论文部分内容阅读
由平面光波导构成的光开关器件因其具备可靠,灵活与易集成的特性,是波分复用(Waveguide-Division-Multiplexing,WDM)光纤通信系统中实现全光交换的关键器件。光开关有多种不同的构造形式,其中采用马赫-增德尔干涉仪(Mach-ZehnderInterferometer,MZI)结构的光开关因为能够实现高消光比,低串扰,低损耗等的优良特性被广泛的研究。MZI型光开关包含两个非耦合的直波导臂和两个定向耦合器,要实现光开关的大带宽,高消光比与低串扰,就要让光开关中的定向耦合器在尽量大的波长范围内有接近50%:50%的分光比。虽然采用传统定向耦合器的MZI光开关在中心波长处能实现较高的消光比与较低的串扰,但由于色散会导致传统定向耦合器无法在相对较大的波长范围内保持功率的平均分配,这样会使得开关的带宽狭窄。为了解决上面的问题,本文提出了基于锥形耦合器的新型宽带MZI光开关器件,锥形耦合器相比传统耦合器能在较大的波长范围内保持接近50%:50%的分光比,从而实现光开关的宽带特性,本论文的主要工作如下:首先,介绍了宽带光网络的需求趋势,并对近年来宽带光开关器件的研究情况作出简要回顾与介绍,阐述了本文的研究背景和意义,说明了本文的创新点。其次,研究了传统MZI光开关与锥形定向耦合器MZI光开关的原理,介绍了光开关器件的关键特性参数。然后,分析了锥形定向耦合器MZI光开关的设计与模拟过程。论文分别对铌酸锂单模波导部分,耦合器部分,电极部分的设计进行了分析,再对锥形定向耦合器MZI光开关进行了整体优化设计,并模拟了传统与新型光开关器件的工作带宽,为后面的实验制作与测试分析打下了基础。最后,研究了光开关器件的整个制作工艺,对实验中遇到的难点进行了说明并提出了相应的解决方案。实验完成后,得到了四组MZI光开关样品器件,最后对各组光开关进行了完整的测试工作。锥形MZI光开关最差的一组的20 dB消光比带宽都能达到70 nm,而性能最好的一组锥形MZI光开关更是能在整个C+L波段上实现超过20 dB的消光比,该组光开关能在波长1563 nm处取得最大的消光比~35 dB,开关电压为6 V,串扰小于8.5 dB,开关时间小于30 ns。与之相对的,制作出的传统结构的MZI光开关在最好的情况下也只能实现30 nm的20 dB消光比带宽,这进一步验证了锥形定向耦合器MZI光开关的宽带性。而各组锥形光开关均能实现较大的消光比与串扰带宽,也同时证明了锥形MZI光开关的大制作容差性。