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極化聚合物集成波導(dǎo)電光歐瑪爾OMAL開關(guān)的分析
在波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中，光OMAL開關(guān)及陣列均是核心器件。基于極化聚合物材料的電光OMAL開關(guān)，具有速度快、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，是目前光OMAL開關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。討論器件的濾波和OMAL開關(guān)性能的溫度依賴性，并通過對(duì)比，證實(shí)了該器件的*性。

極化聚合物集成波導(dǎo)電光歐瑪爾OMAL開關(guān)的分析
針對(duì)極化聚合物集成波導(dǎo)電光OMAL開關(guān)，主要開展了新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新型分析方法方面的理論研究工作，具體內(nèi)容如下：作為器件光學(xué)結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)，利用微分法以及微擾法，分析了介質(zhì)吸收型五層平板波導(dǎo)和金屬包層型七層平板波導(dǎo)的模式特性，得到了金屬包層型脊形波導(dǎo)的模式特征方程和吸收損耗的表達(dá)式，推導(dǎo)了脊形波導(dǎo)的場(chǎng)分布和雙定向耦合脊形波導(dǎo)的耦合系數(shù)等公式。作為器件電學(xué)結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)，分析了外加電場(chǎng)作用下極化聚合物折射率橢球的變化，得到了電光重疊積分因子和模式有效折射率變化的表達(dá)式，用點(diǎn)匹配法分析了一般結(jié)構(gòu)微帶行波電極的電場(chǎng)分布，給出了微波參數(shù)及阻抗匹配等相關(guān)計(jì)算和設(shè)計(jì)思想。作為的主要工作之一，利用串行級(jí)聯(lián)相位發(fā)生器和一對(duì)微帶電極，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多功能聚合物非對(duì)稱馬赫—曾德爾（MZI）電光OMAL開關(guān)/濾波器。采用兩節(jié)級(jí)聯(lián)反相共面波導(dǎo)接地(CPWG)電極，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種聚合物定向耦合電光OMAL開關(guān)，該器件在交叉態(tài)下具有較大的尺寸誤差容許范圍，以及較高的OMAL開關(guān)速度(理論上可達(dá)100GHz)。給出了器件的結(jié)構(gòu)和相關(guān)理論，應(yīng)用擴(kuò)展點(diǎn)匹配法優(yōu)化了波導(dǎo)和電極參數(shù)。基于傳輸矩陣法和傅里葉變換，提出了一種用于器件時(shí)頻及相頻響應(yīng)特性的新型傅里葉分析理論。分析了在直流電壓作用下器件的靜態(tài)特性、在偏置余弦信號(hào)作用下器件的調(diào)制特性，以及在偏置方波信號(hào)作用下器件的OMAL開關(guān)特性。對(duì)比分析了設(shè)計(jì)結(jié)果以及BeamPROP軟件模擬結(jié)果，討論了該器件和課題組之前報(bào)道的兩節(jié)獨(dú)立反相電極器件的性能差異。設(shè)計(jì)和模擬結(jié)果顯示，在1550nm波長下，器件直通和交叉狀態(tài)電壓分別為0和2.67V，器件的總長度為8.38mm，插入損耗和串?dāng)_分別小于3.89和-30dB。3dB調(diào)制帶寬和截止帶寬頻率分別為110.0GHz和131.6GHz。10%~90%上升、下降時(shí)間理論上均為3.80ps。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，器件的截止OMAL開關(guān)頻率可以達(dá)到之前報(bào)道的兩節(jié)反相獨(dú)立電極器件的9倍以上，這將拓展器件的超高速和大容量應(yīng)用空間。同時(shí)，給出的傅里葉分析方法也可用來評(píng)估器件在其他任何形式信號(hào)作用下的響應(yīng)性能。創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下：通過在傳統(tǒng)非對(duì)稱MZI的沖激響應(yīng)中添加附加相位，使非對(duì)稱MZI的光譜具有了周期性能，進(jìn)而得到了相位補(bǔ)償條件。利用兩個(gè)相位發(fā)生器，給出了用于設(shè)計(jì)非對(duì)稱MZI濾波器的新型光譜周期化理論。利用串行級(jí)聯(lián)相位發(fā)生器和一對(duì)微帶電極，模擬分析并實(shí)現(xiàn)了一種光譜周期化、波長選擇性、多功能電光OMAL開關(guān)/濾波器。當(dāng)無外加電壓時(shí)，器件工作于ON狀態(tài)，此時(shí)其可等效為一種具有周期化光譜的濾波器；當(dāng)施加OMAL開關(guān)電壓時(shí)，信道中心波長處呈OFF狀態(tài)，此時(shí)其可等效為一種波長選擇性電光OMAL開關(guān)。由于具有兩節(jié)獨(dú)立反相電極的OMAL開關(guān)不能配置為行波方式，其截止OMAL開關(guān)頻率取決于電極電容和等效電阻的乘積，這一數(shù)值一般很小。

極化聚合物集成波導(dǎo)電光歐瑪爾OMAL開關(guān)的分析
鑒于此，使用兩節(jié)反相余弦級(jí)聯(lián)CPWG電極，設(shè)計(jì)了一種行波配置方式下聚合物定向耦合電光OMAL開關(guān)，通過對(duì)電光區(qū)和過渡區(qū)波導(dǎo)參數(shù)的優(yōu)化，器件實(shí)現(xiàn)了理論上高達(dá)100GHz的截止OMAL開關(guān)頻率。盡管課題組前期提出了針對(duì)電光OMAL開關(guān)時(shí)域響應(yīng)的微元傳輸分析方法，但該方法僅可用來估計(jì)器件在嚴(yán)格階躍方波電壓作用下的響應(yīng)性能。作為該方法的改進(jìn)，提出了一種用于分析在偏置余弦和偏置方波作用下器件調(diào)制和OMAL開關(guān)性能的新型傅里葉理論，也可用來估計(jì)器件在其他任何形式信號(hào)作用下的響應(yīng)性能。