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基于聚合物波导平台的双层阵列波导光栅的设计与性能研究

杨志方  
【摘要】:随着通信行业的发展,通信网络中传输的数据量正以指数级速度增长,现有的电子通信方案已趋近于传输极限,光通信技术以其较为成熟的波分复用技术(WDM)成为有效解决当前问题的方案。阵列波导光栅(AWG)是一个波分复用设备,常用在WDM系统中。该器件使用平面波导回路(PLC)技术完成制备,具有低插入损耗、高信号平坦性和易于集成等优点。基于聚合物材料的AWG具有性价比高、工艺简单和易于多层制备的优点,本文选用聚合物波导平台进行三维光子器件的研制,并成功设计制备了双层AWG器件,主要工作内容概括如下:首先论述光波导和AWG的理论,给出了AWG器件的设计参数和功能指标,为后续的仿真设计和测试分析提供了理论根据。其次使用有效折射率法对AWG器件进行了模拟仿真和参数优化。设计了4个具有不同中心波长的40通道AWG器件,器件波长间隔为200 GHz,并通过对其结构布局的设计实现了在同一块芯片上分上下两层集成4个AWG的光刻掩模版,通过创新的中心镜像对称设计,设计使用同一块掩模版经过旋转进行两次光刻的版图。最后进行了双层制备工艺并进行芯片性能测试。本文选用韩国ChemOptics公司ZPU-12系列紫外固化聚合物作为本设计的制备材料,针对光刻负胶使用了二次光刻的制备工艺,成功研制出了通道间隔为200 GHz的双层AWG器件,单个芯片尺寸为1 cm×3 cm,并进行了性能测试。最终测试结果显示,AWG芯片插入损耗在3.26 dB~4.65 dB,整体带宽为112 nm,插入损耗变化小于1.4 dB。


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