非对称电极Y分叉型1×2 Ti:LiNbO3数字光开关研究

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人们对光网络容量史无前例的需求促使了光交换网、光开关及其阵列的发展。铌酸锂作为制作光开关的衬底材料,因为其良好的电光系数、易于制作的特性和合适的价格,已经被广泛研究了几十年。除此之外铌酸锂基制作的开关速度非常快,达到纳秒量级。它的发展方向主要是低端口快速光开关阵列。本论文首先综合比较了制作开关的各种材料、结构和开关效果,然后结合本实验室现有的条件,选择了Ti∶LiNbO3波导作为我们的研究对象,提出一种关于非对称电极低串扰1×2数字光开关的新型设计。它是在Y分叉后端引入S弯曲波导电光可变光衰减器(Variable Optical Attenuator VOA),通过在Y分叉处的非对称电极和弯曲波导的弯曲电极施加相同的同步电压,可以控制光的传播通道,实现较低的串扰。S弯曲波导结构在其相应弯曲部位配以共面电极,可以用来增大辐射损耗进而降低串扰。通过理论研究和软件模拟,确定了单模波导传输条件,选取合适的Ti条厚度60nm,扩散时间9~10h,波导宽度6~7μm等。本文对S型VOA的半径,波导宽度,弯曲形状等因素对弯曲波导型作了研究,在较低电压下,VOA实现了>20dB的消光比,插入损耗也比较小,符合我们设计的目的。优化后的开关设计参数为:开关有效长度约27mm,Y分叉角为0.18°,电极边缘最佳间距3.5μm,VOA长12mm。采用有限差分光束传播方法来分析。Beamprop软件计算得到的结果为:使用TM模调制,在光波长为1.55μm时、外加驱动电压为6V左右时,得到了<-30dB的串扰值,比不带VOA的开关串扰小约5dB。在实验方面,我们也对光刻、剥离、磨片等工艺步骤进行了探索,找到了较好的工艺参数。但由于时间和实验条件的限制,目前实验完成了波导制作和通光测试,下一阶段电极制作有待继续。
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