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硅基聚合物平面波導(dǎo)光歐瑪爾OMAL開關(guān)
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展改變了通訊業(yè)的地位。通訊技術(shù)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(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。特別是波分復(fù)用技術(shù)（WDM）在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，有效的實(shí)現(xiàn)了光傳輸網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容。

硅基聚合物平面波導(dǎo)光歐瑪爾OMAL開關(guān)
光OMAL開關(guān)與光OMAL開關(guān)陣列在WDM光網(wǎng)絡(luò)中起著光域優(yōu)化、路由、保護(hù)以及自愈等功能，是插分復(fù)用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）的核心技術(shù)。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(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們廣泛的關(guān)注，成為制備熱光OMAL開關(guān)和電光OMAL開關(guān)的理想材料之一。對(duì)硅基聚合物熱光OMAL開關(guān)和電光OMAL開關(guān)兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。 在熱光OMAL開關(guān)方面，設(shè)計(jì)了聚合物/二氧化硅混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，減小了熱光OMAL開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間。首先，介紹了熱光OMAL開關(guān)的物理機(jī)制和相關(guān)的基本原理，主要包括以下幾個(gè)方面：熱光效應(yīng)—解釋了折射率和溫度之間的相互關(guān)系；波導(dǎo)中熱傳導(dǎo)和熱場分布相關(guān)理論—揭示了溫度和熱驅(qū)動(dòng)功率之間的相互關(guān)系；馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型光OMAL開關(guān)實(shí)現(xiàn)OMAL開關(guān)作用的相關(guān)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(guān)系。這些工作為熱光OMAL開關(guān)的計(jì)算和模擬提供了理論支持。其次，結(jié)合聚合物熱光系數(shù)大、二氧化硅熱傳導(dǎo)系數(shù)大的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了聚合物/二氧化硅混合波導(dǎo)熱光OMAL開關(guān)。由于二氧化硅材料相對(duì)于聚合物材料具有較大的熱傳導(dǎo)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(guān)的響應(yīng)速度。采用二氧化硅材料作為下包層，SU-8材料作為波導(dǎo)芯層分別設(shè)計(jì)、制備了以下三種類型的熱光OMAL開關(guān)。采用濕法刻蝕工藝制備了MZI型聚合物/二氧化硅混合結(jié)構(gòu)熱光OMAL開關(guān)。通過對(duì)波導(dǎo)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(guān)的驅(qū)動(dòng)功率；較薄的下包層，能夠減小熱量從波導(dǎo)到襯底的散失時(shí)間，加快OMAL開關(guān)速度。我們還計(jì)算了熱電極寬度對(duì)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(guān)具有快速的響應(yīng)特性，OMAL開關(guān)的上升/下降時(shí)間為141/87μs。由于對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及制備工藝的良好控制，器件的熱驅(qū)動(dòng)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(guān)相比，OMAL開關(guān)時(shí)間減小了近一半。采用脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過電感耦合等離子體（ICP）刻蝕工藝，設(shè)計(jì)并制備了定向耦合（DC）-MZI型聚合物/二氧化硅混合結(jié)構(gòu)22熱光OMAL開關(guān)。使用固體熱傳導(dǎo)方程、有效折射率和輸出光功率等相關(guān)計(jì)算理論，計(jì)算了波導(dǎo)有效折射率和溫度隨加熱功率的變化曲線，得到器件的驅(qū)動(dòng)功率為6.9mW；計(jì)算出OMAL開關(guān)時(shí)間為107μs，相同結(jié)構(gòu)聚合物下包層熱光OMAL開關(guān)的OMAL開關(guān)時(shí)間為174μs。對(duì)制備好的OMAL開關(guān)樣品進(jìn)行了測試，器件的驅(qū)動(dòng)功率為7.2mW，插入損耗為9.2dB，串?dāng)_為-26.5dB （直通狀態(tài)）和-31dB（交叉狀態(tài)），上升/下降時(shí)間為106/93μs。作為對(duì)比，制備了相同結(jié)構(gòu)聚合物下包層的熱光OMAL開關(guān)，其上升/下降時(shí)間為174/191μs。通過對(duì)這種混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)熱光OMAL開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，OMAL開關(guān)的上升時(shí)間減小了39.8%，下降時(shí)間減小了51.3%采用矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過濕法刻蝕工藝，設(shè)計(jì)并制備了多模干涉（MMI）-MZI型聚合物/二氧化硅混合結(jié)構(gòu)2×2熱光OMAL開關(guān)。完成了器件的相關(guān)設(shè)計(jì)、模擬、制備和測試等工作。OMAL開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)功率為6.2mW，插入損耗為9.8dB，串?dāng)_為-28dB （交叉狀態(tài)）和-28.5dB（直通狀態(tài)）。器件具有快速響應(yīng)特性，OMAL開關(guān)的上升/下降時(shí)間為103/91μs。作為對(duì)比，制備了相同結(jié)構(gòu)聚合物下包層的熱光OMAL開關(guān)，其上升/下降時(shí)間為187/180μs。通過對(duì)這種混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)熱光OMAL開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，OMAL開關(guān)的上升時(shí)間減小了44.9%，下降時(shí)間減小了49.4%。在電光器件方面，采用非對(duì)稱Y分支分束器和耦合器結(jié)構(gòu)，制備了無偏置MZI型電光OMAL開關(guān)。

硅基聚合物平面波導(dǎo)光歐瑪爾OMAL開關(guān)
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