硅基聚合物熱光OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)器件
隨著光纖通信技術(shù)的問(wèn)世和迅速發(fā)展，通信領(lǐng)域產(chǎn)生了*的巨大變革。大容量、高速度、低損耗、高可靠性的光OMAL開(kāi)關(guān)將扮演越來(lái)越重要的角色，并將為通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。光OMAL開(kāi)關(guān)是光插分復(fù)用器和光交叉互聯(lián)設(shè)備的核心元件，并在光纖網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)保護(hù)倒換、批量檢測(cè)光學(xué)器件、在線監(jiān)測(cè)等許多功能。熱光OMAL開(kāi)關(guān)由于具有尺寸小、延展性強(qiáng)、長(zhǎng)周期穩(wěn)定性好，利于集成等許多優(yōu)點(diǎn)而引起了人們極大的興趣。而且它的串?dāng)_、插入損耗、OMAL開(kāi)關(guān)時(shí)間等特性參數(shù)也能夠滿足許多應(yīng)用領(lǐng)域的要求，因而受到廣泛的關(guān)注。

硅基聚合物熱光OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)器件
就是以聚合物材料為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、制備了熱光OMAL開(kāi)關(guān)器件，并對(duì)其特性進(jìn)行了研究。主要進(jìn)行了以下工作：用電磁理論方法研究了光在波導(dǎo)中的傳輸特性。從麥克斯韋方程組出發(fā)，推導(dǎo)出了光的波動(dòng)方程以及平板波導(dǎo)的橫向亥姆霍茲方程；用有效折射率法分別對(duì)三層平板波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)和脊型波導(dǎo)進(jìn)行了模式分析，推導(dǎo)出了TE導(dǎo)模和TM導(dǎo)模的特征方程，從而計(jì)算出了這兩種不同模式下的有效折射率；對(duì)熱光效應(yīng)進(jìn)行了介紹，因?yàn)榫酆衔锊牧暇哂休^大的熱光系數(shù)和較小的熱傳導(dǎo)系數(shù)，因此是制備熱光器件波導(dǎo)的比較理想的材料；通過(guò)求解熱傳導(dǎo)的速率方程，即傅里葉定律，得到了熱擴(kuò)散方程的普遍形式，由此得到了穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程；給出了定溫表面、定熱流密度表面和對(duì)流條件表面三類zui常見(jiàn)的邊界條件；介紹了MZI型熱光OMAL開(kāi)關(guān)的工作原理，推導(dǎo)出了輸出光強(qiáng)的表達(dá)式。設(shè)計(jì)并制備了硅基聚合物波導(dǎo)MZI熱光OMAL開(kāi)關(guān)。由于SU-8光刻膠具有熱光系數(shù)大、透明性高，力學(xué)性能良好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因此我們選擇它作為波導(dǎo)芯層；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料價(jià)格低廉、易于自主合成、介電性能好、易于形成良好的薄膜，而且薄膜厚度和折射率易于調(diào)節(jié)，和芯層材料SU-8的折射率也比較匹配，所以被選做包層材料；SiO2材料由于其熱導(dǎo)率高，為了提高器件的響應(yīng)速度，可以使用它作為下包層。根據(jù)已知的邊界條件和初始條件求解了熱傳導(dǎo)方程，確定了不同條件下的熱場(chǎng)分布，從而給出了加熱電極的設(shè)計(jì)原則，在滿足工藝要求下，設(shè)計(jì)的電極盡量窄些，有利于提高電極的加熱效率；對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)混合矩型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的MZI型熱光OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使波導(dǎo)滿足單模傳輸條件，并對(duì)其光場(chǎng)和熱場(chǎng)進(jìn)行了分析，給出了*的結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡量減小熱光OMAL開(kāi)關(guān)的OMAL開(kāi)關(guān)功率，增加響應(yīng)速度，并給出了矩形波導(dǎo)熱光OMAL開(kāi)關(guān)的制備流程；對(duì)脊型波導(dǎo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，分別對(duì)PMMA材料作為下包層和SiO2材料作為下包層的兩種脊型波導(dǎo)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了光場(chǎng)和熱場(chǎng)的模擬分析，結(jié)果表明PMMA材料作為下包層的熱光OMAL開(kāi)關(guān)確實(shí)有比較小的OMAL開(kāi)關(guān)功率，而SiO2材料作為下包層的熱光OMAL開(kāi)關(guān)具有較短的OMAL開(kāi)關(guān)時(shí)間；還對(duì)脊型波導(dǎo)的制備流程進(jìn)行了介紹。因?yàn)楹蚐i O2材料相比，PMMA材料具有較小的熱導(dǎo)率，因而采用PMMA材料作為下包層的熱光OMAL開(kāi)關(guān)具有較低的OMAL開(kāi)關(guān)功率和較慢的響應(yīng)速度，而采用SiO2材料作為下包層的熱光OMAL開(kāi)關(guān)具有較高的OMAL開(kāi)關(guān)功率和較快的響應(yīng)速度，針對(duì)這一矛盾，具有空氣槽的聚合物/二氧化硅混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)被提出。對(duì)這種新結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過(guò)模擬對(duì)這三種不同的OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了比較分析，分析發(fā)現(xiàn)，因?yàn)橛辛丝諝獠劢Y(jié)構(gòu)，由于SiO2材料取代PMMA材料作為下包層所引起的熱量的損耗被*彌補(bǔ)了，這種結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)可以具有非常小的OMAL開(kāi)關(guān)功率；對(duì)有空氣槽結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了制備，并對(duì)其靜態(tài)特性參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，在1550nm波長(zhǎng)下，熱光OMAL開(kāi)關(guān)的纖纖插入損耗為9.6dB,OMAL開(kāi)關(guān)功率為3.4mW,消光比為29.6dB,10%-90%的上升時(shí)間為183.1μs,下降時(shí)間為139.9μs;將測(cè)試結(jié)果與沒(méi)有空氣槽結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了對(duì)比分析，其OMAL開(kāi)關(guān)功率明顯低于沒(méi)有空氣槽結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)；zui后對(duì)有空氣槽和沒(méi)有空氣槽兩種結(jié)構(gòu)的表面熱場(chǎng)分布進(jìn)行了測(cè)試和對(duì)比分析，直觀地反映了有空氣槽結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)具有非常好的聚熱能力。

硅基聚合物熱光OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)器件
通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了熱光OMAL開(kāi)關(guān)的工作溫度對(duì)熱光OMAL開(kāi)關(guān)的OMAL開(kāi)關(guān)時(shí)間、OMAL開(kāi)關(guān)功率、消光比、Al電極電阻以及插入損耗的影響，結(jié)果表明工作溫度對(duì)熱光OMAL開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間、消光比及Al電極電阻幾乎沒(méi)有影響，而對(duì)下降時(shí)間和OMAL開(kāi)關(guān)功率的影響主要是由于實(shí)驗(yàn)時(shí)加熱器位于樣品的下方，不利于熱量的散失引起的；插入損耗在較低溫時(shí)不受溫度的影響，而在較高溫時(shí)（50℃以上），隨著溫度的升高，插入損耗有所下降。通過(guò)對(duì)熱光OMAL開(kāi)關(guān)施加脈沖，使其長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)OMAL開(kāi)關(guān)工作，在連續(xù)反復(fù)OMAL開(kāi)關(guān)一千五百萬(wàn)次以上仍然能穩(wěn)定地工作；在25℃-85℃之間進(jìn)行溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)10次后，器件沒(méi)有裂痕，插入損耗沒(méi)有發(fā)生改變，驗(yàn)證了其可靠性能良好；對(duì)熱光OMAL開(kāi)關(guān)的偏振相關(guān)損耗進(jìn)行了測(cè)試，指出脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)比矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的熱光OMAL開(kāi)關(guān)具有更大的偏振依賴性；zui后，對(duì)熱光OMAL開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，我們制備的硅基聚合物熱光OMAL開(kāi)關(guān)具備較好的穩(wěn)定性和可靠性。