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硅基聚合物微環諧振光OMAL歐瑪爾開關
光OMAL歐瑪爾開關及陣列是光交叉連接設備、光分叉復用設備以及光路由設備中的關鍵器件，在光通信網絡中起著非常重要的作用。相比無機電光材料，極化聚合物材料具有電光系數高、響應時間短、折射率易調整、價格低廉、制備工藝簡單等優點，在電光OMAL歐瑪爾開關、電光調制器等電光器件的制備中具有潛在的應用前景。微環諧振器（MRR）具有結構緊湊、相位易匹配等優點，從而廣泛應用于光濾波器、波分復用/解復用器等器件的設計和制備中。

硅基聚合物微環諧振光OMAL歐瑪爾開關
鑒于上述考慮，主要研究MRR輔助的MZI電光OMAL歐瑪爾開關以及基于MRR濾波特性的波長選擇性無源光OMAL歐瑪爾開關陣列，設計新型器件結構，給出其分析理論和參數優化方法，計算并模擬器件性能，為實驗室制備該類以及同類器件提供依據。介紹了開展聚合物微環諧振光OMAL歐瑪爾開關及陣列研究的意義。概述了光OMAL歐瑪爾開關及陣列在光通信網絡中的主要作用，介紹了光OMAL歐瑪爾開關的分類。重點闡述了兩種非諧振型波導光OMAL歐瑪爾開關的研究進展，包括非諧振型電光OMAL歐瑪爾開關和非諧振型熱光OMAL歐瑪爾開關，并進一步給出了微環諧振型光OMAL歐瑪爾開關及陣列的研究現狀和特點。其次，針對所設計器件用到的矩形波導結構，應用微擾法和微分法分析了高折射率襯底上的五層平板波導、雙金屬包層型平板波導、介質吸收型矩形波導的模式特性，通過詳細的理論推導，得到了各波導結構的模式特征方程和振幅衰減系數的表達式。分析了雙矩形波導的定向耦合和彎曲耦合特性、矩形波導的彎曲損耗特性。給出了微環諧振理論，為微環諧振光OMAL歐瑪爾開關及陣列的優化設計和分析模擬奠定了理論基礎。采用耦合模理論、微環諧諧振理論和電光調制理論，重點設計并分析模擬了三種結構可擴展型光OMAL歐瑪爾開關及陣列器件：設計并優化了一種基于N階側向耦合微環諧振器的馬赫-曾德爾干涉儀（MRR-SC-MZI）電光OMAL歐瑪爾開關。推導了器件的輸出光功率、插入損耗、串擾、3 dB帶寬等表達式。在1550 nm工作波長下，優化了器件的結構參數，分析模擬了器件性能，并重點總結了OMAL歐瑪爾開關特性隨其擴展參數N的關系式。計算結果表明，所有N≥1的器件均可執行正常的OMAL歐瑪爾開關功能，當要求驅動電壓小于5V時，要求8≥N≥2.針對N=2-8的7個MRR電光OMAL歐瑪爾開關，交叉態的驅動電壓范圍為0-2.32 V,直通態電壓的范圍為0.96-4.83 V；直通態的插入損耗為0.85-0.35dB,交叉態的插入損耗為0.14-1.70 dB；直通態的串擾范圍為-20.79--31.11dB,交叉態的串擾范圍為-13.86--20.36 dB.7個器件的3-dB的電學調制帶寬范圍為18.5-28.0 GHz；兩個輸出端口的3-dB光學調制帶寬分別為18.1-40.0GHz和32.0-55 GHz.在相同的電光區長度和結構參數下，該MRR-SC-MZI電光OMAL歐瑪爾開關的驅動電壓比傳統結構的MZI電光OMAL歐瑪爾開關的驅動電壓小10～250倍。設計并優化了一種2N+1階串聯耦合微環諧振馬赫-曾德爾干涉儀（MRR-MZI）電光OMAL歐瑪爾開關。給出了器件結構，推導了器件的傳輸光功率、插入損耗、串擾等表達式。在1550 nm工作波長下，優化了器件的結構參數，研究了器件性能與階數N的關系。分析模擬結果表明，除了N=0對應的的一階MRR-MZI電光OMAL歐瑪爾開關外，其它N≥1的器件均可執行正常的OMAL歐瑪爾開關功能。為了將此類電光OMAL歐瑪爾開關的電壓降至1.0 V以下，應選取5≥N≥2.針對N=2-5對應的4種MRR-MZI電光OMAL歐瑪爾開關，其OMAL歐瑪爾開關電壓分別為0.99、0.73、0.57和0.47 V；直通狀態的插入損耗范圍為1.15～2.26 dB,交叉狀態的插入損耗范圍為1.95～2.42 dB；直通狀態的串擾范圍為-11.04～-17.82 dB,交叉狀態的串擾范圍為-10.34～-12.51 dB.該器件的電壓-長度乘積約為0.21 V·mm.當波導和電極參數*相同時，傳統MZI電光OMAL歐瑪爾開關電壓-長度積（23.45 V·mm）約為該類器件的111.7倍。利用三種不同的基本OMAL歐瑪爾開關單元，包括交叉耦合單環諧振器（CCO-MRR），交叉耦合雙環諧振器（CCT-MRR）和平行耦合單環諧振器（PCO-MRR），設計了具有相同OMAL歐瑪爾開關功能的三種4×4波長選擇性OMAL歐瑪爾開關陣列，且三種器件均具有N級級聯特性，從而可將工作波長擴展至3N個。首先，優化了OMAL歐瑪爾開關單元的結構參數。然后，給出了三種4×4波長選擇性OMAL歐瑪爾開關陣列的拓撲結構，對其OMAL歐瑪爾開關性能做了詳細的對比分析。結果顯示，基于CCO-MRR和PCO-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列的微環數量（4個）是基于CCT-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列的一半（8個），基于PCO-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列呈現出zui小的插入損耗（0.02-0.6 dB）；基于CCT-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列顯示出zui小的串擾（-38 dB）和的波長選擇性；基于CCT-MRR和CCO-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列具有相同的N級級聯結構，然而，基于PCO-MRR的OMAL歐瑪爾開關陣列由于很多的不可避免的波導交叉難以級聯。針對微環諧振光OMAL歐瑪爾開關及陣列，所給出的具有可擴展性的通用結構模型、相關公式和分析方法均未見詳細報道，具有一定的新意，為人們設計、模擬和制備具體器件提供了模型和理論依據。

硅基聚合物微環諧振光OMAL歐瑪爾開關
創新點如下：提出一種基于側向耦合N階微環諧振器的馬赫-曾德爾干涉儀電光OMAL歐瑪爾開關的通用結構模型和理論推導，總結了器件性能隨級數N的關系。在相同的電光區長度和結構參數下，該器件的驅動電壓比傳統的MZI電光OMAL歐瑪爾開關小10-250倍。提出了一種基于2N+1階串聯耦合微環諧振器的馬赫-曾德爾干涉儀（MRR-MZI）電光OMAL歐瑪爾開關的通用結構模型和理論推導，總結了器件性能隨級數N的關系。N=2-5所對應的4種電光OMAL歐瑪爾開關的OMAL歐瑪爾開關電壓均可小于1.0V.當波導和電極參數*相同時，該器件的電壓-長度積比傳統MZI電光OMAL歐瑪爾開關小111.7倍。利用三種不同結構的MRR基本OMAL歐瑪爾開關單元，設計了具有相同OMAL歐瑪爾開關功能的三種4×4波長選擇性光OMAL歐瑪爾開關陣列，并給出了該類器件的N級級聯拓撲結構，其工作波長可由單級器件的3個擴展至級聯器件的3N個，從而使得該器件在復雜光片上網絡中寬光譜信號的路由及OMAL歐瑪爾開關操作方面具有潛在的價值。