随着光纤通信技术的快速发展,光开关作为光纤通信技术的核心器件,一直受到广泛的关注。目前,人们提出了各类实现光开关的方法,主要有机械式光开关、微机电(MEMS)光开关和波导型光开关。基于集成波导技术的光开关在响应速度、器件体积、和性能稳定性等方面显示了极高的应用前景。典型的波导型光开关有定向耦合器型、马赫-曾德干涉型(MZI)、多模干涉耦合器型(MMI)和X结/Y分支全内反射型等,其中基于自映像效应的MMI光开关因其具有结构紧凑、插入损耗低、制作工艺相对简单、容差性好等特点成为研究和应用的热点。基于多模干涉耦合型光开关多采用电光效应或热光效应,基于热光效应光开关速度较慢(一般?s量级)。因此本文采用载流子注入的电光调制方式,开关速度可以大大提升。基于GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的MMI型高速光开关深受国内外学者的关注。本论文基于InP/InGaAs P半导体材料衬底设计并制备一个3?3 MMI型电光开关器件。首先对多模干涉自映像效应进行理论分析,在1550 nm波长设计了单模波导(脊波导宽度/脊高度)及多模波导区(长度/宽度)的理论值,利用有限差分光束传播(FD-BPM)方法模拟并优化了器件参数,包括器件长度、宽度等;其次对载流子注入效应导致MMI调制区域折射率的变化进行分析,设计并优化了调制区域电极的尺寸。利用Silvaco软件确定了外加电压和光波导芯层折射率的关系,得出折射率调制区域施加开关电压的大小。在此基础上,数值模拟得出9种开关状态和相应的性能参数,进而获得开关串扰(Crosstalk)低于-22dB,插入损耗(Insertion loss)约为0.12dB的性能参数。本论文采用标准的半导体器件制备工艺对优化设计的器件进行了制备,由于器件尺寸要求制作精确,增加了实验的难度。最后初步使用光纤-波导端面耦合法对该器件进行了测量。该论文研究的低串扰和低损耗3?3 MMI型电光开关潜在应用于高速集成片上光互联,并可作为基本开关单元构成大规模开关矩阵器件。