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绪言 1

第1章 光开关技术 2

1.1 光开关技术应用 2

1.2 光开关技术基础 7

1.3 光开关技术分类 9

1.4 基于无机电光晶体材料的光开关技术 14

1.4.1 电光晶体光开关 15

1.4.2 电光晶体光开关阵列 16

1.4.3 制备工艺 17

1.4.4 关键技术 18

1.4.5 基本开关单元的性能指标 18

1.4.6 光开关阵列的设计关键 19

1.5 基于化合物半导体材料的光开关技术 20

1.6 基于光折变效应的光开关技术 24

1.7 光开关设计理论与模拟方法 25

1.8 基于极化聚合物材料的波导电光开关技术 26

1.8.1 极化聚合物电光材料 26

1.8.2 极化聚合物电光材料的研究进展 29

1.8.3 极化聚合物波导电光开关 30

1.9 热控光机制下的光开关技术 35

1.9.1 SOI热光开关 35

1.9.2 聚合物热光开关 37

1.10 光开关的发展趋势 40

第2章 光开关的波导结构及模式分析 42

2.1 光波导材料的损耗表征 42

2.1.1 非金属介质材料的损耗表征 42

2.1.2 金属介质的复介电常数和光频特性 43

2.2 光开关的波导结构及参数 45

2.2.1 波导结构 45

2.2.2 传输模式 46

2.2.3 分析方法 46

2.3 高折射率衬底上的非对称五层平板波导 48

2.3.1 TM模式的特征方程 48

2.3.2 衬底的泄露损耗 51

2.4 介质吸收型脊形波导 53

2.4.1 零级近似求实传播常数 54

2.4.2 一级近似求振幅衰减系数 54

2.5 单金属包层型非对称六层平板波导 55

2.5.1 零级近似求解TM模传播常数 56

2.5.2 一级近似求解TM模振幅衰减系数 59

2.5.3 TE模式的特性分析 62

2.6 双金属包层型非对称七层平板波导 63

2.6.1 零级近似求解TM模传播常数 64

2.6.2 一级近似求解TM模振幅衰减系数 67

2.6.3 TE模式的特性分析 70

2.7 金属包层型脊形波导 71

2.7.1 单金属包层型脊形波导的Ey mn模式分析 71

2.7.2 单金属包层型脊形波导的Ex mn模式分析 72

2.7.3 双金属包层型脊形波导的Ey mn及Ex mn模式分析 73

2.8 脊形波导的等效分析 73

2.8.1 脊形波导的等效折射率分析法 73

2.8.2 脊形波导的近似等效光波电场分布 74

2.9 脊形波导的耦合、偏折与弯曲 75

2.9.1 脊形波导的耦合 75

2.9.2 脊形波导的偏折 77

2.9.3 脊形波导的弯曲 78

2.10 多模干涉波导 79

2.11 二维狭缝波导 81

2.11.1 TE模 82

2.11.2 TM模 85

2.11.3 计算示例 87

2.12 三维狭缝波导 89

2.12.1 模式分析理论 89

2.12.2 计算示例 92

2.13 本章小结 93

第3章 行波电极结构及其分析理论 94

3.1 极化聚合物薄膜及电光调制特性 94

3.1.1 聚合物薄膜的极化 95

3.1.2 电光调制理论 96

3.1.3 极化聚合物的电光特性 98

3.2 非均匀电场作用下的电光重叠积分因子 100

3.3 行波电极结构与特性参数 102

3.3.1 行波电极结构 102

3.3.2 行波电极的特性参数 104

3.4 电极静态场的解析分析法——保角变换法 105

3.4.1 保角变换原理 106

3.4.2 电量平衡原理 107

3.4.3 电场分布 108

3.5 共面波导电极的保角变换分析 109

3.5.1 施瓦兹变换 109

3.5.2 共面波导电极的施瓦兹变换 111

3.5.3 电场分布 112

3.6 共面波导电极的镜像分析法 113

3.7 电极静态场的数值分析法——点匹配法 116

3.7.1 一般求解模型 116

3.7.2 边界条件 118

3.7.3 电场分布 119

3.8 电极静态场的数值分析法——扩展点匹配法 120

3.8.1 单电极 120

3.8.2 推挽异性对称双电极 121

3.8.3 推挽同性对称双电极 123

3.9 屏蔽电极静态场的数值分析 123

3.10 行波电极的等效模型与阻抗匹配 125

3.10.1 低开关频率的阻抗匹配 125

3.10.2 高开关频率的阻抗匹配 126

3.10.3 不同电极结构下的特征阻抗要求 126

3.11 行波电极的动态分析 128

3.12 本章小结 130

第4章 传统结构极化聚合物电光开关 132

4.1 共面波导电极定向耦合电光开关 132

4.1.1 器件结构 133

4.1.2 理论分析 134

4.1.3 参数优化 136

4.1.4 性能模拟 140

4.1.5 小结 142

4.2 推挽微带行波电极定向耦合电光开关 143

4.2.1 器件结构 143

4.2.2 理论分析 144

4.2.3 参数优化 144

4.2.4 性能模拟 148

4.2.5 小结 150

4.3 推挽电极MZI电光开关 151

4.3.1 器件结构 151

4.3.2 理论分析 152

4.3.3 参数优化 153

4.3.4 性能模拟 155

4.3.5 小结 157

4.4 两节交替反相电极定向耦合电光开关 158

4.4.1 器件结构 158

4.4.2 理论分析 159

4.4.3 参数优化 162

4.4.4 性能模拟 164

4.4.5 方法验证 166

4.4.6 小结 166

4.5 三节 交替反相电极定向耦合电光开关 167

4.5.1 器件结构 167

4.5.2 理论分析 168

4.5.3 参数优化 171

4.5.4 性能模拟 173

4.5.5 方法验证 176

4.5.6 小结 176

4.6 单节电极Y型耦合器电光开关 177

4.6.1 器件结构 178

4.6.2 理论分析 178

4.6.3 参数优化 181

4.6.4 性能模拟 181

4.6.5 方法验证 182

4.6.6 小结 183

4.7 两节反相电极Y型耦合器电光开关 183

4.7.1 器件结构 184

4.7.2 理论分析 184

4.7.3 参数优化 189

4.7.4 性能模拟 190

4.7.5 方法验证 191

4.7.6 小结 192

4.8 本章小结 193

第5章 聚合物宽光谱电光开关 194

5.1 MZI电光开关的一般光谱拓展原理 195

5.2 基于一阶相位发生器的宽光谱非对称MZI电光开关 196

5.2.1 器件结构 197

5.2.2 理论分析 198

5.2.3 参数优化 200

5.2.4 性能模拟 202

5.2.5 方法验证 203

5.2.6 小结 204

5.3 基于一阶相位发生器的宽光谱对称MZI电光开关 204

5.3.1 器件结构 205

5.3.2 理论分析 206

5.3.3 设计与优化 208

5.3.4 光谱特性及对比分析 211

5.3.5 小结 213

5.4 基于N阶相位发生器的宽光谱对称MZI电光开关 213

5.4.1 器件结构和理论分析 213

5.4.2 参数优化 217

5.4.3 光谱特性模拟 219

5.4.4 对比分析 224

5.4.5 小结 225

5.5 基于一阶相位发生器和双对称MZI的宽光谱电光开关 225

5.5.1 结构和分析 225

5.5.2 优化设计 231

5.5.3 光谱特性 236

5.5.4 小结 240

5.6 基于一阶相位发生器和双非对称MZI的宽光谱电光开关 240

5.6.1 材料和波导的波长色散特性 241

5.6.2 器件结构和理论分析 242

5.6.3 设计和优化 247

5.6.4 光谱特性和对比 250

5.6.5 小结 253

5.7 本章小结 253

第6章 周期化波长选择性光开关 255

6.1 AMZI的光谱周期化理论 256

6.2 周期化弧形MZI波长选择性光开关 257

6.2.1 材料及其波长色散特性 258

6.2.2 器件结构及分析 259

6.2.3 器件优化设计和性能模拟 263

6.2.4 比较和讨论 267

6.2.5 小结 270

6.3 周期化AMZI波长选择性电光开关 270

6.3.1 结构设计和理论分析 271

6.3.2 结构参数优化 275

6.3.3 滤波和开关性能 279

6.3.4 小结 282

6.4 本章小结 283

第7章 行波电极高速电光开关及其时频域分析 285

7.1 微带行波电极高速定向耦合电光开关 286

7.1.1 结构与优化 286

7.1.2 理论分析 287

7.1.3 结果与讨论 294

7.1.4 误差分析 297

7.1.5 小结 297

7.2 行波电极高速MMI-MZI电光开关 298

7.2.1 结构与优化 298

7.2.2 时频响应特性 303

7.2.3 方法验证 308

7.2.4 小结 309

7.3 屏蔽行波电极高速定向耦合电光开关 309

7.3.1 结构与优化 309

7.3.2 趋肤效应分析 315

7.3.3 方法验证 321

7.3.4 小结 323

7.4 屏蔽行波电极高速Y型耦合器电光开关 323

7.4.1 结构和优化 323

7.4.2 趋肤效应分析 328

7.4.3 方法验证 332

7.4.4 小结 333

7.5 级联反相CPWG行波电极电光开关 333

7.5.1 器件结构和波导设计 334

7.5.2 电极分析和优化 336

7.5.3 傅里叶分析 340

7.5.4 结果与讨论 345

7.5.5 对比分析 348

7.5.6 小结 351

7.6 本章小结 352

第8章 聚合物热光开关 353

8.1 波导材料的热光效应及模式有效折射率变化 354

8.1.1 热光效应 354

8.1.2 模式有效折射率变化 355

8.2 聚合物／二氧化硅矩形波导热光开关 357

8.2.1 器件结构及优化 357

8.2.2 器件制备与表征 359

8.2.3 器件性能测试 361

8.2.4 小结 363

8.3 聚合物／二氧化硅脊形波导热光开关 364

8.3.1 器件结构及光谱分析 364

8.3.2 器件制备与表征 369

8.3.3 器件性能测试 369

8.3.4 小结 372

8.4 热光开关的噪声容限特性 372

8.5 本章小结 376

参考文献 377