聚合物波導延時線的研究與制備.pdf

1、傳統相控陣雷達受孔徑效應和孔徑渡越時間的限制，難以在大的掃描角下實現較大的瞬時帶寬，將光波導延時線應用于相控陣雷達，便可以較好地解決這一問題。另外光波導延時線在提高雷達的分辨率、識別能力、解決多目標成像、對抗反輻射導彈、精簡結構和縮小體積等方面均具有巨大優(yōu)勢。有機聚合物材料具有成膜特性好、介電常數低、熱光系數大、損耗小、制備工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點，用于制備光波導延時線具有較大的優(yōu)勢。本論文主要在聚合物波導延時線的理論、設計、制備工藝以

2、及測試等方面展開研究工作。
　　本論文首先借助光束傳播法(BPM)和有效折射率法對基于聚合物材料的彎曲波導延時線進行了波導結構的設計和優(yōu)化，滿足單模傳輸條件的光波導優(yōu)化尺寸是寬度和高度均為4μm。為減小彎曲波導的曲率半徑，需要我們增大包層和芯層之間的折射率差，故而選取折射率差為0.02的ZPU13-44和ZPU13-46來分別作上、下包層和芯層。理論和實驗結果表明:當彎曲波導的曲率半徑大于3500μm時，彎曲損耗可以忽略不計。為提

3、高器件的集成度，需要盡可能地降低彎曲波導的曲率半徑，為此我們通過引入了位錯（Offset）結構來減少波導彎曲時由于其基模模場中心偏移引起的耦合損耗，另外我們還研究了通過增加空氣槽(Trench)結構來降低光波經彎曲波導傳輸時產生的輻射損耗。彎曲波導的曲率半徑R=500μm時，模擬和實驗結果均表明，引入的Offset結構最大能使損耗降低約20％;引入的Trench結構能更大幅度地降低彎曲損耗，最大能使損耗降低約60％。為在工藝上進一步減小

4、光波導的傳輸損耗，本論文對反應離子刻蝕工藝進行了較深入的研究，通過改變實驗參數，尋找到刻蝕ZPU系列聚合物材料的最優(yōu)刻蝕條件:刻蝕功率為100w，反應腔室壓強為3pa，刻蝕氣體為O2和CHF3的混合氣體，其流量分別為30sccm和20sccm，對應的刻蝕速率為0.105μm/min。實驗中還嘗試了預甩上包層的方法，降低刻蝕過程金屬掩膜對波導上表面的影響，得到了形貌更佳、損耗更低的光波導。
　　本文利用上述工藝條件制備出了有無空氣槽

5、(Trench)結構和有無位錯（Offset）結構的彎曲波導延時線，發(fā)現同時引入Trench和Offset結構后，彎曲波導在彎曲半徑R=2000μm時，彎曲損耗便可以忽略不計，這樣有利于提高器件的集成度，最終成功制備得到了低損耗的聚合物彎曲波導延時線。在此基礎之上，進一步設計出了波導長度更長的螺旋型波導延時線，其中單螺旋結構的波導長度達17.08cm，雙螺旋結構的波導長度達30.76cm，其對應的直波導長度均為3.4cm。前者的直波導插