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干涉型铌酸锂基集成光开关研究

卢山鹰  
【摘要】: 随着光电子系统的复杂性不断增加,单模元件以及它们之间的互联在整个系统总成本中占越来越大的比例,迫切需要采用光子集成技术(PIC)来提高系统性能和降低成本。在近十年中,光电子基础工艺取得了若干关键进展,这为PIC技术的发展奠定了基础。波分复用(WDM)技术、密集波分复用(DWDM)技术的迅速发展也推动了PIC技术的发展,在这种系统中,不采用PIC技术是根本无法实现的。 集成光开关是一种具有一个或多个可选输出端口,可对光传输线路进行相互转换的器件。光开关按照其端口数目不同,可分为1×1、1×2、2×2、1×N及N×M等。光开关在光通讯系统中以及光信号处理中有着重要的应用,主要起着光交叉互联、光上下路复用(OADMs)和光信号监视等作用。在各种光开关中,热光开关列阵、微机械光开关列阵、液晶光开关以及气泡式光开关列阵由于集成度较大,因而将是大规模阵列光开关的发展方向。而铌酸锂电光光开关、电光聚合物光开关等,则将是高速光开关的发展方向。 本论文研究了干涉型铌酸锂基光开关器件。其目的是通过合理、有效的器件设计和对制作工艺的改进,实现结构较新颖、器件性能优良的集成光学器件。 LiNbO_3是由来已久的波导类器件的材料,LiNbO_3材料能实现较高的调制速度和较低的调制电压,材料成本低,工艺相对简单,是较成熟的技术,目前在高速光网络和光信号处理网络已经有着重要的应用。铌酸锂的无隔离层X切电极结构有最小的半波电压,其大小约为Z切器件的70%。虽然其调制速度较低些,但是对于光开关设计要求而言,几十ns的开光速度已经足够。因此本文选择了无隔离X切衬底的调制结构,以实现尽可能低的半波电压长度乘积。经过模拟分析和比较,选择Y分叉平衡桥路干涉型光开关结构。该结构具有调制电压低、所需电极组数少和器件长度较短的特点。是实现1×2光开关的最佳选择。 通过设计上的优化和工艺制作上的改进,实现了较好的器件性能。克服了铌酸锂光开关制作过程中Ti扩散工艺、Ti膜提浮工艺、电极套刻和抛光工艺等难题,为进一步进行铌酸锂器件的研究打下了坚实的基础。


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