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基于SPPs的边界耦合矩形环腔MIM结构滤波器与电光开关的设计研究

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基于SPPs的边界耦合矩形环腔MIM结构滤波器与电光开关的设计研究

作者：翟明洋兰州大学

学位级别：硕士

二十一世纪是信息技术驶入高速发展快车轨道的时代,以电子器件作为信息载体的传统器件也在朝着速率更高、延迟更低、耗能更少、尺寸更小的方向上不断地发展,然而大量数据的存储、传输以及传输成本对传统器件尺寸大小和性能的要求越来越... 详细信息

二十一世纪是信息技术驶入高速发展快车轨道的时代,以电子器件作为信息载体的传统器件也在朝着速率更高、延迟更低、耗能更少、尺寸更小的方向上不断地发展,然而大量数据的存储、传输以及传输成本对传统器件尺寸大小和性能的要求越来越严格。表面等离子激元(Surface Plasmons Polaritons,SPPs)能够突破传统光学衍射极限并且能够实现对亚波长光学器件的集成化,给解决这个难题带来了新的希望。目前SPPs已经广泛应用在滤波器、光开关、布拉格反射器、传感器等诸多方面。本文从表面等离子激元的研究背景出发,介绍了表面等离子激元的发展、研究现状以及相关理论,在此基础上提出两个基于表面等离子激元的滤波器和一个电光开关。首先利用边界耦合的方式构造了斜对称双矩形环MIM滤波器,该滤波器由两个斜对称矩形环谐振腔及波导管所组成,采用有限元法(Finite Element Method,FEM)对该滤波器进行仿真计算和分析,得到它的磁场分布图和透射谱线图。结果表明,该滤波器在通带部分的透射率最高可达0.969,阻带部分的透射率最低接近为0,同时还具有通带与阻带较宽,透射谱线平滑的特点。该滤波器通带到阻带的过渡较为平缓,实现了一种类似巴特沃斯滤波器的功能。调节结构参数可使得透射谱线图发生红移或蓝移的现象,设置特定的结构参数可以实现在保持第一通信窗口通过的状态下,对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能。然后通过结构的改进并加入电光材料DAST可以实现电光开关的功能,施加特定的电压可以实现对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能。最后在此基础上进一步提出边界耦合三矩形环MIM滤波器,与双矩形环结构滤波器相比,该滤波器具有更大的上升沿和下降沿的陡峭度,实现了一种类似矩形滤波器的功能,这两个滤波器都可用作一种带通/带阻滤波器。本文所提出的三种结构在高密度集成电路和光纤通信中有着非常重要的应用。

关键词：表面等离子激元边界耦合方式有限元法矩形环谐振腔电光开关带通/带阻滤波器

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聚合物电光开关制备技术研究

聚合物电光开关制备技术研究

作者：李涛吉林大学

学位级别：硕士

本论文制备了主客掺杂型极化聚合物材料DR1(分散红-1)/SU-8和侧链键合型杂化材料DR19ASD(分散红-19烷氧基硅烷染料),对材料的吸收谱、折射率、成膜平整度等参数进行了测量。通过调节材料配比,我们制备出稳定的适合于制作电光开关的材料... 详细信息

本论文制备了主客掺杂型极化聚合物材料DR1(分散红-1)/SU-8和侧链键合型杂化材料DR19ASD(分散红-19烷氧基硅烷染料),对材料的吸收谱、折射率、成膜平整度等参数进行了测量。通过调节材料配比,我们制备出稳定的适合于制作电光开关的材料。然后通过光刻、显影、反应离子刻蚀、真空蒸镀等工艺制作了DR1/SU-8材料的倒脊形波导和DR19ASD侧链键合杂化材料的加载条形波导,实现了良好的通光效果。并在波导上制作共面波导(CPW)行波铝电极,利用我们组自主组建的极化装置进行线状电极电晕极化,使材料具有电光效应,完成整个开关器件的制作。最后对器件的调制和开关响应进行了测试。对于用DR1/SU-8作为电光材料制作的开关,得到了在100kHz输入信号下的调制响应信号和在10kHz输入信号下的开关响应,开关速度达到了6μs。对于用DR19ASD侧链键合型杂化材料制作的电光开关,开关响应不明显,我们只得到了调制效果。PMMA加载条形器件的调制效果稍好一些,可以得到10kHz输入信号下稳定的调制输出,在50kHz下也有调制现象,但是波形不稳定;SU-8加载条形器件的调制效果较差,只在1kHz下有响应。虽然我们所制作的电光开关的性能指标相比国际先进水平还有较大差距,但是我们的电光材料为自主配制的材料,合成周期较短,成本较低。对于器件的各项指标,我们可以通过进一步优化来提高,材料的应用前景是非常广阔的。

关键词：光波导极化聚合物电光开关

无热致静态位相延迟、单块晶体结构的KNbO_3和KTP电光开关

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中国激光 1999年第6期26卷 502-506页

作者：卢秀权陈绍和中国科学院上海光机所

分析表明，当光在双轴晶体中波矢沿着某些特定方向传播时，不会表现出一阶热致静态位相延迟，这个方向暂时被称为晶体的无热致静态位相延迟光传播方向（ＮＴＳＰＲ方向）。根据前人发表的相关数据，采用适当近似，求得ＫＮｂＯ３的ＮＴ... 详细信息

分析表明，当光在双轴晶体中波矢沿着某些特定方向传播时，不会表现出一阶热致静态位相延迟，这个方向暂时被称为晶体的无热致静态位相延迟光传播方向（ＮＴＳＰＲ方向）。根据前人发表的相关数据，采用适当近似，求得ＫＮｂＯ３的ＮＴＳＰＲ方向是（９０°，９０°±５０．１９°，５０．１９°），ＫＴＰ的ＮＴＳＰＲ方向是（９０°±３０．７８°，９０°，３０．７８°），并分别讨论了这两种晶体在这些方向的电光品质因数ηｅ，结果表明，利用某些双轴晶体ＮＴＳＰＲ方向大的电光品质因数制成的新型、单块晶体结构电光开关，不需要温控，而且，器件本身的通光长度可以做得更短。

关键词：电光开关双轴铁电晶体晶体 NTSPR KTP

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基于序参数与取向涨落的液晶电光开关

光学学报 2022年第21期42卷 192-197页

作者：孙路瑶王鑫垚陈佳浩李超逸马玲玲李炳祥陆延青南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210023

向列相液晶因其独特的光学和电学各向异性,广泛应用于光电显示等领域。光通信技术的持续发展,需要液晶材料具有更快的电光响应。通过对6种负性向列相液晶施加垂直于分子平均取向的电场,结合特殊入射方式,系统地研究了电场对液晶取向涨... 详细信息

向列相液晶因其独特的光学和电学各向异性,广泛应用于光电显示等领域。光通信技术的持续发展,需要液晶材料具有更快的电光响应。通过对6种负性向列相液晶施加垂直于分子平均取向的电场,结合特殊入射方式,系统地研究了电场对液晶取向涨落和单轴序参数的调控。实验结果表明:电光响应的开关时间均小于350 ns;液晶的介电各向异性越大,场致双折射率变化越大,其最大值与所施加的电场大小和向列相液晶的介电各向异性均呈线性关系。

关键词：光学器件向列相液晶介电各向异性双折射率序参数取向涨落电光开关

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微环谐振器慢光特性与电光开关的研究

微环谐振器慢光特性与电光开关的研究

作者：岳云龙兰州交通大学

学位级别：硕士

随着信息通信领域的高速发展,传统的电子通信和电交换已经无法满足人们日常的需求,全光网络必然成为互联网发展的趋势。微环谐振器目前在光电子学中占有重要的地位,由微环谐振器构建的各种光器件,如密集波分复用器、光路由器、光开关等... 详细信息

随着信息通信领域的高速发展,传统的电子通信和电交换已经无法满足人们日常的需求,全光网络必然成为互联网发展的趋势。微环谐振器目前在光电子学中占有重要的地位,由微环谐振器构建的各种光器件,如密集波分复用器、光路由器、光开关等,已成为集成光学研究的重点课题。本论文研究了并联型微环谐振器阵列的慢光特性和基于嵌套型微环谐振器的电光开关。保证使信道中光速减慢的同时,令直波导中附加相移器实现对每个慢光信道的动态调谐;利用嵌套型微环谐振器结构,使电光开关的开关电压更小,提高了密集波分复用系统的性能。主要完成的工作如下:(1)以微环谐振器的工作原理为基础,研究了侧向耦合平行信道微环谐振器和竖直耦合交叉信道微环谐振器这两种基本结构,并讨论了几种衡量微环谐振器性能的主要参数。应用耦合模理论对微环谐振器建立数学模型,推倒出耦合系数与微环谐振器各参数之间的关系,并进行了仿真分析。在耦合模理论的基础上,研究了传输矩阵法,方便有效的推导出微环谐振器输出端口与输入端口之间的关系,在微环无损耗的情况下,输出端口的光强度与输入端口的光强度相等。(2)利用传输矩阵法,建立了单微环单波导微环谐振器和单微环双波导微环谐振器的数学模型,并对两种微环谐振器结构的慢光特性进行了仿真分析,得出在不同结构下,微环谐振器产生慢光特性的条件。研究微环谐振器阵列的慢光特性时,将微环谐振器阵列分解成许多个小的传输单元,应用传输矩阵法对小的传输单元建立数学模型,得出微环谐振器阵列直通端和下载端的频谱函数,并仿真分析了振幅透射系数、微环折射率、微环损耗系数和相邻两个微环环心间距等参数对输出频谱的影响,分析了不同微环半径不同微环数目下,微环谐振器阵列的慢光特性。利用附加相移器的方法,改变微环谐振器阵列的有效相移,实现了对每条慢光信道的动态调谐,增强了器件的灵活性。(3)针对传统电光开关开关电压过高的缺陷,提出了一种嵌套型微环谐振器电光开关结构,在原来微环中嵌套一个小微环,使两个微环之间只有一处耦合区,并用极化聚合物作为微环波导芯的材料,将外加电压添加在小微环上,应用电光调制理论,仿真得出当在小微环上施加很小的电压时,就可以满足光开关的要求,对信道实现通断功能,之后分析了该器件的时域响应,完成一次完整信道通断时间为皮秒级,得出该结构的电光开关具有开关电压小,响应时间短,插入损耗小,串扰低等优点,节约了资源,提高了密集波分复用系统的性能。

关键词：全光网络微环谐振器传输矩阵法慢光特性电光开关

基于超大古斯—汉欣位移的电光开关及温度传感器研究

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基于超大古斯—汉欣位移的电光开关及温度传感器研究

作者：周行江西师范大学

学位级别：硕士

本文是以双面金属包覆波导结构为基础，以基于古斯—汉欣(Goos-H nchenGH)位移的相关应用为研究对象，分别对新型电光开关和新型温度传感器作了相关介绍和理论分析。其中，古斯—汉欣位移是指当光在光密和光疏媒质的分界面上出现全反射... 详细信息

本文是以双面金属包覆波导结构为基础，以基于古斯—汉欣(Goos-H nchenGH)位移的相关应用为研究对象，分别对新型电光开关和新型温度传感器作了相关介绍和理论分析。其中，古斯—汉欣位移是指当光在光密和光疏媒质的分界面上出现全反射现象时，其反射点和入射点之间产生的实际距离。这个效应被发现至今，仍有不少科学家通过许多方法来增强GH位移以实现对其精确测量。而双面金属包覆波导作为GH位移常用的媒介，有着非常突出的优点以及广泛的应用。例如，光信号能与波导表面的金属薄膜发生耦合作用，因此可以进入到芯层中传播;另外，当波导的芯层达到亚毫米尺度时，出现的超高阶导模很容易受到芯层对其的影响，特别是像芯层厚度的增减，又或者是折射率的改变都能使其发生相应的变化。新型电光开关采用双面金属包覆波导的经典结构，其耦合层和衬底层都是用金属银（Ag）制作的薄膜，其介质层使用新型电光材料PMN-PT晶体作为芯层。和传统的电光材料铌酸锂（LiNbO3）晶体相比，新型电光材料有着电光效应明显、稳定性高、可靠性好、光损耗小等诸多优势。当电光开关处在强电场环境中，芯层材料的折射率和厚度都会随着电光系数和压电系数的增减而出现相应的变化，最终使得GH位移的大小发生改变。在光信号的接收端添加一个接收装置（三孔阵列），再利用电场的控制作用，就可以实现具有1×3效果的开关功能。该电光开关具有响应时间短而且信号线之间不容易发生相互干扰的特点。新型温度传感器同样采用双面金属包覆波导的经典结构，其耦合层和衬底层都是用溅射的方法制作的金（Au）膜，其芯层使用BK7玻璃作为传感层。当外界温度升高或者下降时，芯层材料的折射率和厚度都会随着热光系数和热膨胀系数的改变而出现相应的变化，最终使得GH位移的大小发生改变。该温度传感器具有灵敏度高而且不会受到环境中的电磁影响等特点，分辨率在理论上可以达到0.005摄氏度。

关键词：双面金属包覆波导古斯—汉欣位移电光开关温度传感器超高阶导模 PMN-PT晶体 BK7玻璃

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极化聚合物电光开关微波电极系统的基础研究

极化聚合物电光开关微波电极系统的基础研究

作者：田美强吉林大学

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本论文针对极化聚合物电光开关的微波电极系统进行了基础性的研究工作。首先介绍了光开关的研究意义,有机聚合物材料的优势以及聚合物电光开关在国内外的研究进展;通过晶体的电光调制理论引出了极化聚合物的电光效应,为极化聚合物电光... 详细信息

本论文针对极化聚合物电光开关的微波电极系统进行了基础性的研究工作。首先介绍了光开关的研究意义,有机聚合物材料的优势以及聚合物电光开关在国内外的研究进展;通过晶体的电光调制理论引出了极化聚合物的电光效应,为极化聚合物电光开关的研究奠定了理论基础;比较分析了各种电极结构的差异,选取共面波导(CPW)行波电极进行研究;利用保角变换理论导出了CPW行波电极各参数的解析表达式,为电光开关微波电极的设计提供了理论依据;结合软件模拟与理论计算,详细分析了共面电极的有效电场分布,多节反相电极结构对定向耦合型电光开关特性的影响,讨论了电极尺寸、波导位置与各性能参数之间的变化关系,设计了基于极化聚合物的不同衬底材料的电光调制器以及单节、两节、三节、四节反相电极结构定向耦合型电光开关的共面行波电极系统;自制了高频测试用微波探针并搭建了一套行波电极的测试系统;利用半导体工艺制备了多个不同衬底材料、不同介质层的CPW行波电极;对行波电极、调制器、定向耦合型电光开关进行了性能测试,分析了测试结果,并阐明了Si衬底行波电极损耗较大的原因。

关键词：电光开关微波电极极化聚合物

基于Crossbar电光开关网络的偏振结构自由空间全光路由器

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光学学报 2013年第9期33卷 47-53页

作者：许俊职亚楠侯培培孙建锋周煜刘立人中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光通信及检测技术重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

设计了一种基于crossbar电光开关网络的偏振结构广义无阻塞自由空间全光路由器,利用电光晶体开关作为入射光束的偏振控制器,偏振分束棱镜作为分束元件,提出自由空间2×2和3×3全光路由器的基本结构,能够实现自由空间2×2和3×3全光路由... 详细信息

设计了一种基于crossbar电光开关网络的偏振结构广义无阻塞自由空间全光路由器,利用电光晶体开关作为入射光束的偏振控制器,偏振分束棱镜作为分束元件,提出自由空间2×2和3×3全光路由器的基本结构,能够实现自由空间2×2和3×3全光路由器的任意通道的广义无阻塞连接,并可以实现N×N全光路由器的拓展。这种自由空间全光路由器具有结构简单、插入损耗低、响应速度快、无阻塞等优点,可以实现实时可编程控制,适用于空天全光路由组网。对自由空间2×2全光路由器进行了实验验证,实现了2×2光互连,消光比达到27dB,最大插入损耗约为0.73dB。

关键词：光通信自由空间全光路由器电光开关偏振分束棱镜无阻塞连接 crossbar电光开关网络

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电光开关对被动锁模激光器输出脉冲的影响

高能量密度物理 2006年第3期 100-102页

作者：程晋明李军中国工程物理研究院流体物理研究所109室四川绵阳621900

介绍了在被动锁模激光器谐振腔中引入电光开关对输出脉冲的影响．初步探讨了由于引入电光开关而引起输出光波形变差的机理．对输出能量稳定性和平均输出能量提高的原因进行了分析。实验结果表明。引入电光开关后。谐振腔输出能量稳定性... 详细信息

介绍了在被动锁模激光器谐振腔中引入电光开关对输出脉冲的影响．初步探讨了由于引入电光开关而引起输出光波形变差的机理．对输出能量稳定性和平均输出能量提高的原因进行了分析。实验结果表明。引入电光开关后。谐振腔输出能量稳定性由16．8％提高到5．1％．输出能量平均值提高了25．8％。在改善输出光波形方面进行了一些尝试。

关键词：被动锁模激光器电光开关锁模波形