硅基二氧化硅型陣列波導(dǎo)光柵的研制.pdf

1、平面光波導(dǎo)集成器件是光電子研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。硅基二氧化硅平面光波導(dǎo)技術(shù)是上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的集成光子器件技術(shù)，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(shì)，受到人們的廣泛關(guān)注，特別是基于硅基二氧化硅的陣列波導(dǎo)光柵（AWG：Array waveguide gratings）器件，具有其它復(fù)用/解復(fù)用器不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如易集成、可批量、波長(zhǎng)間隔小等，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研發(fā)的熱門領(lǐng)域之一。本文從理論、設(shè)計(jì)、制作工藝和測(cè)試方

2、面對(duì)硅基二氧化硅波導(dǎo)AWG進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。為國(guó)產(chǎn)AWG器件的走向?qū)嵱没峁┝艘欢ǖ睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 作者利用麥克斯韋方程對(duì)平板波導(dǎo)進(jìn)行分析，得到模場(chǎng)的分布和有效折射率。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用有效折射率方法（EIM：Effective Index Method）對(duì)條形波導(dǎo)進(jìn)行研究。采用光束傳輸方法（BPM：Beam Propagation Method）對(duì)波導(dǎo)的傳輸性能進(jìn)行模擬。利用BPM結(jié)合關(guān)聯(lián)函數(shù)方法研究了圓

3、弧波導(dǎo)的有效折射率與彎曲半徑的關(guān)系，探討了圓弧波導(dǎo)與直波導(dǎo)的耦合損耗，為進(jìn)一步的研究其他波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和指導(dǎo)以后的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。 偏振相關(guān)損耗（PDL：Polarization Dependent Loss）是影響波導(dǎo)器件實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)重要指標(biāo)，它是由于波導(dǎo)中的熱應(yīng)力引起的。作者利用多層膜的應(yīng)力與應(yīng)變理論對(duì)波導(dǎo)芯層和整個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了熱應(yīng)力和應(yīng)變的解析表達(dá)式，揭示了波導(dǎo)合成材料對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的影響，對(duì)了解和分析波導(dǎo)器件的偏振相

4、關(guān)特性具有很好的理論價(jià)值。 本文全面系統(tǒng)地介紹了AWG器件的基本原理、性能指標(biāo)及參數(shù)定義?；谀Ｊ今詈咸岢隽薃WG光譜響應(yīng)理論模型，可以用來(lái)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(dǎo)的排列方法，可以比較容易實(shí)現(xiàn)陣列波導(dǎo)的排列。 針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，即骨干網(wǎng)向高密度大容量方向發(fā)展，需要多通道波長(zhǎng)間隔小且?guī)?nèi)平坦的復(fù)用/解復(fù)用器；而城域網(wǎng)和接入網(wǎng)向多波長(zhǎng)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(fù)用/解復(fù)用器

5、。本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了兩種不同的AWG結(jié)構(gòu)，一個(gè)是平坦型40通道100GHz間隔AWG，另外一個(gè)是8通道2500GHz間隔AWG。并針對(duì)各自的問(wèn)題，如40通道AWG帶內(nèi)皺波，超大頻率間隔AWG陣列波導(dǎo)難以排列的問(wèn)題，分別提出了相應(yīng)的解決辦法，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化模擬。 系統(tǒng)地探索了整個(gè)硅基二氧化硅波導(dǎo)制作工藝問(wèn)題。特別是針對(duì)波導(dǎo)折射率的控制、波導(dǎo)刻蝕工藝模型、刻蝕掩膜優(yōu)化、退火工藝改善波導(dǎo)性能等方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，并提出了一些具有創(chuàng)