硅基二氧化硅型陣列波導光柵的研制.pdf

1、平面光波導集成器件是光電子研究領域的一個重要分支。硅基二氧化硅平面光波導技術是上世紀末發(fā)展起來的一項新的集成光子器件技術，由于它具有與硅微電子工藝兼容、與二氧化硅光纖模式匹配等優(yōu)勢，受到人們的廣泛關注，特別是基于硅基二氧化硅的陣列波導光柵（AWG：Array waveguide gratings）器件，具有其它復用/解復用器不可比擬的優(yōu)勢，如易集成、可批量、波長間隔小等，是當前國內外研發(fā)的熱門領域之一。本文從理論、設計、制作工藝和測試方

2、面對硅基二氧化硅波導AWG進行了系統(tǒng)研究，得到了一些有價值的結論。為國產AWG器件的走向實用化提供了一定的理論和實驗基礎。 作者利用麥克斯韋方程對平板波導進行分析，得到模場的分布和有效折射率。在此基礎上，應用有效折射率方法（EIM：Effective Index Method）對條形波導進行研究。采用光束傳輸方法（BPM：Beam Propagation Method）對波導的傳輸性能進行模擬。利用BPM結合關聯(lián)函數(shù)方法研究了圓

3、弧波導的有效折射率與彎曲半徑的關系，探討了圓弧波導與直波導的耦合損耗，為進一步的研究其他波導結構和指導以后的實驗打下基礎。 偏振相關損耗（PDL：Polarization Dependent Loss）是影響波導器件實際應用的一個重要指標，它是由于波導中的熱應力引起的。作者利用多層膜的應力與應變理論對波導芯層和整個波導結構進行了分析，推導了熱應力和應變的解析表達式，揭示了波導合成材料對應力應變的影響，對了解和分析波導器件的偏振相

4、關特性具有很好的理論價值。 本文全面系統(tǒng)地介紹了AWG器件的基本原理、性能指標及參數(shù)定義?；谀Ｊ今詈咸岢隽薃WG光譜響應理論模型，可以用來精確估算并優(yōu)化AWG的歸一化光譜，并提出了一種陣列波導的排列方法，可以比較容易實現(xiàn)陣列波導的排列。 針對光網絡的發(fā)展趨勢，即骨干網向高密度大容量方向發(fā)展，需要多通道波長間隔小且?guī)绕教沟膹陀?解復用器；而城域網和接入網向多波長低成本拓展光纖帶寬方向發(fā)展，需要低通道數(shù)大通道間隔的復用/解復用器

5、。本文設計并優(yōu)化了兩種不同的AWG結構，一個是平坦型40通道100GHz間隔AWG，另外一個是8通道2500GHz間隔AWG。并針對各自的問題，如40通道AWG帶內皺波，超大頻率間隔AWG陣列波導難以排列的問題，分別提出了相應的解決辦法，并對結構進行了優(yōu)化模擬。 系統(tǒng)地探索了整個硅基二氧化硅波導制作工藝問題。特別是針對波導折射率的控制、波導刻蝕工藝模型、刻蝕掩膜優(yōu)化、退火工藝改善波導性能等方面進行了大量的實驗，并提出了一些具有創(chuàng)