微加工型光无源器件的设计，制作与分析

论文摘要

基于非硅基微加工技术设计研制了两类光无源器件——光开关及可调光衰减器，主要利用有限元软件ANSYS和材料力学对一系列器件进行了状态模拟及理论分析，并分别报告了器件的性能测试。 本文主要分成五大部分。第一部分主要研究了现有光开关及可调光衰减器的实现技术，对各种技术的优点及缺点进行了分析，并对光开关及可调光衰减器技术发展现状进行了概述。 第二部分主要是光纤直接耦合器件设计前期准备，详细分析了光纤直接耦合的回波损耗、插入损耗及精密校准问题。 第三部分主要提出了一种利用光纤直接耦合原理制作的微加工型光开关。该器件使用电磁微线圈驱动一封装在微加工柔性框架上的活动光纤，使其对准另两根固定光纤，实现光路转换。驱动电压为5V，开关时间小于2ms，插入损耗达到0.9dB～1.1dB。器件构造工艺采用了CNC雕刻技术和EDM技术。 第四部分主要提出了一种利用光纤直接耦合原理制作的微加工型可调光衰减器。该器件采用电磁微线圈驱动柔性框架上的活动光纤微位移实现信号功率衰减变化，驱动电压为0～8V，工作范围0～65dB，动态时间响应小于2.3 ms。器件构造工艺主要使用了CNC高精度雕刻和激光点焊封装技术。 第五部分主要介绍了一种亚毫秒级微加工型1×2光开关阵列。该阵列运用电磁驱动摆杆上的微镜移动实现了驱动电压5V下，开关时间小于750gs，插入损耗0.6dB～0.8dB，串扰＜-70dB。其具有结构简单、成本低廉、可大规模集成的特点，能很好地解决智能光网络节点连接设备OADM快速信号转换和串扰问题。 论文最后对三种器件进行了优缺点分析，提出了三种新的理念和设计方案。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 WDM全光网概述
• 1.2 光无源器件——光开关和可调光衰减器实现原理
• 1.2.1 光开关技术应用
• 1.2.2 可调光衰减器技术应用
• 1.3 光无源器件发展现状
• 第2章 光纤直接耦合器件初步设计
• 2.1 回波损耗
• 2.1.1 第一级反射
• 2.1.2 第二级反射
• 2.2 插入损耗
• 2.2.1 插入损耗产生及避免方法
• 2.2.2 光纤直接耦合原理及插入损耗的计算
• 2.3 光纤耦合精密校准装置
• 第3章 光纤直接耦合微加工型1×2光开关
• 3.1 技术背景
• 3.2 器件设计与制作
• 3.3 器件理论分析
• 3.3.1 驱动系统电磁场分析
• 3.3.2 弹性框架性能分析
• 3.4 性能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 光纤直接耦合微加工型可调衰减器
• 4.1 技术背景
• 4.2 VOA设计
• 4.3 器件设计的理论分析与优化
• 4.3.1 驱动系统磁场状况分析
• 4.3.2 柔性框架受力分析
• 4.4 器件制作
• 4.5 性能测试
• 4.6 本章小结
• 第5章 亚毫秒级微加工型1×2光开关阵列
• 5.1 技术背景
• 5.2 光开关阵列设计与制作
• 5.3 开关单元结构的设计和仿真
• 5.3.1 开关机理与速度的相关性
• 5.3.2 光纤准直器与光信号损耗相关性
• 5.3.3 利用有限元（FEA）法对驱动过程进行模拟
• 5.4 性能测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表的论文
• 致谢