聚合物平面光波导(PLC)器件以其低损耗、低成本、低功耗, 以及制备工艺简单等优点, 在光通信网络、微波光子学、传感监控等领域发挥着重要作用。文章梳理了近年来聚合物平面光波导器件的代表性工作, 其中包括阵列波导光栅、可变光衰减器、光开关及其集成器件, 讨论了聚合物平面光波导未来的发展方向。

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。

基于分裂-合并的图像分割方法可以克服传统基于像素的遥感影像分割算法易受噪声干扰、分割效率低、分割效果差等缺点。结合超像素和图的点积表示算法，提出一种新的基于分裂-合并的遥感影像分割方法。首先，采用简单线性迭代聚类（SLIC）算法对图像进行超像素分割；其次，测量每个超像素块的纹理特征，并考虑空间邻近性，计算每两块之间的距离；然后，将每个超像素块视为图中一个顶点，构建相似矩阵，采用修正的图的点积表示算法将每个顶点重新映射为新的向量，并进行基于角度的k-means方法聚类，得到最后的分割结果。实验结果表明，所提方法分割结果稳定，同时有效地提高了分割精度，取得较好的分割视觉效果。

设计并制备了一种基于非对称定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关。该器件由一个单模波导和一个双模波导组成。在双模波导上制作金属加热器,通过向加热器提供驱动电压,可以实现单模波导中的LP01模与双模波导中的LP11a模的转换。选用硅作为衬底,聚合物EpoClad和SU-8分别作为波导的包层与芯层材料,采用传统的半导体微加工工艺制备了热光模式开关器件。当工作波长为1550 nm时,热光模式开关的消光比可以达到14.6 dB,驱动功率为29.6 mW,模式开关的上升时间和下降时间分别为660 μs和480 μs。该器件在可重构模分复用系统中具有广阔的应用前景。

塑料制成的光纤具有轻质、柔软、低成本等特点，可用于通信、图像传输、照明与装饰等领域，实现与其它光纤优势互补的各种功能.在通信领域，渐变折射率塑料光纤实现了10 Gbps@100 m的消费级传输速率和40 Gbps的测试级传输速率; 在图像传输领域，已有0.45 mm直径@7400像素和1.5 mm直径@13 000像素的传像束，以及分辨率高达256 lp/mm的光纤面板产品; 在塑料光纤激光器领域，有关增益介质、光纤长度、光纤结构等与激光器/放大器的特征性能间关系的理论与实验研究逐步深入; 在装饰和照明领域，已有用塑料光纤开发的太阳光光纤照明、造型光纤照明、光纤毯治疗仪等装置.本文就塑料光纤在上述领域的最新研究和应用情况进行综述.

制备了NaYF4∶Er3+,Yb3+纳米晶, 表征了纳米晶的形貌, 通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料, 优化了波导放大器的尺寸, 利用旋涂、刻蚀等工艺, 在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器, 分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果, 并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明, 当980 nm波长的泵浦光功率为241 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时, 使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 dB的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时, 使用光漂白法制备的放大器得到4.5 dB的相对增益。根据以上测试结果, 分析了两种工艺对器件性能的影响。

对水射流辅助激光复合多道切割Al2O3陶瓷工艺进行了实验研究, 并探讨了在激光参数和水射流的其它参数一定的情况下, 分析水射流速度对水射流激光复合多道切割Al2O3陶瓷切缝质量的影响。研究结果表明: Al2O3陶瓷的切缝质量随着水射流流速的增大先提高后下降, 存在一个最佳的射流速度使得切缝质量最高, 试验中最佳水射流速度16 m/s。

为了克服主客掺杂型有源材料均匀性和稳定性差的问题, 采用键合掺杂方法, 将高温热解法制备的油酸修饰掺铒氟钇钠纳米晶粒与甲基丙烯酸甲酯发生共聚反应, 形成键合型有源芯层材料。纳米晶粒均匀固定在聚合物分子链上, 抑制了高浓度掺杂时的团聚析出且材料更稳定。纳米粒子在聚合物中的质量百分比达到约1wt%, 具有良好的成膜性, 用原子力显微镜照片观察薄膜表面粗糙度为1.76 nm。用椭偏仪测量薄膜光学性质, 并用柯西色散模型拟合出薄膜折射率随波长的变化关系, 材料在1 550 nm信号光波长的折射率为1.485。设计嵌入式波导结构, 采用有限元方法进行模式分析和计算光场强度分布。采用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀工艺制备凹槽形下包层, 填充有源材料制备条形波导放大器。实验结果表明, 当1 550 nm信号光功率为0.1 mW, 1 480 nm泵浦光功率为390 mW时, 在1.2 cm长的样品中得到了3.58 dB的信号光相对增益。

制作了基于KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明, KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下, 由于Er3+和Mn2+能级之间的能量传递, KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米粒子的发光特性, 制备了KMnF3∶Yb3+,Er3+ NCs-PMMA复合材料, 用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器, 利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明, 当655 nm信号光功率为0.1 mW、980 nm泵浦功率为260 mW时, 器件获得了2.7 dB的相对增益。