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光波导技术14-03.pdf

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3. 平板光波导 参考书: 《导波光学》 范崇澄 《光波导理论》 吴重庆 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 1/540 光波导的分类  按光波导形状分类  光纤(圆柱形介质波导)  薄膜波导(平板波导)  条形波导(矩形波导)  带状波导  按折射率分布分类  均匀介质光波导  渐变折射率介质光波导 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 2/540 均匀介质平板光波导  平面光波导是指组成光波导不同介质的折射率分布 的分界面是一些平面的光波导。  结构:y, z方向无限延伸 x方向 (厚度)尺寸d接近于传输光波长量级 (数微米) 损耗1dB/cm左右  分类: 按照构成光波导的介质层数:三层、四层…平面波导 按照折射率分布:均匀(阶跃型)平面波导 非均匀(渐变折射率)平面波导 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 3/540 衬底材料及波导结构  衬底材料:玻璃、电光晶体、半导体材料 常用的6种:铌酸锂(LiNbO3 )、Ⅲ- Ⅴ族半导体化合物 、二氧化硅(SiO2 )、SOI (Silicon-on-Insulator,绝缘体 上硅)、聚合物(Polymer )和玻璃 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 4/540 平板波导制作工艺  工艺:薄膜成型法(离子扩散、晶体生长、刻蚀) 以二氧化硅光波导为例: 1)采用火焰水解法(FHD)或者化学气相淀积工艺(CVD),在硅片上生长一 层SiO2 ,其中掺杂磷、硼离子,作为波导下包层; 2)采用FHD或者CVD工艺,在下包层上再生长一层SiO2 ,作为波导芯层,其中 掺杂锗离子,获得需要的折射率差; 3)通过退火硬化工艺,使前面生长的两层SiO2变得致密均匀; 4)进行光刻,将需要的波导图形用光刻胶保护起来; 5)采用反应离子刻蚀(RIE)工艺,将非波导区域刻蚀掉; 6)去掉光刻胶,采用FHD或者CVD工艺,在波导芯层上再覆盖一层SiO2 ,其中 掺杂磷、硼离子,作为波导上包层; 7)通过退火硬化工艺,使上包层SiO2变得致密均匀。 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 5/540  二氧化硅波导工艺中的几个关键点: 1)材料生长和退火硬化工艺,要使每层材料的厚度和折射率均匀且准确, 以达到设计的波导结构参数,尽量减少材料内部的残留应力,以降低波导 的双折射效应; 2)RIE刻蚀工艺,要得到陡直且光滑的波导侧壁,以降低波导的散射损耗; 3)RIE刻蚀工艺总会存在Undercut ,要控制Undercut量的稳定性,作为布版 设计时的补偿依据。 光波导技术 华中科技大学·光电信息学院 6/540 以玻璃光波导为例:
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