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波導熱光OMAL歐瑪爾開關的優化設計與制備
光OMAL歐瑪爾開關及其陣列在光通信網絡中具有重要的應用，如微光機電系統光OMAL歐瑪爾開關、液晶光OMAL歐瑪爾開關等。與上述光OMAL歐瑪爾開關相比，波導光OMAL歐瑪爾開關由于沒有機械移動部件，因而在可靠性方面具有明顯優勢和潛在應用價值。在波導光OMAL歐瑪爾開關中，熱光OMAL歐瑪爾開關體積小、可擴性強、穩定性好，是光OMAL歐瑪爾開關領域的研究熱點之一。響應時間和功耗是熱光OMAL歐瑪爾開關的主要性能指標，研制響應速度快、功耗低的熱光OMAL歐瑪爾開關一直是人們追求的目標。

波導熱光OMAL歐瑪爾開關的優化設計與制備
近年來，為了加快響應時間并降低功耗，人們相繼報道了Si/SiO2熱光OMAL歐瑪爾開關和全聚合物熱光OMAL歐瑪爾開關。硅材料具有大的導熱系數，因此Si/SiO2熱光OMAL歐瑪爾開關響應速度快，但是其OMAL歐瑪爾開關功耗一般較高。為了解決無機波導熱光OMAL歐瑪爾開關功耗大的缺點，雖然人們研究了各種類型的波導結構（如懸浮型波導結構），但是，器件的制作工藝相當復雜，而且實驗效果不是十分理想。與無機材料熱光OMAL歐瑪爾開關相比，聚合物熱光OMAL歐瑪爾開關具有功耗低和制作工藝簡單的優勢，其缺點是響應時間較長，一般為ms量級。鑒于上述兩類熱光OMAL歐瑪爾開關的優缺點，為了使器件兼具低的功耗和快的響應速度，人們研究了一類有機/無機混合結構的熱光OMAL歐瑪爾開關。利用聚合物材料SU-8和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）分別作為芯層和上包層、無機材料SiO2作為下包層、Si材料作為襯底，制備了多種有機/無機混合結構熱光OMAL歐瑪爾開關。一方面，由于SU-8材料的熱光系數較大（1.8×10-4K-1），這可降低器件的驅動功率；另一方面，由于PMMA（n3=1.4798@1550nm）與SU-8（n1=1.5742@1550nm）間的折射率差較大，上包層可以制作的較薄，這將加快電極產生的熱量向芯層的傳導速率，同時由于SiO2材料的導熱系數較大，這也將加快芯層中熱量的散失，這些都有利于縮短器件的上升和下降時間。的主要工作和創新點如下：從麥克斯韋方程出發，得到電磁場全矢量、半矢量、標量本征方程和邊界條件，利用有限差分法推導出它們的有限差分形式，將此方法應用到矩形波導和脊形波導的模式分析中，并將三個有限差分法的計算結果做了對比；從橫向亥姆赫茲方程出發得到三層平板波導光場強度分布的解析形式和模式有效折射率，并將其應用到有效折射率法中，推導出矩形和脊形波導的模式有效折射率；采用解析法和有限差分法對二維狹縫（slot）波導模式作了分析，采用半矢量有限差分法對三維狹縫波導作了分析；推導固體熱傳導方程的一般形式和穩態形式，并利用合適的差分網格推導出穩態熱傳導方程的有限差分形式。針對聚合物材料有熱光系數大、導熱系數小、制備工藝簡單和成本低的特點，而無機材料具有熱光系數相對較小、導熱系數大、制備工藝相對復雜且成本相對較高的特點，提出了有機無機復合波導結構，制備了不同類型的馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）型熱光OMAL歐瑪爾開關：1）采用濕法腐蝕工藝，充分利用有機無機材料的優點，分別以聚合物材料SU-8和PMMA為波導的芯層和上包層，以無機材料SiO2為下包層，制備了1×1MZI熱光OMAL歐瑪爾開關。通過優化設計，確定波導上下包層厚度的理論*值，分別為3μm和2μm。利用數字計算方法給出了熱光OMAL歐瑪爾開關光場和熱場的分布。對制備好的熱光OMAL歐瑪爾開關在1550nm下進行了測試，從不同波導尺寸熱光OMAL歐瑪爾開關的穩態特性測試可以看出，在波導橫截面*尺寸為2.5μm×2.5μm時，OMAL歐瑪爾開關的驅動功率僅為4mW，消光比高達29.6dB。從OMAL歐瑪爾開關的動態特性測試可以看出，OMAL歐瑪爾開關10-90%的上升時間73.5μs，90-10%的下降時間為96.5μs。2）與1×1MZI熱光OMAL歐瑪爾開關采用相同的濕法腐蝕工藝和同樣的波導結構體系，制備了有機無機復合波導1×2多模干涉（MMI）MZI熱光OMAL歐瑪爾開關。通過測試得到此熱光OMAL歐瑪爾開關的OMAL歐瑪爾開關功率是9.6mW，在交叉態的串擾是-23dB，上升和下降時間分別為264μs和444μs。3）為了利于波導之間的耦合，采用ICP刻蝕工藝制備了脊形波導1×2定向耦合器（DC）MZI熱光OMAL歐瑪爾開關。通過測試得到此器件的OMAL歐瑪爾開關功率是10.7mW，在交叉態和直通態的串擾分別是-11.5dB和-23dB，器件1端口10%-90%上升時間是170μs，90%-10%下降時間是560μs，2端口10%-90%上升時間是200μs，90%-10%下降時間是560μs。

波導熱光OMAL歐瑪爾開關的優化設計與制備
模擬結果顯示，所設計的寬光譜熱光OMAL歐瑪爾開關的兩個輸出端口在110nm的波長范圍內，消光比都大于30dB。而傳統的MZI型熱光OMAL歐瑪爾開關的輸出功率譜只有50-60nm，也就是說，設計的寬光譜熱光OMAL歐瑪爾開關的光譜比傳統MZI型熱光OMAL歐瑪爾開關寬了近一倍。