当今社会通信技术繁荣发展,在可重构的通信系统中,光交换网络作为电气交换网络的有效替代受到了越来越多的关注,自由空间光学器件和平面光学器件是用于实现各种光学交叉互联交换网络的两种主要类型。平面光交换网络的信号响应速度更适合于具有良好兼容性和高效率的单片多功能光子模块。特别是,具有平面光波导结构的热光器件对于实现片上平面光波电路作为光码分多址OCDMA(Optical Code Division Multiple Access)网络系统的关键部分更为有用。由于具有异步操作的能力,扩容和增强的隐私的特性,这些用于OCDMA技术的高度集成的光模块在当代社会中发挥着越来越重要的作用,多模干涉耦合器MMI(Multimode Interference)单元结构可以提供更紧凑的架构并缩短电极与波导之间的交互区域,更适合用于构建高效率的光学编码系统。本文以MMI为基本结构单元,创新性地提出了两种平面可重构光波导编码器的结构,分别针对光的位相及波长两方面进行编码,并对二者的工作原理和拟实现功能进行了详细地分析讨论,在此基础上,利用新型氟化光敏聚合物材料和聚甲基丙烯酸甲酯作为波导芯层和包层的材料进行器件的制备,并在集成波导芯片中引入电极结构,实现器件对信号和波长的双重选择。现将本论文的主要工作总结如下:理论上:以MMI为基本单元,分别设计了位相及波长两种编码器的结构。利用Rsoft软件对两种结构分别进行仿真。关于位相编码器:由五个结构相同的MMI级联形成,每个MMI耦合器的基本功能单元都可以通过相应的加热电极进行控制,实现通道的选择切换特性。我们对MMI单元及所加电极的结构参数进行了优化与仿真,最终将MMI基本单元的长度和宽度分别确定为1918μm和36μm。探究不同电极长度下MMI的输出效率与电极加热功率之间的关系,最终将电极长度Le定为300μm,此时电极加热器的功率小于20 mW。通过控制相应五个电极的驱动功率分析和定义了芯片的二进制编码光开关矩阵状态,并得到了不同功率矩阵间转化的传输矩阵。关于波长编码器:设计出由7个不同结构的MMI与延迟线级联形成的波长编码器结构。对单元元件的尺寸结构进行优化,并对分波的功能进行仿真,最终实现可实现以1550 nm为中心波长输入后,可以通过调节输入端MMI上以及延迟线上的电极实现输出端分别输出以1538 nm和1564 nm为中心波长,波长间隔分别为3.2 nm以及7.2 nm波段的输出的功能。实验上:基于聚合物平面光波导基本工艺,我们制备了由多模干涉器级联形成的热光可重构MMI位相编码器。对芯层使用的氟化光敏聚合物材料的光吸收特性进行表征,绘制光刻波导电极版。依照器件的实际结构特点,设计制备出符合器件结构特性便于实际测试使用的PCB(Printed Circuit Board)板,搭建测试系统进行测试。该器件的可调编码功能由电子控制系统通过电极加热器进行调制,五个基于MMI的切换通过相应的电信号进行调制。电极加热器中加载了与驱动功率控制矩阵A1相对应的电信号时,由红外CCD(Charge-Coupled Device)相机测量芯片的相关输出近红外场照片(×80),测得该工作状态下O1和O2之间的串扰约为-32.2 dB,而O3和O4之间的串扰值为-31.5 dB。将频率为400 Hz的方波加载到与E5相对应的加热电极上,然后加载150 mV直流偏置以对A2[1001]状态TO切换响应曲线在包括上升和下降时间在内的开关时间接近220μs。以A2[1001]状态的相同编码,将电功率为P5变化的直流电连续加载到相应的电极加热器上时,测量得到驱动电功率与不同通道输出光功率之间的关系,当P5的值接近22.5 mW时,可以将A 2[1001]的编码转换为A2[1010]状态。此时得到消光比为21.5 dB。通道1的插入损耗保持在7.1 dB。测量输出功率和波长之间的关系曲线,当将切换矩阵设置为编码状态A2[1100]时,在20至55°C的温度范围内测量O2通道的输出功率。在此温度范围内,器件插入损耗的变化小于1.5dB。该器件性能良好,实现了切换矩阵的编码功能,可以进行调整并应用于实现OCDMA网络编码器。