基于加载条形光波导结构的聚合物热光开关

吉林大学学报(信息科学版)

基于加载条形光波导结构的聚合物热光开关

郑伟 a,b , 许强 a,b , 李智勇 c , 牛东海 a,b , 李德辉 a,b , 吴远大 c , 张大明 a,b

(吉林大学 a. 集成光电子学国家重点联合实验室; b. 电子科学与工程学院; c. 半导体研究所实验区, 长春 130012

收稿日期:2017-05-15 出版日期:2017-09-29 发布日期:2017-10-23
通讯作者: 张大明(1970— ), 男, 吉林东丰人, 吉林大学教授, 主要从事集成光波导器件研究, (Tel)86-13019216406(E-mail) zhangdm@ jlu. edu. cn。
作者简介:郑伟(1966— ), 男, 长春人, 吉林大学高级工程师, 主要从事集成光学器件研究, (Tel)86-13596181588(E-mail) zhengw@ jlu. edu. cn
基金资助:
国家重点研发计划基金资助项目(2016YFB0402502); 国家自然科学基金资助项目(61575076; 61405070); 吉林省科技发展计划基金资助项目(20160520091JH); 中国博士后科学基金资助项目(2015M571362)

Polymeric Thermo-Optic Switch Based on Strip-Loaded Optical Waveguide

ZHENG Wei a,b , XU Qiang a,b , LI Zhiyong c , NIU Donghai a,b , LI Dehui a,b , WU Yuanda c , ZHANG Daming a,b

a. State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics; b. College of Electronic Science and Engineering;
c. Institute of Semiconductors Region, Jilin University, Changchun 130012, China

Received:2017-05-15 Online:2017-09-29 Published:2017-10-23

摘要/Abstract

摘要： 为解决有机/ 无机杂化材料薄膜厚度较薄且难加工等问题, 设计并制作了一种基于加载条形光波导结构
的 MZI(Mach-Zehnder Interferometer)型快速、低功耗热光开关器件。聚合物材料具有较低的热导率和较大的热
光系数, 能有效降低器件的功耗, 以热导率相对较大的 SiO 2 的衬底作为下包层, 可有效加快器件响应时间。
采用热光系数较大的有机/ 无机杂化材料 DR1/ SiO 2 -TiO 2 作为波导芯层, 以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): Poly-Methyl-Methacrylate-Glycicly-Methacrylate)作为加载条波导, 以聚甲基丙
烯酸甲酯(PMMA: Polymethyl Methacrylate)作为波导上包层, 设计了热光开关器件。采用 COMSOL 软件模拟了
器件的光场和热场分布, 采用微加工工艺并结合光漂白技术进行了开关器件的制备。并在 1 550 nm 工作波长
下测试开关器件的性能。可在缩短器件响应时间的同时降低器件的功耗, 驱动功率为 9. 2 mW, 消光比为
21. 2 dB, 开关的上升、下降时间分别为 152. 8 滋s 和 180. 0 滋s。

关键词: 热光开关, 有机、无机杂化材料, 马赫-曾德干涉仪, 集成光学, 加载条形光波导

Abstract: To solve the problem of that the organic/ inorganic material has a thinner film and is difficult to
process, we design and fabricate a polymeric MZI(Mach-Zehnder Interferometer) TO(Thermo-Optic) switch
based on strip-loaded waveguide structure. The polymer materials have the advantages of lower thermal
conductivity and larger thermo-optical coefficient, and can reduce the power-consumption of the TO device
effectively. The SiO 2 is used as the under-cladding which can shorten the response time of the device. We
selected the organic/ inorganic hybrid material DR1/ SiO 2 -TiO 2 as the core layer, the P(MMA-GMA) (Poly-
Methyl-Methacrylate-Glycicly-Methacrylate) as the loading strip, and poly methyl methacrylate ( PMMA:
PolymethylMethacrylate) as the upper-cladding. The light field and thermal field distribution of the TO switch
are both simulated. The TO switch is fabricated by using the microfabrication process and photobleaching
technology. At 1 550 nm wavelength, the power consumption is about 9. 2 mW, and the extinction ratio of the
device is 21. 2 dB. The rise/ fall times of the switch are 152. 8 чs /180. 0 чs, respectively.

Key words: optical switching devices, polymer waveguides, mach-zehnder interferometer(MZI), integrated optics devices, integrated optics materials

中图分类号:

郑伟,许强,李智勇,牛东海,李德辉,吴远大,张大明. 基于加载条形光波导结构的聚合物热光开关[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2017, 35(5): 487-492.

ZHENG Wei,XU Qiang,LI Zhiyong,NIU Donghai,LI Dehui,WU Yuand,ZHANG Daming . Polymeric Thermo-Optic Switch Based on Strip-Loaded Optical Waveguide[J]. Journal of Jilin University(Information Science Ed, 2017, 35(5): 487-492.

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