设计了一种新型改进结构马赫-曾德尔干涉(MZI)电光开关,即在传统结构MZI电光开关中,使用一个相位发生器(PGC)取代一个3 dB耦合器。给出了改进器件的模型和工作原理,导出了振幅传输矩阵,分析了相移补偿原理和开关条件,优化了结构参数,模拟了传输功率、输出功率、输出频谱、插入损耗、串扰等特性。仿真结果表明,所设计器件的开关电压为2.445 V,开关时间为18.1 ps,拓展后的输出频谱为110 nm,工作波长在1492≤λ≤1602 nm范围内,器件的插入损耗小于2.24 dB,串扰小于-30 dB。设计结果与基于光束传播法(BPM)的Optiwave软件模拟结果吻合较好。

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响，应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法，优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明，该器件具有良好的开关性能：在1 550 nm的工作波长下，器件耦合区的长度为4 753.5 μm，交叉态电压为1.22 V，直通态电压为2.65 V，插入损耗小于2.21 dB，串扰小于－30 dB.通过微调状态电压，可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成，在微环上施加不同方式的驱动电压，可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例，在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2，波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm，电极厚度为0.2 μm，微环半径为13.76 μm，微环与信道间的耦合间距为0.14 μm，输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm，开关电压约为12.6 V，插入损耗约为0.67~1.26 dB，串扰小于－20 dB，开关时间约为11.35 ps.

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出一个聚合物串联耦合双环电光开关器件模型，在1.55 μm谐振波长下对该器件进行了模拟和优化.结果为：微环波导芯截面尺寸为1.6×1.6 μm2，波导芯与电极间的限制层厚度为1.6 μm，电极厚度为0.15 μm，微环半径为15.2 μm，微环与信道间的耦合间距为0.14 μm，微环与微环间的耦合间距为0.6 μm，输出光谱的3 dB带宽约为0.06 nm，开关电压约为6 V左右，插入损耗约为2.2 dB，串扰约为－20 dB.所设计的双环电光开关较单环型电光开关不仅输出光谱更加平坦陡峭，非谐振光更弱，而且开关电压更低.

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型。该器件由N－1个微环和N条平行信道构成，在微环上施加不同方式的驱动电压，可以实现N条信道的开关功能。以7微环8信道结构为例，在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟。结果表明，微环波导芯的截面尺寸为1.7 μm×1.7 μm，波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm，电极厚度为0.2 μm，微环半径为13.76 μm，微环与信道间的耦合间距为0.14 μm，输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm，开关电压约为8.1 V左右，插入损耗约为0.23~4.6 dB，串扰小于－20 dB。

应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换法和镜像法, 给出了分析聚合物定向耦合电光开关高频响应特性的功率传输矩阵新方法, 导出了输出功率、上升时间、下降时间、开关时间及截止开关频率的表达式。为了获得较低的传输损耗、较好的阻抗匹配、较小的开关电压以及较高的截止频率, 优化设计了器件的波导结构和电极结构。模拟结果表明, 所设计器件的开关电压为1.457 V, 耦合长度为4.374 mm, 开关时间为32.8 ps, 截止开关频率为114.7 GHz。与点匹配法的计算结果和实验结果的对比表明, 该理论分析方法具有较高的精度。

根据耦合模理论，给出了1×N信道微环谐振波分复用器(MRRWM)的光强传递函数通用公式，并分析了微环谐振波分复用器的传输特性。利用参量优化结果，在中心工作波长约为1.55 μm、波长间隔约5.6 nm的情况下，对1×8信道硅基聚合物微环谐振波分复用器进行了数值模拟。计算结果表明，该器件具有以下优良的性能