低功耗聚合物Mach-Zehnder热光开关

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌,通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑,在通信波段1550nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为-15dB,驱动功率为16mW.引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,经测量开关上升时间为1.2ms,下降时间为0.8ms.

有机聚合物热光开关的研究进展

对热光开关的研究现状进行了综述，并提出一种推挽式全内反射型新结构。

1×2全内反射型有机聚合物热光开关的研制

给出了完整的全内反射型有机聚合物热光开关的设计方案 ,并研制成功了 1× 2光开关 .所研制的X结结构全内反射光开关 ,在交叉态 ,具有约 2 5dB的消光比 ;在全反射状态下 ,消光比达 2 2dB ,相应的驱动功率约为 15 8mW(驱动电压 3 2V ,相应的驱动电流 49 4mA) .

一种改进的2×2 SOI Mach-Zehnder热光开关(英文)

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03dB,插入损耗-0.6dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为-6.8dB,其中包括光纤-波导耦合损耗-4.3dB,开关时间为6.8μs.

一种可以提高热光开关阵列可靠性的驱动电路的设计(英文)

分析了加热器对热光开关阵列可靠性的影响并在此基础上提出了一种改进的驱动电路,使4×4 简化树形结构的光开关的阵列的可靠性从78.87%提高到97.04%。模拟及实验结果表明该控制和驱动电路可以为热光开关阵列提供适当的驱动电流。

有机聚合物PMMA/DR1热光开关

利用光漂白方法在 PMMA/DR1有机聚合物光波导上制备出 Mach- Zehnder干涉型耦合器 ,形成低开关功率的 2× 2热光开关 ,在 1 .0 64μm波长处实现了光开关效应 .

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.

SOI热光开关调制区结构与速度和功耗关系的有限元法分析

利用有限元法分析了调制区内二维温度场的静态和动态分布 .结果表明 ,上包层 Si O2 厚度的减小 ,有利于开关速度的提高和功耗的减小 .增加埋层 Si O2 的厚度或引入绝缘槽 ,能有效降低器件功耗 ,但开关时间随之增加 .电极的尺寸对开关性能影响较小 .如果采用全体硅材料制作光开关 ,开关速度能达到 5 μs,但功耗将增至 0 .92 W.

高可靠性16×16 SOI热光开关阵列

在分析加热器对热光开关阵列可靠性影响的基础上,提出了一种新的热光开关阵列控制和驱动电路.分析表明,在假设加热器失效率为5%的情况下,新控制和驱动电路可以使16×16 SOI热光开关阵列的可靠性从34.99%提高到92.30%.同时,采用引入控制信号预处理模式,使封装后的热光开关阵列控制端口数从34个减少到10个.在采用新的控制和驱动电路基础上,研制出高可靠性的16X16 SOI热光开关阵列.

基于加载条形光波导结构的聚合物热光开关

为解决有机/无机杂化材料薄膜厚度较薄且难加工等问题,设计并制作了一种基于加载条形光波导结构的MZI(Mach-Zehnder Interferometer)型快速、低功耗热光开关器件。聚合物材料具有较低的热导率和较大的热光系数,能有效降低器件的功耗,以热导率相对较大的Si O2的衬底作为下包层,可有效加快器件响应时间。采用热光系数较大的有机/无机杂化材料DR1/Si O2-Ti O2作为波导芯层,以聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物(P(MMA-GMA):Poly-Methyl-Methacrylate-Glycicly-Methacrylate)作为加载条波导,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA:Polymethyl Methacrylate)作为波导上包层,设计了热光开关器件。采用COMSOL软件模拟了器件的光场和热场分布,采用微加工工艺并结合光漂白技术进行了开关器件的制备。并在1 550 nm工作波长下测试开关器件的性能。可在缩短器件响应时间的同时降低器件的功耗,驱动功率为9.2 m W,消光比为21.2 d B,开关的上升、下降时间分别为152.8μs和180.0μs。

SOI热光开关电学模型设计和应用

从控制和驱动电路设计者的角度,设计了Mach-Zehnder干涉仪型SOI热光开关的电学模型,对模型的电学特性进行的模拟及实验电路验证表明所设计的模型可以用来在电学实验中取代SOI热光开关,最后讨论了电学模型的应用。

一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关集成器件的设计

设计了一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关的集成器件.利用Rsoft软件设计并模拟了多模干涉热光开关的性能,可实现输出光场强度随电极加热温度变化.设计了螺旋结构的延迟线阵列,利用BPM软件对螺旋结构波导进行数值模拟,综合考虑器件尺寸和损耗参量设计出螺旋结构的弯曲半径.将延迟线阵列结构与热光开关进行集成,能够实现热光控制的聚合物延迟线阵列,该器件可实现的最大延迟时间为399.4ps,延迟间隔为9.2ps.以SiO2为下包层,SU-8紫外固化光刻胶为波导芯层,聚甲基丙烯酸甲脂为上包层,采用旋涂、光刻、湿法腐蚀等工艺制备了1×4延迟线阵列与MMI热光开关的集成器件,测试得到了延迟线阵列的近红外输出光斑,插入损耗为15~19dB.

有机/无机复合功能材料倒脊型波导热光开关

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链,可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比,具有较高的热光系数(量级为10-4/K),以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配,设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10dB,驱动功率15mW,开关时间小于1ms,消光比15dB.

基于Norland紫外固化胶的热光开关器件

采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶(NOA)制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体(ICP)方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5μs。实验结果表明:NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。

二氧化硅波导马赫-泽德型2×2热光开关损耗对设计与加工精度的依赖性研究

用有限差分光束传播法(Three-dimensional beam Propagation Model,3D-BPM)三维模拟技术,系统研究了基于单模波导定向耦合器的马赫-泽德2×2热光开关对器件的设计方法及加工精度的依赖关系。由于器件的光学损耗与器件结构误差有很大的影响,所以将实际测得的加工误差转换为公差后引入到设计中,对器件的性能进行优化,使器件的插入损耗改进到1.5d B以下,即芯片上的光损耗减小到0.5d B以下,隔离度提高到20d B以上,可提高实际产品设计与生产的成功率。

高热稳定性氟化聚酰亚胺的合成及在热光开关中的应用

用一种新型超支化氟化聚酰亚胺(FHBPI)作为波导材料制备了聚合物热光开关.采用DSC、TGA、近红外吸收谱和原子力显微镜(AFM)等方法对FHBPI的热稳定性及光学特性进行了表征.结果显示,FHBPI的玻璃化转变温度为189℃,在空气中5%的热失重温度为596℃,表明具有良好的热稳定性;旋转涂膜法制备的FHBPI薄膜具有良好的成膜性;薄膜表面粗糙度为0.54 nm;FHBPI在光通信波段有较小的吸收损耗,适合制备低损耗的光波导器件;用FHBPI-50为波导芯层材料,FHBPI-30为包层材料,设计制作的热光开关响应上升时间为267.9μs,下降时间为254.1μs.

有机聚合物热光开关及阵列的研究进展

解释了有机聚合物热光开关机理和分类情况,进而讨论了可制备热光开关的聚合物材料的研发进展,最后重点阐述有机聚合物热光开关及其阵列的发展状况与趋势。

采用PMMA的M-Z型热光开关性能的有限元分析

应用有限元法对采用有机聚合物PMMA的M-Z型热光开关进行了分析,重点考察了器件的的功耗和速度,计算结果表明此类结构的光开关的功耗可低至3.6mW,比硅材料的SOI热光开关的功耗低两个数量级,这对于大规模的的集成非常有利,同时开关的上升和下降时间可达到14ms和16ms.

溶胶凝胶涂敷光纤耦合器热光开关的研究

实现一种简易的热光开关,利用有机-无机混合溶胶凝胶材料的温敏特性,在光纤耦合器表面涂敷了一层温敏薄膜,通过温度改变了耦合器的折射率分布。当薄膜的折射率大于耦合器的石英材料折射率时,耦合器的传输损耗高,会发生光的抑制,反之则能够正常通光。利用温度变化这一特性,设计热光开关的装置,该装置成本低,制作简便,稳定性高,有一定的使用价值。

基于马赫-曾德尔干涉仪的1×8硅基热光开关

设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关,该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度,利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明:在1550 nm工作波长下,该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB;所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB;开关响应时间小于60μs。