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。

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。

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。

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。

通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(NaYF₄)∶镱(Yb³⁺), 铒(Er³⁺)纳米晶的聚合物光波导放大器在1.55 mm 处的增益特性进行了研究。分析中采用的波导芯层为NaYF₄∶18％Yb³⁺,10％Er³⁺纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物，包层为P(MMAGMA)聚合物。通过测试和分析纳米晶材料的吸收光谱和荧光光谱，利用Judd-Ofelt理论计算出了相应的Judd-Ofelt参数：Ω₂=6.302×10^-20 cm², Ω₄=0.69×10^-20 cm², Ω₆=7.572×10^-20 cm²。通过求解原子速率方程与光功率传输方程模拟分析了波导放大器在1.55 μm 波长的增益特性，得到的增益曲线具有饱和效应，当Er³⁺离子浓度为7.5×10²⁵ m^-3时获得的最大增益为9.7 dB。以SiO₂作为下包层，NaYF₄∶Yb³⁺, Er³⁺纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物作为芯层，P(MMA-GMA)聚合物作为上包层，制备了聚合物光波导放大器，当波长为980 nm 的抽运光功率为170 mW、信号光功率为0.1 mW 时，器件获得的最大相对增益为3.42 dB/cm。

结合有机聚合物材料和无机SiO2材料, 设计一种1×2多模干涉—马赫曾德尔干涉仪热光开关, 优化器件参数, 并对其性能进行模拟.利用化学气相沉积、光刻等工艺制备热光开关, 并对其波导形貌进行表征.为了测试器件性能, 采用ARM7处理器和InGaAs光电探测器, 设计并研制了一种光开关性能测试系统.该系统主要由低纹波线性供电电源、光电探测器、前置放大器、主放大器、信号调理器、模数转换器、主控制器、显示器等构成.采用商用光功率计对该测试系统进行标定, 其零点漂移小于0.5 dBm.在光开关电极上施加不同的直流驱动电压, 作为对比, 利用自主研制的光功率计和商用光功率计分别测试光开关某端口的输出光功率.实验结果表明, 两种情况下测得曲线的变化趋势一致, 均在驱动电压为10 V时, 输出光功率达到最小值.该测试系统具有良好的性能, 可满足实际测试需要.

研制了一种新型全聚合物49信道绝热低偏振相关阵列波导光栅（AWG）芯片。利用直接紫外光写入技术，实现了波导芯片的设计与制备。利用Matlab 软件对AWG 的传输特性进行了优化模拟，通过对聚合物衬底的热膨胀系数和聚合物波导的热光系数进行调控，得到了器件良好的绝热低偏振相关特性。测得AWG 的中心波长为1550.918 nm，波长间隔为0.8 nm，插入损耗的信道变化范围是5.51 dB~10.62 dB，串扰大于20 dB，偏振漂移和温度变化分别是0.08 nm 和0.03 nm/K。这种新技术十分适用于高性能多功能集成光路中，具有广阔的应用前景。

为了有效改善基于无机材料的可变光衰减器（VOA）功耗大以及全聚合物VOA响应速度慢的问题，设计并研制了一种基于有机聚合物/无机SiO2材料的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型VOA器件。根据脊型波导结构的单模传输条件，设计并优化了单模波导的截面尺寸，同时对器件结构进行了模拟，采用光刻和显影等工艺制备出功耗较低、响应速度快的VOA器件。在1550 nm通信波长下，器件的衰减范围为23 dB，最大功耗仅为14 mW，器件的上升时间为252 μs，下降时间为384 μs。实验结果表明，采用有机/无机混合波导结构，并通过对器件结构参数的优化，可以实现功耗低且响应快速的VOA器件。

基于聚合物材料的波导型电光器件对提升光通信网络的带宽容量具有重要的意义。设计并制备了一种基于有机/无机杂化非线性材料的准矩形聚合物电光波导，采用SiO2作为下包层，紫外胶SU-8作为引导芯层，掺有生色团DR1的有机/无机杂化非线性材料DR1/SiO2-TiO2作为电光层，通过优化感应耦合等离子体刻蚀工艺的天线功率、偏置功率和氧气流量，将SU-8同时作为引导芯层和刻蚀工艺的掩模，制备了准矩形电光波导。实验测得波导传输损耗为-3.5 dB/cm。

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。