铌酸锂薄膜高速电光开关的设计与制备

基于硅基铌酸锂薄膜(Lithium Niobate on insulator,LNOI)材料平台,设计并制备了高速电光开关芯片,并实现了芯片的光纤耦合、管壳封装和性能测试。测试结果表明,该高速电光开关器件的开关速度达到13.4 ns,消光比达到31.8 dB。研究工作对未来研制光学延时芯片和波束形成网络芯片具有重要的支撑意义。

聚合物2×2定向耦合型电光开关

设计并制作了一种聚合物2×2定向耦合型电光开关.针对溶胶-凝胶法合成的有机/无机杂化电光材料膜厚较薄的情况,采用一种加载条形波导结构,利用掺有环氧丙脂的聚甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸缩水甘油脂作为引导层,在电光薄膜上构成定向耦合器,通过紫外光刻、反应离子刻蚀、电晕极化等工艺,制备了聚合物定向耦合型电光开关,并采用共面波导行波电极以电推挽方式工作.经测试,其器件损耗约为16dB,开关电压9V.

1×N信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N+1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1550nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是:微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5μm,电极厚度为0.2μm,微环半径为13.76μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,输出光谱的3dB带宽约为0.05nm,开关电压约为12.6V,插入损耗约为0.67～1.26dB,串扰小于-20dB,开关时间约为11.35ps.

等离子体电极电光开关实验研究

设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为８０ｍｍ×８０ｍｍ的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法。

聚合物微环电光开关的模拟和优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个完善合理的聚合物微环电光开关的器件模型,并给出了可用以分析微环谐振过程的光强传递函数,据此在谐振波长1550nm下对该器件进行了模拟和优化.结果表明:微环波导芯截面尺寸为1.8×1.8μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.1μm,电极厚度为0.15μm,微环半径为15.2μm,微环与信道间的耦合间距为0.16μm,光绕微环转300圈即可形成稳定的谐振状态,此时的谐振时间约为147.4ps.不加电压时,下信道的插入损耗约为0.8dB,上信道的串扰约为-26dB;当取工作电压等于19.7V为开关电压时,上信道的插入损耗约为0.34dB,下信道的串扰约为-20dB.

重频应用下等离子体电光开关热退偏损耗分析

基于有限元数值方法,给出电光晶体KDP在高平均功率激光负载下温度场分布和应力场分布。在此基础上得到了折射率随温度变化、电光系数随温度变化、及应力双折射引入的退偏损耗。数值模拟显示:电光系数随温度变化和应力双折射是引起开关退偏损耗的主要因素。当入射激光平均功率为40 W、辐照时间为420 s时,KDP晶体最高温度为38.43℃,电光系数随温度变化及应力双折射引入的最大退偏损耗分别为2.38%和4.04%。实验测量了应力双折射导致的退偏损耗,实验结果和理论结果符合较好。

用于多程放大系统光束反转器的等离子体电极电光开关(英文)

等离子体电极电光开关将用在多程放大系统光束反转器中 ,作为输出控制和抑制主放大前系统内的自激振荡 ,由于光束反转器空间限制 ,等离子体电极电光开关采用一体化结构设计。介绍了紧缩型等离子体电极电光开关特性 ,以及在多程放大系统中的应用。实验结果表明 ,等离子体电极电光开关具有优良的开关性能 ,全口径静态透过率为 94 % ,开关效率为98 9% ,能够有效抑制放大器产生的自激振荡。

由级联紫外电光开关控制准分子激光的自发辐射放大

考虑高功率准分子激光系统的自发辐射放大(ASE)会导致主脉冲信号对比度下降,引起波形展宽和畸变,本文开展了级联双电光开关的研究来抑制ASE的产生并提高激光脉冲信号的信号对比度。探讨了电光开关的级联工作模式,分析了影响电光开关削波对比度的因素,进而提出采用级联工作方式来大幅度地提高削波对比度。在单电光开关的基础上,设计了级联电光削波的光路布局。其中,前一级电光开关的检偏器作为后一级的起偏器,电路则采用分立式以避免相互之间的串扰。采用级联双电光开关对低占空比预放大器进行了ASE控制实验。实验结果显示,级联双电光开关的削波对比度达到了104量级,而预放大器的放大输出信号对比度提高到106量级,此结果有利于激光脉冲信号在系统中后续放大级的进一步放大。

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.

低驱动电压的铌酸锂电光开关研究

为了降低电光开关的驱动电压,采用将铌酸锂晶体置于法布里-珀罗腔内的方法进行了实验研究,得到了电光开关透过特性随驱动电压的变化关系。结果表明,与采用正交偏振片的电光开关相比,法布里-珀罗电光开关的驱动电压大幅降低,由约2.1kV下降到约580V,产生光脉冲的上升沿明显缩短,由284μs减少至128μs。理论计算了法布里-珀罗电光开关透过特性随驱动电压的变化关系,计算结果与实验结果符合得较好。

聚合物定向耦合电光开关的模拟和优化

阐述了定向耦合电光开关的基本结构及工作原理,利用耦合模理论和电光调制理论,在1550nm波长下,对器件的结构参量进行了优化,并对其传输光谱、开关电压、插入损耗、串扰等特性进行了分析.模拟过程中,考虑了因金属电极和聚合物材料引起的模式损耗.器件的结构参量优化值为:波导芯截面尺寸为1.7×1.7μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.5μm、电极厚度为0.15μm,波导间的耦合间距为2.0μm,相应的耦合长度为2926μm.模拟结果表明,本文所设计的器件在开关转换电压0和17.4V下,在1534到1565nm的波长范围内,器件的插入损耗小于0.16dB,串扰小于-20dB,耦合区在2734～3120μm范围内,器件的插入损耗小于0.22dB,串扰小于-20dB.

一种低驱动电压的电光开关设计

介绍了一种基于法布里-珀罗标准具的电光开关,对开关的工作原理进行了分析,并对开关的结构进行了设计。以铌酸锂晶体为例,计算了开关透过特性随驱动电压、激光波长的变化规律。结果表明,在晶体参数相同的情况下,这种法布里-珀罗标准具开关与采用正交偏振片的电光开关相比,可以大幅降低电光晶体的驱动电压,同时还具有较好的选模能力。

300mm×300mm口径电光开关等离子体电极实验研究

设计并实验了３００ｍｍ×３００ｍｍ口径的辉光放电室，利用钮扣阴极和自动预电离条形阴极进行实验，获得了大面积均匀的辉光放电。测量了不同状态下辉光放电的放电延时及等离子电阻。

两级串联式电光开关高压快脉冲源的研制

研制了一种纳秒级同步延时的两级串联式电光开关高压快脉冲源,它具有延时精度高且可调、稳定性好、体积小且成本低的优点。在开关器件两端并联一个高压大电流快速开关二极管,有效地抑制了高压快速放电瞬间引线电感引起的过冲及振荡;采用光电隔离器将低压延时电路与高压开关电路隔离,防止了高压脉冲对低压延时信号的干扰;高压脉冲高电平最大值为1200 V,下降沿约为9 ns,零电平宽度在200 ns～15μs之间可调,同时两路高压脉冲相对时间抖动小于1 ns;两级电光开关串联通过腔外光学斩波将连续激光转化成了双快沿脉冲,其上升沿和下降沿均在10 ns左右,重复频率和脉宽分别在1～10 kHz和10～100 ns内范围连续可调。

反相电极聚合物定向耦合电光开关的优化设计

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响,应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法,优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明,该器件具有良好的开关性能:在1550nm的工作波长下,器件耦合区的长度为4753.5μm,交叉态电压为1.22V,直通态电压为2.65V,插入损耗小于2.21dB,串扰小于-30dB.通过微调状态电压,可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.

1×N聚合物微环谐振器电光开关阵列特性研究（英文）

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型。该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成，在微环上施加不同方式的驱动电压，可以实现条信道的开关功能。以1×8信道结构为例，在1550nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和分析模拟。结果为：微环波导芯的截面尺寸为1．7×1．7μm2，波导芯与电极间的缓冲层厚度为2．5μm，电极厚度为0．2μm，微环半径为13．73um，微环与信道间的耦合间距为0．14um，输出光谱的3-dB带宽约为0．05nm，开关电压约为12．3V，插入损耗约为0．661．24dB，串扰约为-20dB。

用于紫外激光脉冲电光开关的驱动脉冲源

利用雪崩晶体管作为高速开关器件、根据并联充电、串联放电原理设计了一种串并联相结合的MARX电路,以该电路为基础设计了一种低抖动高压脉冲驱动源,并将其应用于紫外激光脉冲的电光开关削波系统。通过同步调节器调节高压驱动脉冲和激光电光系统的时间匹配度,获得了驱动电脉冲与电光开关耦合的最佳工作状态;对匹配过程中的电光开关工作状态以及激光脉冲压缩过程进行了分析和研究,当高压驱动电脉冲幅度为2 690 V,脉宽为7.9 ns时,可以将脉宽为7.1 ns的紫外激光脉冲压缩至2.1 ns,KDP晶体的透光率达到了92.2%,电光开关的效率达到了31.7%。

聚合物串联耦合双环电光开关的优化

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型,在1.55μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为:微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6μm2,波导芯与电极间的限制层厚度为1.6μm,电极厚度为0.15μm,微环半径为15.2μm,微环与信道间的耦合间距为0.14μm,微环与微环间的耦合间距为0.6μm,输出光谱的3dB带宽约为0.06nm,开关电压约为6V左右,插入损耗约为2.2dB,串扰约为-20dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭,非谐振光更弱,而且开关电压更低.

由液晶电光开关构成的光学逻辑与存贮器件

本文报道由液晶电光开关构成的光学逻辑门和双稳态存贮器件.这些器件具有结构简单和可靠性高的特点,是进行光学数字计算的理想实验元件.

KTP电光开关静态双折射补偿研究

比较了三种常用电光晶体(LiNbO3晶体、KD*P晶体和KTP晶体)的Q开关特性,肯定了KTP晶体作为优异电光Q开关的极大潜力,同时也分析了温度变化对KTP电光Q开关透过率的影响,得出只有采用相同的两块KTP正交放置的Q开关,才能根本上补偿静态双折射,保证关门稳定性,提高激光系统的可靠性。