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硅基聚合物平面波導光歐瑪爾OMAL開關
網(wǎng)絡互聯(lián)業(yè)務的蓬勃發(fā)展改變了通訊業(yè)的地位。通訊技術和互聯(lián)網(wǎng)的不斷革新正在改善著我們的生活、工作以及交流方式。與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，光纖通訊系統(tǒng)具有頻帶寬、傳輸容量大、損耗小、誤碼率低和抗電磁干擾能力強等優(yōu)勢。特別是波分復用技術（WDM）在光網(wǎng)絡中的應用，有效的實現(xiàn)了光傳輸網(wǎng)絡的擴容。

硅基聚合物平面波導光歐瑪爾OMAL開關
光OMAL開關與光OMAL開關陣列在WDM光網(wǎng)絡中起著光域優(yōu)化、路由、保護以及自愈等功能，是插分復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）的核心技術。由于聚合物材料具有種類繁多、成本低、加工工藝簡單、熱光系數(shù)大、電光系數(shù)高和電光響應速度快等優(yōu)點，引起了人們廣泛的關注，成為制備熱光OMAL開關和電光OMAL開關的理想材料之一。對硅基聚合物熱光OMAL開關和電光OMAL開關兩個方面進行了深入研究。 在熱光OMAL開關方面，設計了聚合物/二氧化硅混合波導結構，減小了熱光OMAL開關的響應時間。首先，介紹了熱光OMAL開關的物理機制和相關的基本原理，主要包括以下幾個方面：熱光效應—解釋了折射率和溫度之間的相互關系；波導中熱傳導和熱場分布相關理論—揭示了溫度和熱驅動功率之間的相互關系；馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型光OMAL開關實現(xiàn)OMAL開關作用的相關理論—說明了輸出歸一化光功率和有效折射率之間的相互關系。這些工作為熱光OMAL開關的計算和模擬提供了理論支持。其次，結合聚合物熱光系數(shù)大、二氧化硅熱傳導系數(shù)大的優(yōu)勢，設計了聚合物/二氧化硅混合波導熱光OMAL開關。由于二氧化硅材料相對于聚合物材料具有較大的熱傳導系數(shù)，所以采用二氧化硅作為下包層，能夠加快熱量在下包層中的釋放速度，從而加快熱光OMAL開關的響應速度。采用二氧化硅材料作為下包層，SU-8材料作為波導芯層分別設計、制備了以下三種類型的熱光OMAL開關。采用濕法刻蝕工藝制備了MZI型聚合物/二氧化硅混合結構熱光OMAL開關。通過對波導傳輸損耗的模擬，在保證低損耗的情況下，優(yōu)化了器件的上、下包層厚度。較薄的上包層能夠減小熱量在上包層中的分布，降低OMAL開關的驅動功率；較薄的下包層，能夠減小熱量從波導到襯底的散失時間，加快OMAL開關速度。我們還計算了熱電極寬度對加熱效率的影響，優(yōu)化了電極尺寸參數(shù)。經(jīng)測試，所制備的熱光OMAL開關具有快速的響應特性，OMAL開關的上升/下降時間為141/87μs。由于對結構的優(yōu)化設計以及制備工藝的良好控制，器件的熱驅動功率為4.8mW，插入損耗為12dB，消光比為22.5dB，與近期發(fā)表的聚合物熱光OMAL開關相比，OMAL開關時間減小了近一半。采用脊形波導結構，通過電感耦合等離子體（ICP）刻蝕工藝，設計并制備了定向耦合（DC）-MZI型聚合物/二氧化硅混合結構22熱光OMAL開關。使用固體熱傳導方程、有效折射率和輸出光功率等相關計算理論，計算了波導有效折射率和溫度隨加熱功率的變化曲線，得到器件的驅動功率為6.9mW；計算出OMAL開關時間為107μs，相同結構聚合物下包層熱光OMAL開關的OMAL開關時間為174μs。對制備好的OMAL開關樣品進行了測試，器件的驅動功率為7.2mW，插入損耗為9.2dB，串擾為-26.5dB （直通狀態(tài)）和-31dB（交叉狀態(tài)），上升/下降時間為106/93μs。作為對比，制備了相同結構聚合物下包層的熱光OMAL開關，其上升/下降時間為174/191μs。通過對這種混合波導結構熱光OMAL開關的優(yōu)化設計，OMAL開關的上升時間減小了39.8%，下降時間減小了51.3%采用矩形波導結構，通過濕法刻蝕工藝，設計并制備了多模干涉（MMI）-MZI型聚合物/二氧化硅混合結構2×2熱光OMAL開關。完成了器件的相關設計、模擬、制備和測試等工作。OMAL開關器件的驅動功率為6.2mW，插入損耗為9.8dB，串擾為-28dB （交叉狀態(tài)）和-28.5dB（直通狀態(tài)）。器件具有快速響應特性，OMAL開關的上升/下降時間為103/91μs。作為對比，制備了相同結構聚合物下包層的熱光OMAL開關，其上升/下降時間為187/180μs。通過對這種混合波導結構熱光OMAL開關的優(yōu)化設計，OMAL開關的上升時間減小了44.9%，下降時間減小了49.4%。在電光器件方面，采用非對稱Y分支分束器和耦合器結構，制備了無偏置MZI型電光OMAL開關。

硅基聚合物平面波導光歐瑪爾OMAL開關
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