设计并制作了硅基二氧化硅波导阵列相控芯片, 该芯片由分束单元、相位调制单元、输出波导阵列三部分构成, 分束单元采用三级1×2的光分束器级联而成, 相位调制单元采用热光调制方式, 输出部分包含8根密集阵列波导.8根波导输出的光在远场发生干涉, 形成扫描光束, 加电后通过二氧化硅热光效应, 折射率变化0.027%(0.000 4)时, 扫描光束偏转5.5°.该波导相控阵列采用2.0%超高折射率差的硅基二氧化硅波导为材料, 经等离子体增强化学气相沉积法进行材料生长及退火, 再经电感耦合等离子体干法刻蚀技术进行刻蚀, 最后切割抛光制作而成.测试结果表明, 静态下该芯片8条输出阵列波导形成清晰干涉光斑, 在电压达到130 V时, 热调制相位后, 光斑移动5.5°.

作为全光计算的基本逻辑单元的重要结构,全光开关的研究进展影响着整个全光计算甚至集成光学领域的发展。设计了一种硅基二氧化硅结构的超快全光开关,并通过双色抽运探测实验对光控光开关的消光比以及开关响应时间进行了测试,实现了开关强度比为7∶1、开关时间约为500 fs的超快全光开关的设计。

设计了一种非对称臂马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型硅基二氧化硅偏振分束器(PBS), 在1535～1565 nm波长范围内, 其偏振消光比大于20 dB, 插入损耗大于-0.5 dB。采用有限差分-束传播法(FD-BPM)进行误差分析, 分别计算了多模波导的宽度和长度以及非对称臂的宽度和长度误差对偏振分束器性能的影响。仿真结果表明, 多模波导长度和非对称臂长度误差分别小于±2 μm和±4 μm时, 偏振分束器的消光比和插入损耗仍能保持较好的结果; 而要保持20 dB以上的偏振消光比, 多模波导宽度误差应小于±500 nm, 非对称臂宽度误差应小于±4 nm(宽臂)和±2.5 nm(窄臂)。非对称臂宽度对工艺的要求比较高, 拟利用热光效应改变波导折射率来补偿波导尺寸变化引起的相位误差, 以便下一步制备出高性能的硅基二氧化硅偏振分束器。

随着阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)型器件在光通信系统中的大规模应用，对低成本AWG芯片的需求越来越多.在各种降成本方案中，减小AWG芯片的尺寸是最有效的方法之一.本文介绍了一种新型小尺寸低折射率差硅基二氧化硅AWG的设计.在该AWG中，输入波导/输出波导与平板波导连接的部分制作成两侧为空气槽的高折射率差波导，所以在与输出平板波导连接处的相邻输出波导间距较小，这样可以在设计上缩短平板波导的长度、减少阵列波导的数量，实现较小的AWG芯片尺寸.该AWG的其它部分，如输入/输出波导与光纤耦合的部分、阵列波导光栅等均采用常规的低折射率波导工艺，所以就同时具有与常规的低折射率波导AWG相同的优点: 如低耦合损耗、较好的串扰以及光学特性等.根据这个原理，设计了一种40通道100 GHz频率间隔的低折射率差硅基二氧化硅AWG，其芯片尺寸只有23.88 mm×10.5 mm，是传统相同材料制作的AWG尺寸的1/6.

硅基二氧化硅阵列波导光栅是集成化波分复用光网络中的核心器件之一。对其制作工艺的研究对提高器件的性能具有重大意义。提出一种在波导上包层使用硼锗共掺高温退火的工艺方法，成功实现阵列波导间空隙的填充，并将阵列波导光栅的插入损耗成功降低约2 dB。相对于传统的硼磷硅玻璃工艺，此方法避免了剧毒气体磷烷的使用，工艺简便安全，同时降低了成本。最后，通过对光刻、增强型等离子体化学气相沉积法(PECVD)薄膜沉积、感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀和高温退火回流等工艺步骤的改进、完善和优化，实现了额外损耗约为1.5 dB的阵列波导光栅。

从理论上分析了硅基二氧化硅光波导器件的芯区尺寸、相对折射率差、内应力和弯曲半径对器件偏振特性的影响,得出结论：小折射率差的正方形波导的双折射系数小;内应力对双折射的影响比几何参数大;弯曲半径较小时,双折射系数较大,弯曲损耗也较大。