新型宽光谱Mach-Zehnder电光开关的优化设计与模拟分析

"宽光谱对称马赫曾德尔电光开关的优化与模拟" 这篇论文主要探讨了在集成光学领域中，如何优化和模拟一种新型的宽光谱对称马赫曾德尔电光开关（Mach-Zehnder Electro-optic Switch, MZI）。电光开关是光纤通信和光信息处理系统中的关键元件，它能够根据电信号的控制来开关光信号。传统的MZI电光开关通常基于3 dB耦合器，但这种设计在宽光谱范围内可能会出现性能下降的问题。 研究者郑传涛、梁磊等人提出了一种创新设计，即用两个对称相位发生器（Phase Generator Coupler, PGC）替代传统的3 dB耦合器，构建了一个新型的宽光谱MZI电光开关。这种设计旨在解决因波长漂移导致的MZI电光区域模式相移漂移问题。通过采用多元非线性最小均方优化算法，他们对PGC的结构参数进行了精细调整，以确保在整个宽光谱范围内实现稳定的性能。 在1550 nm的中心波长下，优化后的开关在ON和OFF状态下的驱动电压分别为0和±0.925V。器件的电光区长度设定为5mm，表现出优秀的光谱特性：输出光谱覆盖了1380nm到1730nm的350nm宽范围，插入损耗小于5.91dB，串扰低于-30dB，ON和OFF状态间的消光比超过24.5dB。这样的性能相比传统MZI电光开关的60nm光谱范围有显著提升，同时也优于之前基于单个PGC非对称MZI电光开关的110nm范围。 这些优化的宽光谱特性使得新型电光开关在光波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）系统中有很高的应用潜力，能够有效地进行任意波长信道的切换和路由。光波分复用技术是现代光纤通信系统中提高传输容量的重要手段，而高效、宽光谱的电光开关则是实现这一技术的关键组件。 关键词涵盖了集成光学、电光开关、输出光谱、插入损耗和串扰，这五个关键词正是论文研究的核心内容。集成光学是指将光学组件集成在小型化芯片上的技术，对于电光开关来说，这意味着更紧凑、高效的设备设计。输出光谱、插入损耗和串扰则是衡量电光开关性能的重要指标，它们直接影响着开关在实际应用中的效果和可靠性。插入损耗指的是信号通过开关时的功率损失，串扰则涉及到不同光通道之间的相互干扰，而宽光谱性能则是衡量开关能否适应多种波长需求的关键因素。