離子交換玻璃基雙層多模光波導(dǎo)的制備與表征研究.pdf

1、隨著計算機和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，存在固有物理限制的傳統(tǒng)電互聯(lián)技術(shù)開始逐漸不能滿足高速信息傳輸?shù)男枨?，光互連取代電互聯(lián)進行數(shù)據(jù)傳輸和處理是未來信息傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。玻璃材料具有良好的熱穩(wěn)定性、較高的介電常數(shù)，在寬波長范圍內(nèi)具有較高的透明度。玻璃基離子交換工藝簡單且易于操作，所制作的光波導(dǎo)與光纖耦合損耗小、穩(wěn)定好、性能可靠，被廣泛應(yīng)用于制作光波導(dǎo)器件。
　　 本文提出了一種可用于光互連的玻璃基雙層多模光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，從理論和實驗上對其展開

2、研究。首先，針對電場輔助離子擴散過程中焦耳效應(yīng)引起基片的溫度變化，得到不同電壓下離子擴散深度的變化規(guī)律，建立了離子擴散深度變化模型，此理論模型對電場輔助離子交換工藝中精確控制光波導(dǎo)深度具有重要指導(dǎo)作用。
　　 論文通過Ag+-Na+熱離子交換和電場輔助離子交換技術(shù)在玻璃基片上實現(xiàn)了雙層多模光波導(dǎo)，并對波導(dǎo)端面尺寸、掩埋深度、傳輸損耗和數(shù)值孔徑進行測量。第一步是制作單層多模光波導(dǎo)，單層波導(dǎo)的掩埋深度平均值為58μm。然后在單層多模

3、光波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，工藝過程中采用套刻技術(shù)實現(xiàn)上、下層波導(dǎo)的對齊，制作出玻璃基雙層多模光波導(dǎo)。顯微鏡測量結(jié)果表明，雙層光波導(dǎo)的上、下層波導(dǎo)尺寸比較接近，上層波導(dǎo)平均掩埋深度為54μm，下層波導(dǎo)平均掩埋深度為110μm，兩層波導(dǎo)間距約為30μm，上層波導(dǎo)端面尺寸為29μm×17μm，下層光波導(dǎo)為32μm×21μm。波導(dǎo)通光測試表明，上、下兩層波導(dǎo)均輸出明顯的多模光斑。對波導(dǎo)進行損耗測試，上層波導(dǎo)和下層波導(dǎo)的傳輸損耗平均值分別1.45dB/cm

4、和1.37dB/cm，上、下層波導(dǎo)每個端面的耦合損耗平均值分別為0.85dB、1.08dB。本論文對光波導(dǎo)數(shù)值孔徑NA進行了測量，上層光波導(dǎo)橫、縱向的有效數(shù)值孔徑平均值分別為0.053、0.052，下層光波導(dǎo)橫、縱向的有效數(shù)值孔徑平均值分別為0.052、0.046。最后，針對雙層多模光波導(dǎo)制作過程中玻璃基片易被擊穿和“銀線”這兩個問題進行分析與討論，并提出了相應(yīng)的解決辦法。
　　 研究結(jié)果表明玻璃基雙層多模光波導(dǎo)在光互連領(lǐng)域具有