應(yīng)變輔助MZI型鈮酸鋰Interleaver.pdf

1、可調(diào)諧光交錯濾波器（Interleaver）在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價值。就功能而言，它不但可以將一列波長間隔較小的光波信號分離成為兩列波長間隔加倍的光波信號，從而及大地緩解了DWDM系統(tǒng)對濾波器的要求。而且其中心波長可調(diào)諧的特性還可以用于波長選擇開關(guān)。此外，就制作工藝而言，其可調(diào)諧特性也降低了在制作工藝上對中心波長對準(zhǔn)的要求，降低了器件的制作成本。當(dāng)前，光波導(dǎo)器件的調(diào)諧方式主要有熱光調(diào)諧與電光調(diào)諧，考慮到熱光調(diào)諧

2、的速度較慢，因此在一些高速應(yīng)用的情形，電光調(diào)諧是最佳的選擇。顯然，為了實現(xiàn)電光調(diào)諧，Interleaver需要采用具有較大電光系數(shù)的電光材料制作，這其中，鈮酸鋰(LiNbO3)材料是最佳的選擇。然而，當(dāng)前兩種主要的鈮酸鋰光波導(dǎo)的制作方式，即鈦擴算與質(zhì)子交換，所得到的光波導(dǎo)的折射率差均較小，因此基于這兩種主要的光波導(dǎo)制作方式所設(shè)計的鈮酸鋰光波導(dǎo)Interleaver的尺寸將較大，十分不利于器件的工藝制作。為此，本文提出了一種利用熱應(yīng)力輔助

3、的可調(diào)諧鈮酸鋰光波導(dǎo) Interleaver，由于在波導(dǎo)彎曲區(qū)域利用了熱應(yīng)力來提高波導(dǎo)芯與包層的折射率差，相應(yīng)的光波導(dǎo)的彎曲半徑可以減小，從而使得整個器件的尺寸得以減小，有利于器件的工藝實現(xiàn)。
　　論文首先利用彈性力學(xué)的基本理論，通過有限元仿真軟件ANSYS和理論分析這兩種方法對應(yīng)變輔助波導(dǎo)內(nèi)的應(yīng)變分布進行了求解，并對比兩種方法所得到的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，利用彈光效應(yīng)基本原理分析了應(yīng)變輔助波導(dǎo)的折射率分布。之后，在考慮到邊緣應(yīng)力對淀

4、積溫度和二氧化硅膜層厚度的敏感性，利用有限差分法分析了不同情況下波導(dǎo) xpqE模的有效折射率的變化。對比發(fā)現(xiàn)應(yīng)變的引入，彎曲波導(dǎo)的有效折射率的改變可達7×10-4。最終，基于以上分析結(jié)果，設(shè)計了通道間隔為100 GHz的應(yīng)變輔助可調(diào)諧鈮酸鋰光波導(dǎo)Interleaver。并對所設(shè)計的應(yīng)變輔助的鈮酸鋰 Interleaver進行傳輸特性分析，討論了器件中涉及的耦合器的耦合系數(shù)，兩非對稱臂的傳輸損耗差，非對稱臂的折射率差，及調(diào)諧電壓對器件輸出

5、譜的影響和器件的色散特性，從而證明了器件設(shè)計的可行性。
　　最后，針對器件具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計了應(yīng)變輔助Interleaver的的非對稱臂及器件的3 dB耦合器。對比發(fā)現(xiàn)，引入應(yīng)變后，器件的非對稱臂長度能縮短為原來的1/2。在此基礎(chǔ)之上設(shè)計制作了相應(yīng)的光刻掩膜版，成功制作了熱應(yīng)力輔助的可調(diào)諧鈮酸鋰Interleaver，測試了器件的傳輸特性，可調(diào)諧特性以及溫度特性，結(jié)果證明在相同的結(jié)構(gòu)尺寸下，引入熱應(yīng)力的器件的隔離度可達20 dB以上