有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料熱光性質(zhì)研究及波導(dǎo)型可變光衰減器的研制.pdf

1、可變光衰減器作為光功率管理的核心器件，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中有著重要的作用。波導(dǎo)型可變光衰減器能實(shí)現(xiàn)靈活的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并能高密度集成，因而成為人們研究熱點(diǎn)，研制器件所用的材料以二氧化硅和聚合物居多。但是聚合物器件有明顯的弱點(diǎn)，熱穩(wěn)定性差是突出的問(wèn)題；二氧化硅光波導(dǎo)是應(yīng)用最普遍的光波導(dǎo)，但由于二氧化硅材料的熱光系數(shù)較小，用以制備的熱光可變光衰減器往往有功耗大的缺點(diǎn)。有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料由于其結(jié)構(gòu)是有機(jī)物和無(wú)機(jī)物在納米尺度上的分散，因此既有聚

2、合物大熱光系數(shù)的特點(diǎn)，又有二氧化硅熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，作為一種新的熱光材料已受到人們的重視。對(duì)有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料材料的熱光性質(zhì)研究和熱光器件研制逐漸開(kāi)展起來(lái)。本論文的工作就是研究有機(jī)／SE機(jī)復(fù)合材料的熱光性質(zhì)并制作了波導(dǎo)型熱光可變光衰減器。本論文的主要結(jié)果包括以下兩個(gè)方面： 1)用溶膠凝膠方法制備了MAPTMS／ZPO和PMMA／rEOS兩類有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料薄膜，測(cè)量了復(fù)合材料薄膜的力學(xué)性質(zhì)和熱光性質(zhì)。結(jié)果表明無(wú)機(jī)成分使復(fù)合材料

3、的微硬度提高，力學(xué)性能加強(qiáng)；無(wú)機(jī)成分對(duì)復(fù)合材料的折射率和熱光系數(shù)起到調(diào)節(jié)作用。復(fù)合材料具有和聚合物材料相比擬的或更高的熱光系數(shù)，其大小為一1×10-4量級(jí)。兩類復(fù)合材料的熱光系數(shù)隨無(wú)機(jī)成分含量的變化規(guī)律不完全相同，MAPTMS／ZPO復(fù)合材料的熱光系數(shù)隨無(wú)機(jī)成分增多而增大；PMMA／TEOS復(fù)合材料的熱光系數(shù)隨無(wú)機(jī)成分的增多先增大后下降，我們分析可能是有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)影響了熱光系數(shù)的變化。 2)我們用兩種不同配比(2

4、0％molZPO和24．5％molZPO)的MAPTMS／ZPO有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料分別作為覆蓋層和波導(dǎo)層，設(shè)計(jì)制作了MZI波導(dǎo)型熱光可變光衰減器，并對(duì)器件的一些重要參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明器件主要性能指標(biāo)，基本達(dá)到實(shí)用要求。器件在1310nm的插入損耗小于3dB，1550nm處插入損耗為6-8dB。1550nm有較大插入損耗主要原因是因?yàn)椴牧现袣埩糨^多的羥基。器件在1550nm波長(zhǎng)下，TE偏振能實(shí)現(xiàn)31dB的衰減范圍，功耗約為13．2m

5、W；TM偏振能實(shí)現(xiàn)25dB的衰減范圍，功耗約為12．7mW；這樣的功耗比二氧化硅波導(dǎo)器件的功耗低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。1550nm波長(zhǎng)下，器件在不同光功率衰減度下的偏振依賴損耗為0．04dB@0dB和2dB@10dB。器件在1480nm-1630nm衰減范圍都大于20dB，在C波段(1530-1570nm)，器件的波長(zhǎng)依賴損耗為O．5dB@0dB和+2dB@10dB。器件的響應(yīng)時(shí)間，上升時(shí)間為3．2ms，下降時(shí)間為4．7ms。器件的PDL較大