随着网络传输数据的爆炸式增长, 传统集成电路芯片面临着难以进一步提升交换速率及继续扩大容量等挑战。相较于传统电子芯片, 硅基光子器件具有交换速度快、功耗低、带宽大和与CMOS工艺兼容性好等优点, 可满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算光互连的迫切需求, 被视为在后摩尔时代突破芯片容量最具前途的解决方案, 受到日益广泛关注。文章介绍了硅基光子芯片中光开关单元及阵列的技术原理和发展现状, 重点论述了MZI型、MRR型开关单元, 以及常见阵列拓扑结构, 介绍了近年来大规模光开关阵列的国内外研究进展, 讨论了未来硅基光开关及阵列研究中面临的主要问题和解决方法。

通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(NaYF₄)∶镱(Yb³⁺), 铒(Er³⁺)纳米晶的聚合物光波导放大器在1.55 mm 处的增益特性进行了研究。分析中采用的波导芯层为NaYF₄∶18％Yb³⁺,10％Er³⁺纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物，包层为P(MMAGMA)聚合物。通过测试和分析纳米晶材料的吸收光谱和荧光光谱，利用Judd-Ofelt理论计算出了相应的Judd-Ofelt参数：Ω₂=6.302×10^-20 cm², Ω₄=0.69×10^-20 cm², Ω₆=7.572×10^-20 cm²。通过求解原子速率方程与光功率传输方程模拟分析了波导放大器在1.55 μm 波长的增益特性，得到的增益曲线具有饱和效应，当Er³⁺离子浓度为7.5×10²⁵ m^-3时获得的最大增益为9.7 dB。以SiO₂作为下包层，NaYF₄∶Yb³⁺, Er³⁺纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物作为芯层，P(MMA-GMA)聚合物作为上包层，制备了聚合物光波导放大器，当波长为980 nm 的抽运光功率为170 mW、信号光功率为0.1 mW 时，器件获得的最大相对增益为3.42 dB/cm。

研制了一种新型全聚合物49信道绝热低偏振相关阵列波导光栅（AWG）芯片。利用直接紫外光写入技术，实现了波导芯片的设计与制备。利用Matlab 软件对AWG 的传输特性进行了优化模拟，通过对聚合物衬底的热膨胀系数和聚合物波导的热光系数进行调控，得到了器件良好的绝热低偏振相关特性。测得AWG 的中心波长为1550.918 nm，波长间隔为0.8 nm，插入损耗的信道变化范围是5.51 dB~10.62 dB，串扰大于20 dB，偏振漂移和温度变化分别是0.08 nm 和0.03 nm/K。这种新技术十分适用于高性能多功能集成光路中，具有广阔的应用前景。

提出并设计了650 nm波段的全复合材料倒脊型马赫曾德尔热光开关，优化了该热光开关的主要参数，并利用COMSOL和Rsoft软件对器件传输效果进行了理论模拟。该有机无机复合材料为实验室自主合成。由于材料主体为Si-O-Ti刚性无机骨架，热稳定性效果得到提高，并具有较高的热光系数。改变材料中Ti的含量以改变材料的折射率，制得两种不同折射率的该材料，分别作为芯和包层。该材料具有好的成膜特性和可加工性，制作工艺简单。该器件损耗低，并且具有潜在的传感应用。对制作的热光开关进行了测试，得到了良好的近场输出光斑，插入损耗6.5 dB，传输损耗0.85 dB/cm，上升时间为190 μs，下降时间为350 μs，消光比8.5 dB。该热光开关在塑料光纤传输系统中具有广阔的应用前景。

利用自主合成的非线性有机-无机复合材料作为包层，紫外光敏型SU-8负胶为芯层，通过直接光写入技术成功研制了双有源包层结构聚合物41×41信道阵列波导光栅(AWG)器件。器件在设计中采用正矩形的波导结构。经计算，当包层厚度为5 μm，芯径尺寸为4 μm×4 μm时，可实现单模传输。 器件波长间隔定为0.8 nm，中心波长为1550 nm。经测试，该器件传输损耗为1.2 dB/cm，中心信道衍射损耗为6.2 dB，实测波长间隔为0.793 nm，器件的温度漂移量为-0.08 nm/℃。

The effects of optical losses on a directly-modulated radio-over-fiber (RoF) system used for distributed antenna networks are determined. The results show that with a properly designed bidirectional amplifier, the RoF link can tolerate over 20 and 16 dB of optical losses for down- and up-links, respectively. Simulation results are also consistent with the experimental data. These findings can contribute to the design of RoF distributed antenna systems with different topologies.

基于聚合物材料的波导型电光器件对提升光通信网络的带宽容量具有重要的意义。设计并制备了一种基于有机/无机杂化非线性材料的准矩形聚合物电光波导，采用SiO2作为下包层，紫外胶SU-8作为引导芯层，掺有生色团DR1的有机/无机杂化非线性材料DR1/SiO2-TiO2作为电光层，通过优化感应耦合等离子体刻蚀工艺的天线功率、偏置功率和氧气流量，将SU-8同时作为引导芯层和刻蚀工艺的掩模，制备了准矩形电光波导。实验测得波导传输损耗为-3.5 dB/cm。

A polymer/silica hybrid 2 \times 2 multimode-interference Mach–Zehnder interferometer thermo-optic (TO) switch is designed and fabricated. Instead of polymer, silica is used as under-cladding to accelerate heat release because of its large thermal conductivity. The developed switch exhibits low power consumption of 6.2 mW, low crosstalk of about –28 dB, and short response time. The rise and fall times of 103 and 91 \mu s for this hybrid switch are shortened by 40.8% and 52.4%, respectively, compared with those of the fabricated TO switch (174 and 191 \mu s) using polymer as both upper- and under-claddings.

The optimized oxygen inductively coupled plasma etching parameters are systematically studied to fabricate Poly (methyl-methacrylate-glycidly-methacrylate) inverse ridge waveguide with smooth vertical features. The etch rate, surface roughness and vertical profile are characterized by atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The optimized etching parameters are found to be 400-W antenna-RF power, 30-W radio frequency (RF) bias power, 1-Pa-chamber pressure, and 40-sccm be O2-flow rate. Spincoating butyl acetate diluted polymer solution onto the channel waveguide is proved to be an effective method which can decrease the surface roughness. According the results, the RMS rouqhness of the film decreases 80%. Optical propagation loss can be reduced from 2.6 to 1.5 dB/cm for the above reason.

针对有机无机杂化的电光材料设计了单模加载条形的波导结构,模拟了这种结构中光场的分布,制作了直波导,测得其传输损耗为2.0 dB/cm;采用这种加载条形的波导结构设计了马赫-曾德尔干涉型(MZI)电光调制器,通过对MZI结构互作用区的优化选择,互作用区两波导间距为30 μm,长度为15000 μm;通过分析共面波导型行波电极的中心电极宽度及中心电极与地电极间距对特性阻抗、重叠积分因子以及半波电压的影响,得出中心电极宽度9 μm,中心电极与地电极间距5 μm时,器件半波电压最低,为8.4 V。器件制作完成后对其进行测试得出了线性调制曲线,并测得半波电压为9.0 V,与理论值基本符合。