计了1×8和4×4光开关阵列,并对其性能进行了模拟,具体包括以下内容: 首先简单介绍了对光开关阵列进行计算机辅助设计和分析所使用的数值计算方法,并重点介绍了光束传播法及其使用中的注意事项。介绍了进行单模波导设计的一般步骤,并首次用光束传播法(BPM)对Y分支数字型热光开关单元的工作原理进行详细模拟和分析,通过设计实例说明了Y分支各参数的优化模拟过程。 其次对光开关阵列中广泛使用的S形弯曲展开了详细论述,对集成光学中常用的几种实现S形弯曲的方法进行了对比和讨论,首次提出了用B样条泛函逼近的理论优化S形的方法。 接着对光开关阵列中的基本单元——交叉波导进行了分析,提出了两种减小交叉波导串扰的方法—— 交叉区加宽和使交叉部分钝化,并首次给出了具体的计算公式。 最后在前面各项内容分析讨论的基础上,对光开关阵列1×8和4×4光开关阵列进行性能模拟和设计优化,进一步验证了前面所得的结论,对存在的问题进行阐述。还设计了8个1×2光开关在2英寸衬底上的掩膜板。 随着集成光波导器件的发展,各大光通信公司已推出将多种集成光学器件集成到一起的芯片(例如将AWG、光开关和光衰减器集成到一个芯片上),S形弯曲、交叉波导作为集成光学中实现光互连必不可少的元素之一,对其进行深入透彻的研究非常有意义。同时,随着器件结构变得越来越复杂,掌握对其进行计算机辅助设计和优化的方法,对光集成器件的实用化和产业化非常重要。


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