【摘 要】
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信息时代的今天,光开关作为全光网络（All Optical Network,AON）中实现光信息交换的核心控件,受到人们的广泛关注。其中,基于平面光波电路（Planar Lightwave Circuits,PLC）技术的硅基光波导开关器件因在器件集成度和工艺兼容性等方面具有诸多优势,有着极其广泛的应用前景和巨大的市场潜力。本论文主要研究绝缘体上硅（Silicon-on-Insulator,SOI
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信息时代的今天,光开关作为全光网络（All Optical Network,AON）中实现光信息交换的核心控件,受到人们的广泛关注。其中,基于平面光波电路（Planar Lightwave Circuits,PLC）技术的硅基光波导开关器件因在器件集成度和工艺兼容性等方面具有诸多优势,有着极其广泛的应用前景和巨大的市场潜力。本论文主要研究绝缘体上硅（Silicon-on-Insulator,SOI）波导的反射光导波模式的低损耗低功耗数字式热光开关结构。借助于双波导转角镜（bi-Waveguide Corner Mirror,b-WCM）结构,利用古斯-汉欣（Goos-H（?）nchen Shift,GH）位移、安伯特-费多罗夫（Imbert-Fedorov,IF）位移和热光（TO）效应折射率调制（RIM）的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构。通过理论模型和数据计算,建立了IF位移与GH位移的相关性以及与光开关器件性能的匹配性。运用Optiwave公司的时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）软件对SOI波导b-WCM型数字式热光开关器件的性能进行模拟与优化设计。研究表明,当绝缘层和上包层SiO2材料的折射率为1.444,厚度均为2.0μm;芯层Si材料折射率3.46,内脊高0.5μm,外脊高1.5μm,脊宽4.0μm;导波模式Ex（TE）和Ey（TM）的有效折射率为2.9～3.2;转角镜Si3N4材料折射率为2.0,实现了最优化器件结构,其三个输出端口的归一化输出值分别为0.185028、0.892413和0.060510,说明该器件结构可实现低损耗低功耗数字式光开关的器件性能。基于SOI平台的可行制造条件,选择合适器件结构进行加工和实验测试,论证了1×3或1×2数字光开关功能。最后,对理论和实验结果进行归纳与总结,并提出了一个器件性能改进方案。
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