小型化聚合物热光开关及开关阵列的设计与实现

发布时间：2020-09-12 08:41

　　 光开关及光开关阵列作为光通讯系统的重要组成部分,具有通断和切断光路的功能,起着保护光路,波长选择及路由选择的作用,并被广泛地应用于光波分复用(WDM)和光交叉连接器(OXC)中。而有机聚合物材料因其较高的热光系数、低廉的制作成本、光波导加工工艺简单等优点,成为制备光波导器件的理想材料之一,具有广阔的应用前景。随着信息化的快速发展,基于光子的光通信行业也迎来了新的发展要求,光通信器件逐渐向着小型化、低功耗、高速度等方向发展,常见有机聚合物材料所形成的光通信器件,其功耗相对较低,但尺寸较大。本文通过使用折射率差较大的聚合物材料,合理设计器件的结构,能有效降低器件的尺寸,形成低功耗结构紧凑型的聚合物热光开关。本文首先分析了介质平板波导理论,研究了MMI耦合器的工作原理以及材料的热光效应。基于这些理论分析,本文选用了树脂类聚合物材料中折射率差较大的LFR372和ZPU46分别作为波导包层和芯层材料,设计了小尺寸低功耗的2×2MMI-MZI聚合物热光开关。模拟结果显示,光开关器件的功耗仅为7.6mW,串扰为-30dB,开关速度在亚毫秒量级。利用旋转涂覆法、紫外固化工艺、真空镀铝、光刻、反应离子刻蚀(RIE)、套刻电极、切割、研磨抛光等传统微电子加工工艺,成功制备了聚合物波导光开关器件。之后利用六维对准平台对其动态特性和静态特性分别进行测试,测试结果表明,利用聚合物较大的热光系数以及所选取的较大的折射率差,不但能得到低功耗光开关,还能大大减小器件的尺寸,2×2开关的有效尺寸仅为1.76mm×0.127mm。实验测得的2×2MMIMZI热光开关的功耗为8.8mW,串扰为-24.0dB,开关时间为820μs,实验制备得到的光开关与模拟得到的结果相符合。最后利用该2×2MMI-MZI热光开关结构设计并制备了小尺寸的4×4光开关阵列。该开关阵列的有效长度仅为4.77mm。通过微加工工艺成功制备了4×4聚合物光开关阵列。通过测试,开关阵列的最大功耗为26.6mW,串扰为-11.4dB,能基本实现4×4的开关阵列功能。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

图 1.1 OADM 结构示意图插/分复用器（OADM）。作为全光网络核心设备之一，OADM 能够实现波长在光路上的自由上下，即从线路传输光信号中将特定波长通道分出叉连接、复用），使光网络的动态配置能力极大的增强。OADM 通常用

图 1.2 OXC 结构示意图保护。对于全光网络，当网络发生故障后，可以利用光开号从原路切换到合适的光路由上从而避开故障，实现对光简单的 1×2 光开关来实现。

TIR型光开关结构示意图

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本文编号：2817419