未来基于光分插复用(OADM)和光交叉连接(OXC)的全光网需要能满足其高速交换需要的光开关单元及其阵列。波导类光开关以其高速的特性将在全光交换系统中得到广泛应用，因此研制高性能的波导型光开关单元有其重要性和迫切性。 本文在GaAs／GaAlAs双异质结材料上采用BOA型结构进行波导型光开关的集成光学芯片的研制。基于GaAs材料的集成光学器件不仅具有良好的光传输特性、温度特性、抗辐射能力和其较宽的透明波长范围，还有望进一步实现芯片与光源、光调制器、光探测器和半导体光放大器等其它光电器件以及集成电路的单片集成；采用GaAs／GaAlAs双异质结材料制作的光开关可以得到较低的开关电压，而且采用GaAs／GaAlAs异质结材料的光传输损耗很小。而BOA型结构(或称为零间隙定向耦合型)光开关利用了最大的模色散(△β)，不需要严格控制特殊的制造长度或制造范围，结构简单，从其两个输出端可以得到很高的消光比，是一种很好的2×2波导型光开关单元，同时也是光开关阵列的一种较好的选择。本研究就是在GaAs／GaAlAs双异质结材料上设计高消光比，低驱动电压，高速度，较宽范围工作波长不敏感的高性能BOA光开关。 本文所设计的GaAs／GaAlAs双异质结材料BOA光开关的设计包括两部分：脊波导和开关结构设计以及电极结构的设计。在脊波导的设计中，我们的分析表明BOA光开关的电极覆盖双模波导区对TE／TM具有不同的传输损耗，对TE模的损耗很小，可以忽略不计；而对TM模，通过优化设计材料结构可以得到显著的吸收。利用此特性可消除输入TE／TM模式偏振对开关消光比的影响。在BOA结构设计中，为了实现器件的低损耗设计，我们采用上升反正弦S弯曲构成对称Y分支。 在电极结构设计中，我们首先提出并运用传输矩阵理论和有效折射率法系统地分析了BOA光开关的电极特性，分析表明：可以通过选取电极的最优宽度使半波电压最小；电极的偏移对消光比的影响起主要作用，要得到大于40dB的消光比，电极位置的偏差要小于0.3μm；对于通常的器件制作工艺，很难达到要求，在本文中，作者提出一种电极的自对准工艺技术，消除了电极的套刻偏差，可得到大于40dB的消光比，预期该技术将有利于提高BOA型光开关阵列的成品率和提高消光比。 结合理论分析并结合具体工艺条件，我们优化设计了GaAs／GaAlAs双异质结BOA型光开关。我们设计的集总电极型BOA光开关理论3dB调制带宽大于2.5GHz，半波电压为5V，消光比大于40dB，对TM模的理论衰减大于45dB，而对TE模的损耗小于0.15dB。 为了满足更高速光开关的需求，我们提出将行波电极结构运用于 浙江大学傅士学位论文GaAS／GaAIAS双异质结BOA光开关，并应用谱域法分析了行波电极型BOA光开关微波特性，我们发现：基于重掺杂衬底的BOA光开关由于重掺杂衬底的慢波效应，无法实现微波和光波的速度匹配。我们选择在 SI GaAS衬底上生长重掺杂层，通过控制其厚度来设计速度匹配的BOA光开关行波电极，实现BOA光开关的高速和高带宽，本文结合BOA型光开关的特点提出一种行波电极型BOA光开关结构，其理论3dB调制带宽大于20GHZ。。i 在对芯片的各部分进行理论分析和设计的同时，我们研究了器件的制作工艺，并提出了一种有效提高GaAs／GaAIAS双异质结BOA光开关性能的新型工艺，预期该技术将有利于提高BOA型光开关阵列的成品率和提高消光比。 在前面器件理论分析、设计和工艺研究的基础上，我们完成了GaAS／GaAIAS双异质结BOA波导型光开关集成光学芯片的制作，单个器件的大小可以控制在15Xlnd以内，制作后的器件形状较理想c但目前由于条件所限，我们目前仅测量了器件的AI－－GaAS SChottky特性和器件初步效应。进一步的参数测量，我们正与相关单位合作待器件封装后作进一步测试。 本文的理论分析和设计思想，不仅适应于GaAS材料的BOA器件，也适用于其他的制作波导类器件的材料。本文提出的新型工艺可以为BOA器件的实用化所应用，同时本文提出的行波电极型BOA光开关为BOA应用于超高速开关提出了创新的设计思路。