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Si基SiO_2阵列波导光栅理论分析及工艺制备

孙淼  
【摘要】:在光通信飞速发展的今天,全光网络的实现已经不仅仅是梦想。对各种光波导器件的需求量也日益增大。商业化的环境必定会要求光波导器件在现有性能上再做出不断的改善,理论设计在一定程度上决定了器件的性能,而制作工艺则是决定光波导集成器件性能的另一个重要因素。 本文介绍了薄膜波导、矩形波导、圆柱波导的分类及区别,对Si基SiO_2平面光波导做了简单的介绍。并从射线理论和波动理论两个角度对基本的平板波导做了分析,根据亥姆霍兹方程,求解了平板波导TE模和TM模方程。对条形波导的分析方法做了简单的介绍。 在SiO_2波导理论分析的基础上,学习了阵列波导光栅AWG的基本原理,探讨了AWG的基本设计过程,并在此基础上给出了一个16通道100GHz AWG的实例设计。 对光波导器件AWG制作工艺流程的各个阶段进行了研究,讨论了薄膜生长、光刻、刻蚀等各部的实验机理。讨论了薄膜生长的几种常用方法,说明了热氧化和化学汽相沉积(CVD)、湿法刻蚀和干法刻蚀(ICP)分别所适用的范围极其对波导性能的影响。 根据实验室所现有的实验条件,进行了AWG制作的各个步骤,并对实验参数进行了探索,分析各参数之间的相互影响,得到了现有条件下的优化实验参数。并结合SEM和AFM对实验所制作出的光波导进行了截面和俯视的观测,测量了波导的表面粗糙度,对光波导进行了通光损耗的测试,并给出了相关工艺改进的建议。 最后,总结了整个实验过程所得出的一套工艺方案。并对光波导制作的前景及其应用做了简要的分析。


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