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《吉林大学》 2004年
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聚合物光波导和阵列波导光栅的基础研究

赵禹  
【摘要】:微电子技术、光电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展,使人类社会逐步进入信息时代。信息量的迅速增长使得通信系统持续不断地朝向高速度、大容量和低成本方向发展。而在传统的电学领域,信号的传输和开关的速度被限制。为此,我们必须进入一个基于光子学的新的计算和通信革命。随着光密集型波分复用(DWDM)系统的出现,通信系统在近几年发生了根本性的变化。对于整个全光网络,DWDM已经成为主导。光纤通信网络能否持续的发展最终依赖于低廉的价格,可靠性,用来实现路由、开关和探测等功能的集成光波导器件。在应用于集成光学领域的各种材料中,聚合物材料已经成为目前世界范围的一个研究热点,具有诱人的前景。同传统的无机材料相比,聚合物材料具有以下的优点:电光耦合系数较高,介电常数较低,响应时间短,热损耗小,双折射较小,加工工艺简单,价格低廉等。聚合物材料可以使光电子技术的应用更加实际和广泛。 最近几年,基于波分复用技术的阵列波导光栅(AWG)引起了广泛的关注。它不仅可以用作波分复用/解复用、波长路由及波长监测,而且具有波长间隔小、通道数多、结构紧凑、利于集成等优点,是光分插复 WP=127 用器(OADM)和光交叉互连器(OXC)等光纤网络中功能模块的重要组成部分。在与无机AWG的竞争中,聚合物AWG器件因其具有低成本、工艺简单、折射率容易调整、低损耗、透明性好以及偏振不灵敏等优点,而处于有利地位,成为近年来各国学者竟相研究的焦点。 本论文结合国家项目,对聚合物光波导和AWG器件进行了基础性的研究。总结出完备的聚合物波导制作的工艺流程,对以后的相关工作具有指导意义。在国内首次成功地制备并演示了一个9(9 Polymer/Si AWG复用器。主要的工作内容和创新点如下: 1. 回顾了有机聚合物光电子器件和材料的发展历史与现状,重点介绍了聚合物AWG,通过与无机AWG的比较,指出有机AWG器件将有更好的性能价格比,说明开展聚合物AWG研究的必要性。 介绍了聚合物AWG波分复用器的工作原理、应用和性能指标。从光学原理出发,设计了一个中心波长为1.550918微米、波长间隔为1.6纳米的9通道的Polymer/Si AWG及相关的光刻版图。对器件传输特性中的重要参数自由光谱区、波长间隔和串扰进行了数值模拟。 偏振特性是制约高速光通信器件发展的重要因素之一。本文从波导结构的优化入手,分析了9(9 Polymer/Si AWG的偏振特性。详细讨论了矩形波导宽长比、包层与芯层材料相对折射率差和弯曲半径对偏振性质的影响,首次结合实际的工艺误差和损耗特性,优化AWG的结构参数。模拟的器件传输光谱表明,由偏振引起的波长移动仅为0.02纳米。 刻蚀掩模是工艺制备中的关键技术,直接影响到芯层波导的质量。金属掩模是一种常用的刻蚀掩模,本文以金属铝为例,第一次系统地研究了在聚合物表面溅射镀铝和蒸发镀铝对器件的影响并分别给出各自的适用范围。首次指出溅射过程会在聚合物表面形成一层金属包层,从而在器件中引入额外的吸收损耗,并对此进行了计算;同时给 WP=128 出了解决方案。 反应离子刻蚀(RIE)是工艺的一个难点。在RIE中,由于离子轰击的作用,会在波导侧壁形成波状起伏,增加器件的散射损耗。本文详细讨论了不同参数对刻蚀速度和粗糙度的影响,针对一种PMMA基聚合物材料,给出最佳的刻蚀条件,并提出一种适用于这种材料的回熔方法,来进一步平滑粗糙的侧壁。 在国内首次成功地制备完成了聚合物AWG器件,其波导的单模特性良好;器件在1.55微米波长段展示了波分复用功能,插入损耗约为30-40dB,串扰为-10dB。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN253

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张希珍;1.55μm波段聚合物光波导放大器的基础研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张晓琳;波谱平坦型聚合物AWG器件的研究[D];吉林大学;2007年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 贾东方,刘俭辉,胡智勇,王肇颖,李世忱;阵列波导光栅复用/解复用器研究进展[J];半导体光电;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 上官成木生;阵列波导光栅复用器的传输特性分析[D];福建师范大学;2004年
4 李雪梅;阵列波导光栅的传输理论——一种新的研究方法[D];福建师范大学;2002年
5 于硕;9通道Polymer/Si AWG波分复用器研究[D];吉林大学;2004年
6 李志雄;平坦谱响应阵列波导光栅波分复用器的优化设计[D];武汉大学;2004年
7 李艳萍;阵列波导光栅波分复用器的设计、模拟与分析[D];华中师范大学;2002年
8 王玮;基于气体传感器阵列的混合气体检测系统[D];西北工业大学;2002年
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10 李志宏;基于光束传输法的阵列波导光栅复用器的研究[D];武汉大学;2004年
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