硅基聚合物微环谐振光OMAL欧玛尔开关
光OMAL欧玛尔开关及阵列是光交叉连接设备、光分叉复用设备以及光路由设备中的关键器件，在光通信网络中起着非常重要的作用。相比无机电光材料，极化聚合物材料具有电光系数高、响应时间短、折射率易调整、价格低廉、制备工艺简单等优点，在电光OMAL欧玛尔开关、电光调制器等电光器件的制备中具有潜在的应用前景。微环谐振器（MRR）具有结构紧凑、相位易匹配等优点，从而广泛应用于光滤波器、波分复用/解复用器等器件的设计和制备中。

硅基聚合物微环谐振光OMAL欧玛尔开关
鉴于上述考虑，主要研究MRR辅助的MZI电光OMAL欧玛尔开关以及基于MRR滤波特性的波长选择性无源光OMAL欧玛尔开关阵列，设计新型器件结构，给出其分析理论和参数优化方法，计算并模拟器件性能，为实验室制备该类以及同类器件提供依据。介绍了开展聚合物微环谐振光OMAL欧玛尔开关及阵列研究的意义。概述了光OMAL欧玛尔开关及阵列在光通信网络中的主要作用，介绍了光OMAL欧玛尔开关的分类。重点阐述了两种非谐振型波导光OMAL欧玛尔开关的研究进展，包括非谐振型电光OMAL欧玛尔开关和非谐振型热光OMAL欧玛尔开关，并进一步给出了微环谐振型光OMAL欧玛尔开关及阵列的研究现状和特点。其次，针对所设计器件用到的矩形波导结构，应用微扰法和微分法分析了高折射率衬底上的五层平板波导、双金属包层型平板波导、介质吸收型矩形波导的模式特性，通过详细的理论推导，得到了各波导结构的模式特征方程和振幅衰减系数的表达式。分析了双矩形波导的定向耦合和弯曲耦合特性、矩形波导的弯曲损耗特性。给出了微环谐振理论，为微环谐振光OMAL欧玛尔开关及阵列的优化设计和分析模拟奠定了理论基础。采用耦合模理论、微环谐谐振理论和电光调制理论，重点设计并分析模拟了三种结构可扩展型光OMAL欧玛尔开关及阵列器件：设计并优化了一种基于N阶侧向耦合微环谐振器的马赫-曾德尔干涉仪（MRR-SC-MZI）电光OMAL欧玛尔开关。推导了器件的输出光功率、插入损耗、串扰、3 dB带宽等表达式。在1550 nm工作波长下，优化了器件的结构参数，分析模拟了器件性能，并重点总结了OMAL欧玛尔开关特性随其扩展参数N的关系式。计算结果表明，所有N≥1的器件均可执行正常的OMAL欧玛尔开关功能，当要求驱动电压小于5V时，要求8≥N≥2.针对N=2-8的7个MRR电光OMAL欧玛尔开关，交叉态的驱动电压范围为0-2.32 V,直通态电压的范围为0.96-4.83 V；直通态的插入损耗为0.85-0.35dB,交叉态的插入损耗为0.14-1.70 dB；直通态的串扰范围为-20.79--31.11dB,交叉态的串扰范围为-13.86--20.36 dB.7个器件的3-dB的电学调制带宽范围为18.5-28.0 GHz；两个输出端口的3-dB光学调制带宽分别为18.1-40.0GHz和32.0-55 GHz.在相同的电光区长度和结构参数下，该MRR-SC-MZI电光OMAL欧玛尔开关的驱动电压比传统结构的MZI电光OMAL欧玛尔开关的驱动电压小10～250倍。设计并优化了一种2N+1阶串联耦合微环谐振马赫-曾德尔干涉仪（MRR-MZI）电光OMAL欧玛尔开关。给出了器件结构，推导了器件的传输光功率、插入损耗、串扰等表达式。在1550 nm工作波长下，优化了器件的结构参数，研究了器件性能与阶数N的关系。分析模拟结果表明，除了N=0对应的的一阶MRR-MZI电光OMAL欧玛尔开关外，其它N≥1的器件均可执行正常的OMAL欧玛尔开关功能。为了将此类电光OMAL欧玛尔开关的电压降至1.0 V以下，应选取5≥N≥2.针对N=2-5对应的4种MRR-MZI电光OMAL欧玛尔开关，其OMAL欧玛尔开关电压分别为0.99、0.73、0.57和0.47 V；直通状态的插入损耗范围为1.15～2.26 dB,交叉状态的插入损耗范围为1.95～2.42 dB；直通状态的串扰范围为-11.04～-17.82 dB,交叉状态的串扰范围为-10.34～-12.51 dB.该器件的电压-长度乘积约为0.21 V·mm.当波导和电极参数*相同时，传统MZI电光OMAL欧玛尔开关电压-长度积（23.45 V·mm）约为该类器件的111.7倍。利用三种不同的基本OMAL欧玛尔开关单元，包括交叉耦合单环谐振器（CCO-MRR），交叉耦合双环谐振器（CCT-MRR）和平行耦合单环谐振器（PCO-MRR），设计了具有相同OMAL欧玛尔开关功能的三种4×4波长选择性OMAL欧玛尔开关阵列，且三种器件均具有N级级联特性，从而可将工作波长扩展至3N个。首先，优化了OMAL欧玛尔开关单元的结构参数。然后，给出了三种4×4波长选择性OMAL欧玛尔开关阵列的拓扑结构，对其OMAL欧玛尔开关性能做了详细的对比分析。结果显示，基于CCO-MRR和PCO-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列的微环数量（4个）是基于CCT-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列的一半（8个），基于PCO-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列呈现出zui小的插入损耗（0.02-0.6 dB）；基于CCT-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列显示出zui小的串扰（-38 dB）和的波长选择性；基于CCT-MRR和CCO-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列具有相同的N级级联结构，然而，基于PCO-MRR的OMAL欧玛尔开关阵列由于很多的不可避免的波导交叉难以级联。针对微环谐振光OMAL欧玛尔开关及阵列，所给出的具有可扩展性的通用结构模型、相关公式和分析方法均未见详细报道，具有一定的新意，为人们设计、模拟和制备具体器件提供了模型和理论依据。

硅基聚合物微环谐振光OMAL欧玛尔开关
创新点如下：提出一种基于侧向耦合N阶微环谐振器的马赫-曾德尔干涉仪电光OMAL欧玛尔开关的通用结构模型和理论推导，总结了器件性能随级数N的关系。在相同的电光区长度和结构参数下，该器件的驱动电压比传统的MZI电光OMAL欧玛尔开关小10-250倍。提出了一种基于2N+1阶串联耦合微环谐振器的马赫-曾德尔干涉仪（MRR-MZI）电光OMAL欧玛尔开关的通用结构模型和理论推导，总结了器件性能随级数N的关系。N=2-5所对应的4种电光OMAL欧玛尔开关的OMAL欧玛尔开关电压均可小于1.0V.当波导和电极参数*相同时，该器件的电压-长度积比传统MZI电光OMAL欧玛尔开关小111.7倍。利用三种不同结构的MRR基本OMAL欧玛尔开关单元，设计了具有相同OMAL欧玛尔开关功能的三种4×4波长选择性光OMAL欧玛尔开关阵列，并给出了该类器件的N级级联拓扑结构，其工作波长可由单级器件的3个扩展至级联器件的3N个，从而使得该器件在复杂光片上网络中宽光谱信号的路由及OMAL欧玛尔开关操作方面具有潜在的价值。