设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关，该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度，利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明：在1550 nm工作波长下，该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB；所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB；开关响应时间小于60 μs。

设计制备了一种低功耗的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型聚合物热光开关器件,为降低开关的功耗,将器件加热区的调制臂波导设计成悬浮波导,从而抑制波导芯区处热量向硅衬底的扩散。模拟结果显示,相比于传统波导结构的热光开关,悬浮波导结构可以明显减少热扩散。利用半导体工艺成功制备了具有悬浮波导结构的热光开关器件,在1550 nm工作波长下,热光开关的功耗为9.3 mW,消光比为21 dB,开关的上升和下降时间分别为392 μs和697 μs。

设计并制作了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构的低功耗聚合物热光开关。聚合物材料具有低热导率和高热光系数的优点，可以有效降低热光器件的功耗。在SiO2 衬底上，采用热光系数较大的Norland 紫外固化胶(NOA73)作为波导芯层，聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物[P(MMA-GMA)]作为波导的上包层，设计了热光开关器件，并对光场和热场进行了模拟，采用传统的半导体工艺完成了热光开关器件的制备。器件的测试结果表明，在1550 nm 工作波长下，热光开关器件的消光比为20.2 dB，驱动功率仅为9.14 mW，开关的上升时间为174 μs，下降时间为292 μs。

设计了一种基于聚合物材料的延迟线阵列与热光开关的集成器件.利用Rsoft软件设计并模拟了多模干涉热光开关的性能，可实现输出光场强度随电极加热温度变化.设计了螺旋结构的延迟线阵列，利用BPM软件对螺旋结构波导进行数值模拟，综合考虑器件尺寸和损耗参量设计出螺旋结构的弯曲半径.将延迟线阵列结构与热光开关进行集成，能够实现热光控制的聚合物延迟线阵列，该器件可实现的最大延迟时间为399.4 ps，延迟间隔为9.2 ps.以SiO2为下包层，SU-8紫外固化光刻胶为波导芯层，聚甲基丙烯酸甲脂为上包层，采用旋涂、光刻、湿法腐蚀等工艺制备了1×4延迟线阵列与MMI热光开关的集成器件，测试得到了延迟线阵列的近红外输出光斑，插入损耗为15~19 dB.

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。

采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶(NOA)制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征，采用感应耦合等离子体(ICP)方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下，长22 cm的直波导插入损耗为83 dB。在电极上施加直流信号，测得热光开关的消光比为11 dB，驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络，获得了器件的开关特性曲线，测得开关器件的上升时间为1085 ms，下降时间为4895 μs。实验结果表明:NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链，可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比，具有较高的热光系数（量级为10－4/K），以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配，设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10 dB，驱动功率15 mW，开关时间小于1 ms，消光比15 dB.

采用传统的半导体工艺制作了聚合物Mach-Zehnder型热光开关.利用扫描电镜观测波导形貌，通过红外摄像机观测波导的近场输出光斑，在通信波段1 550 nm波长下测试了器件的输出光谱.在电极上施加直流信号，测得热光开关的消光比为－15 dB，驱动功率为16 mW.引入直流偏置网络，获得了器件的开关特性曲线，经测量开关上升时间为1.2 ms，下降时间为0.8 ms.

本文设计并制作了基于强限制多模干涉耦合器的2×2 SOI马赫-曾德热光开关.这种光开关采用了深刻蚀结构的多模干涉耦合器和输入/输出波导,较大地提高了干涉耦合器的性能并减少了连接耦合损耗.同时,在调制臂区域采用浅刻蚀结构,保持其单模调制状态.深刻蚀多模干涉耦合器具有优越的特性,在实验中测得不均衡度只有0.03 dB,插入损耗-0.6 dB.基于这种耦合器的新型热光开关,其插入损耗为-6.8 dB,其中包括光纤-波导耦合损耗-4.3 dB,开关时间为6.8 μs.

利用有机聚合物材料热光效应进行了Y分支结构光波导开关的研究和制作,实验结果显示光开关具有小于-20 dB的串音,驱动功率为110 mW～130 mW.同时给出插入损耗的测试结果,并分析了其产生的各种原因.针对器件的开关速度问题,提出了解决方法.