聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性.pdfVIP

第五届伞国颦料光纤、聚合物光子学会议论文集 中国·长春2009年8月17同—-20同 聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性_ 闫欣，马春生”，陈宏起，郑传涛，王现银，张大明 (集成光电子学国家莺点联合实验室吉林大学试验区， 吉林大学电子科学与工程学院，长春130012) 摘要：利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个完善合理的聚合物微环谐振 器电光开关阵列模型。该器件由l条水平信道、Ⅳ条竖直信道和Ⅳ个微环构成，在微环上施加不同 方式的驱动电压，可以实现Ⅳ+l条信道的开关功能。以l×8信道结构为例，在1550nlTl谐振波长 下对该器件进行了优化设计和分析模拟。结果为：微环波导芯的截面尺寸为1．7×1．7 larn2，波导芯与 电极间的缓冲层厚度为2．5岬，电极厚度为O．2lain，微环半径为13．76lam，微环与信道间的耦合间 距为O．14 lira，开关电压约为12．6V，插入损耗约为0．67～1．26dB， p．m，输出光谱的3．dB带宽约为0．05 串扰小与--20dB，开关时问约为11．35 ps。 关键词：微环阵列；电光开关；开关电压；开关时间 0引 言 光开关是一种具有两个或多个可选输出端口，可对光传输线路进行相互转换的器件，无论是在 空分、时分或波分复用系统中，光开关及其阵列都有着广泛的应用，而其中的电光开关【l捌与其他光 开关相比具有开关时间短、响应速度快等优点而成为研究热点。与其他材料相比，有机聚合物【3,4】的 最大特点就是结构灵活，能根据不同的需要设计不同的聚合物材料，并且在器件制作工艺方面也比 较容易。凶此用电光聚合物材料制备电光开关已成为高速光开关的发展方向。微环谐振器具有结构 紧凑、集成度高等优点，不仅具有滤波、复用、解复用、路由等基本功能，而且还具有波长变换、 调制、开关等功能，具有广泛的应用前景。利用微环的谐振及滤波特性和材料的电光特性，可以设 计制作出尺寸小、开关电压低、开关时间短、开关速度快的微环电光开关，在光通信网络中有着广 泛的应用前景，正在成为困际国内热门的研究课题。 从国内外对微环电光开关器件的研究情况来看，对于微环电光开关的研究报道很有限。目 前美国、日本、香港以及我们课题组正在开展微环电光开关的研究工作【5捌，所用的电光材料有si、 LiNb03等无机材料和有机聚合物材料。研究工作主要集中在双信道微环电光开关方面。这种结构的 器件所能实现的开关功能很有限，只是两信道间的开关转换功能。因此目前国际国内对于微环电光 开关的研究正处于起步阶段，而对于多信道多微环结构的电光开关阵列的研究基本上处于空白 状态。本文在我们以前提出的l×8信道微环谐振波分复用器【loJ的结构基础上，采用电光聚合物材 料作为波导芯层，利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个完善合理的聚合 物微环谐振器电光开关阵列模型。该器件由l条水平信道、Ⅳ条烙直信道和Ⅳ个微环构成，在微环 上施加不同方式的驱动电压，可以实现Ⅳ+1条信道的开关功能。以1×8信道结构为例，在谐振波 长为1．55 larn的情况下，对微环和信道的波导芯尺寸、波导芯与电极间的缓冲层厚度、电极厚度、 微环半径、微环与信道间的祸合间距等参量进行了优化，对器件的开关电压、传输光谱、插入损耗、 串扰、时域响应等特性进行了模拟，并对模拟结果进行了分析与讨论。 1结构及原理 图l给出了l×Ⅳ信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的结构简图和微环波导的横截面图，它 是由l条水平信道、Ⅳ条长度相等的竖直信道和Ⅳ个半径相同的微环构成。电极只加在微环上，信 和国家973项目(2006CB302803)资助课题。 ”通信作者：Email：mcsheng@163．com 124 第t届全田Ⅻ科光纤、寨弁物光子学会Ⅸ论立集 巾国·长春2009年8J117R—20R 道上不加电极。每个微环波导的结构依次为：上屯械／L缨冲层，波导芯，下缓冲层厂F电极，衬底，萁中 波导芯为聚台物