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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
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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
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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
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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
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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。
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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。
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以玻璃光波导为例:
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