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干涉型集成光波导器件设计与实验研究

殷源  
【摘要】:迅速发展的光通信技术,对高性能低成本的光器件有着大量而迫切的需求,基于平面光波回路(PLC)的集成型光器件由于具有突出的性能成为了最有吸引力的选择之一。为了将来实现具有柔性和可重构的光网络,必需发展更多具有成本效益的光器件,本文从这个宗旨出发,主要就干涉型集成光波导器件,从结构优化设计和工艺制造两个方面进行了研究。 相对于带有近似处理的解析解,数值模拟计算在光波导器件的优化设计中通常有着更好的评测效果。本文主要应用了两个数值模拟方法,一个是具有完美匹配层边界处理的有限差分方法(FDM),另一个是模拟光在平面光波回路中传播的束传播方法(BPM)。通过应用FDM方法对SOI (silicon on insulator)脊型波导单模条件的模拟计算,更为准确地确定了SOI脊型波导单模条件中各关键参数c的取值和设计选取原则,为这种类型的波导优化设计提供了重要理论依据。另一方面,利用直角坐标和极坐标下的束传播方法,对多模干涉耦合器这一多用途的器件进行了分析设计研究,采用参数扫描法和遗传算法对1×N的多模干涉耦合器进行了优化设计,从而提高和改善了器件输出的均匀性,降低了器件的附加损耗。 半导体微细加工技术及工艺是集成平面光波导的器件发展的关键。本文对此用二氧化硅(S i02)和SU8两种典型的光波导材料进行了一系列的研究。首先针对常用的二氧化硅材料,讨论了PECVD的二氧化硅薄膜制备方法、正负光刻胶的紫外光刻方法、Lift-Off金属掩膜制作方法以及ICP光波导刻蚀等关键技术。其次,对于近来得到广泛应用的聚合物材料SU8,也做了相关的光波导实验制作研究。给出了基于两种材料光波导制作的工艺流程,并对实验中的一些工艺优化参数和实验现象作了讨论,获得了大量的实际工艺资料,为今后的进一步研究制造高性能的器件打下了坚实的基础。


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