硅基二氧化硅热光开关的研究

发布时间：2017-03-22 21:14

  本文关键词：硅基二氧化硅热光开关的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光开关矩阵是组成大规模光交换系统的核心器件之一,并且广泛应用于各种光网络中。单晶体硅与硅化物的优势在于硅的热传导效率很高、波导损耗很小、工艺成熟易于集成,现实中对于它的利用率同样很高,具有很好的发展前景。在硅基二氧化硅热光开关的研究中,光开关在制备工艺上有着一定的困难与不成熟,所以本文主要使用Optiwave公司研发的软件对耦合器、光开关以及大型光开关阵列进行优化设计。主要研究内容包括:(1)根据对热光开关的特性以及其各项参数的研究,提出优化方案。(2)通过OptiBPM软件优化设计的MZI(Mach-Zehnder interferometer)型开关单元,并对其光路进行性能仿真得到其光路传输时的归一化功率与折射率变化图。(3)根据相移器原理设计加热电极结构,同时通过COMSOL有限元仿真软件对电极的热传导特性进行性能仿真,得到Si基SiO2与SOI光波导热光效应仿真输出。(4)在2×2光开关单元的优化设计基础上,按网络结构构建8×8矩阵光交换模块,通过Opti-System软件对2×2,4×4 MZI型Si基SiO2光开关阵列的性能进行仿真与分析,并测量出各输出端口的能量输出功率。
【关键词】：热光开关 加热电极 光开关矩阵 硅基二氧化硅
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 光开关传统作用及其分类9-10
• 1.2.1 光开关的传统作用9-10
• 1.2.2 光开关的分类10
• 1.3 光开关技术的研究现状10-12
• 1.4 本论文的主要研究内容12-13
• 第二章 光波导理论基础13-25
• 2.1 光波导理论13-16
• 2.1.1 平板波导的波方程13-15
• 2.1.2 平板波导模式分析15-16
• 2.2 矩形波导16-20
• 2.2.1 矩形波导理论模型16-18
• 2.2.2 矩形波导的导模分析18-20
• 2.3 矩形波导耦合理论20-21
• 2.3.1 耦合模方程20
• 2.3.2 定向耦合器20-21
• 2.4 MZI热光开关的性能参数及其开关原理21-24
• 2.4.1 光开关的性能参数21-23
• 2.4.2 MZI热光开关原理23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 对MZI热光开关单元器件设计、模拟及优化25-37
• 3.1 定向 3dB耦合器的模拟优化25-29
• 3.1.1 加热电极设计的要素25-26
• 3.1.2 3dB耦合器设计要素26-27
• 3.1.3 设计规格及模拟分析27-29
• 3.2 定向 3dB耦合器型MZI热光开关的设计模拟29-32
• 3.2.1 对称 3dB耦合器MZI热光开关29-31
• 3.2.2 非对称 3dB耦合器MZI热光开关31-32
• 3.3 多模干涉(Multimode Interference MMI)耦合器的模拟优化32-36
• 3.3.1 对称MMI耦合器型的MZI光开关的模拟优化34
• 3.3.2 非对称MMI耦合器型的MZI光开关的模拟优化34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 加热电极的设计与光波导仿真37-50
• 4.1 热光效应基础37-39
• 4.1.1 热光系数37-38
• 4.1.2 热光效应38-39
• 4.2 热传导理论基础39-40
• 4.2.1 傅立叶定理39
• 4.2.2 导热系数39-40
• 4.3 热光效应的仿真方式40-42
• 4.4 热学模型的建立42-46
• 4.4.1 热传导方程的建立42-43
• 4.4.2 边界条件的设置43-45
• 4.4.3 加热电极的设计45-46
• 4.5 光波导仿真结果46-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 矩阵光开关的网状结构50-55
• 5.1 Crossbar型光开关网状结构介绍50-51
• 5.2 Banyan型光开关网状结构模拟分析51-52
• 5.2.1 Banyan型光开关网状结构51
• 5.2.2 扩展Banyan型网状结构51-52
• 5.3 对Banyan矩阵开关进行模拟分析52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 攻读硕士期间的学术成果56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-59

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