氮氧化硅與聚合物混合集成可變光衰減器.pdf

1、可變光衰減器（Variable Optical Attenuator, VOA）可以根據(jù)用戶的要求預(yù)期地降低光信號(hào)的能量，因此在光器件的性能檢測(cè)及光通信系統(tǒng)，尤其是密集波分復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM）光通信系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要作用。在光通信系統(tǒng)中，VOA不僅能精確地控制光信號(hào)的功率，為全部通信波長(zhǎng)提供穩(wěn)定的衰減量，實(shí)現(xiàn)信道的功率均衡，而且能檢測(cè)傳輸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，補(bǔ)償光傳

2、輸過(guò)程中的功率波動(dòng)。
　　根據(jù)其制作技術(shù)VOA分為傳統(tǒng)機(jī)械型、液晶型、微電機(jī)型和平面光波導(dǎo)型等。其中基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的VOA通常利用熱光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并具有體積小、性能穩(wěn)定及易于集成等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。平面光波導(dǎo)型VOA可以利用無(wú)機(jī)材料如硅，氮氧化硅（Silicon Oxynitride, SiON）及有機(jī)聚合物材料來(lái)制作，其中利用硅或SiON等無(wú)機(jī)材料制作的VOA具有光學(xué)性能優(yōu)異，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但功耗通常較大；利用有機(jī)

3、聚合物光波導(dǎo)材料制作VOA具有功耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其光學(xué)性能及穩(wěn)定性相對(duì)較差、易老化。本論文正是針對(duì)以上問(wèn)題，并考慮到SiON材料光學(xué)性能優(yōu)良且具有正的熱光系數(shù)，而聚合物具有較大的負(fù)的熱光系數(shù)等特點(diǎn)，提出了一種SiON/聚合物混合集成的VOA，論文的主要工作內(nèi)容及成果如下：
　　1.平面光波導(dǎo)型VOA的參數(shù)設(shè)計(jì)及仿真模擬
　　首先對(duì)平面光波導(dǎo)型VOA的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究，最終選定S型彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)選定的SiON

4、與聚合物材料，利用有效折射率方法、馬卡梯里方法對(duì)構(gòu)成可VOA的單模矩形光波導(dǎo)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)；進(jìn)一步地，結(jié)合彎曲波導(dǎo)損耗理論對(duì)VOA的彎曲波導(dǎo)損耗進(jìn)行了分析，從而得到器件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)；接下來(lái)，利用熱仿真軟件對(duì)加熱電極的功耗進(jìn)行分析從而完成電極的設(shè)計(jì)；最后利用BPM對(duì)器件的整體性能進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明，對(duì)于1550 nm的工作波長(zhǎng)，VOA實(shí)現(xiàn)50 dB的衰減，僅需要4.0 mW的功率。
　　2.平面光波導(dǎo)型VOA的工藝制作研究<

5、br>　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)的參數(shù)，及選定的材料的性質(zhì)，對(duì)器件的工藝流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并外協(xié)加工制作了器件的光刻掩膜板；對(duì)器件的制作工藝如光刻、磁控濺射、感應(yīng)耦合離子刻蝕等進(jìn)行了研究，通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了工藝參數(shù)；最后根據(jù)優(yōu)化的參數(shù)，成功制作了相應(yīng)的器件。
　　3.平面光波導(dǎo)型VOA的測(cè)試及優(yōu)化
　　首先搭建了測(cè)試平臺(tái)，對(duì)器件的光學(xué)性能如單模特性，插入損耗等進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)量得到的最低插入損耗為5.4 dB；其次利用背