聚合物电光开关阵列的S+C+L超宽波段光谱平坦化及失效模式研究

为实现非波长选择性光电集成片上网络（ONoC）中点对点的链路切换，本项目拟采用非泵浦自补偿方式，探索较大规模聚合物电光开关阵列的新型S+C+L超宽波段光谱平坦化机制及物理结构，研究多元非线性计算机辅助设计方法，优化可改善光谱性能的关键工艺条件，设计并试制功耗低、结构合理、尺寸适中、工艺简单、各端口输出光谱均可覆盖S+C+L全部波段的1×1、2×2、4×4宽光谱电光开关及阵列。同时利用试制的器件样品，研究由微波品质恶化、材料物理老化、温度变化、生色团偶极取向弛豫翻转等因素导致器件失效的机理，深入揭示开关特性、光谱特性、响应特性等性能随上述因素的一般失效模式，探索可预测器件使用寿命的机制，为研制性能优良的宽光谱电光开关阵列、提高稳定性和可靠性、延长使用寿命、推进器件在ONoC系统中的实用化进程提供理论基础和实验依据。

本项目的主要研究目标是探索设计并试制出可覆盖S+C+L全部波段的1×1、2×2和4×4宽光谱电光开关阵列，同时揭示器件的失效模式。我们严格按照项目研究计划以及各研究要点认真开展了各项研究工作，达到了研究目标，完成了预期指标。1）合成了DR1/TiO2-SiO2、DR1/SU-8、DR1/PMMA、DR1-co-PMMA、NOA73、PMMA等波导包、覆层材料，测量了材料光学参数的波长色散特性；2）研究设计了基于双对称MZI和双相位发生器的1×1宽光谱电光开关、以及基于非对称MZI和对称相位发生器的2×2宽光谱电光开关；3）研究总结了传统MZI电光开关的光谱特性、受限因素以及可对其进行光谱展宽的一般机制和设计流程；4）研究了交叉耦合单环/双环结构、微环辅助的MZI结构等电光器件的输出光谱和光谱展宽的可行性；5）基于微环谐振器，研究构建了可对宽光谱数据流实现选择性开关作用的4×4、5×5和8×8光开关阵列结构；6）研究了具有阻塞功能的微环谐振式有源N×N电光开关阵列以及具有无阻塞功能的全内反射式有源4×4宽光谱电光开关阵列；7）给出了用于分析基于共面波导地（CPWG）行波电极的定向耦合电光开关以及基于推挽极化波导的Y型耦合器电光开关的GHz开关特性的傅里叶分析理论；8）制备并测试了规模为1×2和2×2的硅基聚合物电光/热光开关单元；9）以2×2 MZI电光开关为基本单元，制备并测试了规模为1×4和2×4的阻塞式有源光开关阵列；以2×2全内反射光开关为基本单元，制备并测试了规模为3×3、4×4、5×5的无阻塞无源光开关阵列以及规模4×4的无阻塞有源光开关阵列；10）测量并分析了所制备电光开关样品的老化特性，利用自回归、e指数等函数对老化特性做了建模和分析，得到了样品性能的一般变化模式。项目执行期间，共发表与本课题相关的SCI、EI论文43篇（SCI：28篇、EI：15篇），其中，项目负责人作为第一/通讯作者的论文共33篇（SCI：19篇、EI：14篇）；申报国家发明专利2项（负责人为第一发明人）。项目研究成果“硅基聚合物波导光开关器件物理与模拟”获吉林省自然科学学术成果二等奖（负责人为第一获奖人）；撰写学术专著1本《聚合物光开关器件物理》（负责人为第一作者，2015.01出版）；培养博士研究生3人（均已获学位），硕士研究生4人（3人已获学位）。