【摘 要】
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近年来网络传输数据流量呈爆炸式增长,传统的电交换已难以满足网络宽带的发展需求,加快光交换的应用研究迫在眉睫。光开关阵列芯片和模块作为光交换系统中的核心部件,对于光通信技术的发展具有重大意义。基于绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）的热光开关技术,以其响应速度快、损耗低、功耗小、集成度高、和COMS工艺相兼容的优点,在光网络的发展中发挥着积极的作用。除了要在设计上不断提升S
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近年来网络传输数据流量呈爆炸式增长,传统的电交换已难以满足网络宽带的发展需求,加快光交换的应用研究迫在眉睫。光开关阵列芯片和模块作为光交换系统中的核心部件,对于光通信技术的发展具有重大意义。基于绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）的热光开关技术,以其响应速度快、损耗低、功耗小、集成度高、和COMS工艺相兼容的优点,在光网络的发展中发挥着积极的作用。除了要在设计上不断提升SOI热光开关阵列芯片本身的性能以外,也要重视大规模开关阵列的驱动和控制电路对开关模块的综合性能的影响。本文在研究热光开关阵列结构以及其工作机理的基础上,首先完成了对实验室研制的SOI热光开关阵列芯片的封装。针对芯片上的单通道光开关阵列（单通道阵列中包含7个级联的2×2热光开关单元）,设计并制作了以单片机为核心的控制电路。通过以驱动芯片ULN2803为核心的驱动电路,实现了对7个光开关单元的独立控制。在此基础上本文又扩展驱动电路的输出端口数目,设计并制作了以上位机为控制端的多通道驱动控制电路（可同时控制56个热光开关单元）。基于该驱动及控制电路,搭建了光开关阵列的静态参数测试系统和动态响应测试系统。对光开关的插入损耗、开关电压、串扰、响应时间进行了测试。实验结果表明,驱动电路输出方波信号的上升时间为334ns,下降时间为160ns;测试的热光开关响应,上升时间为4μs,下降时间为6μs。驱动电路能快速地驱动SOI热光开关工作,并且其输出电压可调范围大,能应用于不同开关电压的热光开关驱动。由于硅材料具有很大的热光系数(1.86×10-4K-1),环境温度以及芯片自身温度的变化也会影响光开关的性能,因此本文又设计并制作了以单片机和半导体制冷片为基础的多通道光开关阵列芯片温控系统。通过DS18B20温度传感器检测芯片的实时温度,温度值输入单片机后,可在LCD中实时显示。与设定温度值比较后,由单片机输出控制LMD18200并驱动TEC加热或制冷,维持芯片温度的恒定。进一步提高了SOI热光开关阵列工作的稳定性和一致性。
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