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基于定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关研究

发布时间:2021-01-11 08:57
  设计并制备了一种基于非对称定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关。该器件由一个单模波导和一个双模波导组成。在双模波导上制作金属加热器,通过向加热器提供驱动电压,可以实现单模波导中的LP01模与双模波导中的LP11a模的转换。选用硅作为衬底,聚合物EpoClad和SU-8分别作为波导的包层与芯层材料,采用传统的半导体微加工工艺制备了热光模式开关器件。当工作波长为1550 nm时,热光模式开关的消光比可以达到14.6 dB,驱动功率为29.6 mW,模式开关的上升时间和下降时间分别为660μs和480μs。该器件在可重构模分复用系统中具有广阔的应用前景。 

【文章来源】:中国激光. 2020,47(07)北大核心

【文章页数】:5 页

【部分图文】:

基于定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关研究


热光模式开关结构和耦合区的截面示意图。(a)结构示意图;(b)耦合区的截面示意图

层高,波长,波导,单模


通过有限差分光束传播法对器件内部的模场传播进行仿真,结果如图3所示,并以此确定了定向耦合区的长度与耦合区间距分别为4900 μm和6.3 μm。当LP01模式的光从单模波导中输入时,由于双模波导中的LP11a模式有效折射率与单模波导中的LP01模式有效折射率不匹配,因此光路不发生改变,仍从单模波导中输出,如图3(a)所示。当双模波导上的电极加热器开始工作后,双模波导中的LP11a模式有效折射率下降,当其与单模波导中的LP01模式有效折射率匹配时,单模波导中LP01模式的输入光全部从双模波导中以LP11a模式输出,如图3(b)所示。3 器件制备及测试

模式图,加热器,波导,单模


1) 以硅作为器件的衬底,在衬底上旋涂一层EpoClad材料,然后采用前烘(65 ℃@5 min,90 ℃@10 min)、紫外曝光40 s及坚膜(140 ℃@30 min)等工艺进行固化处理,处理完毕后,将沉积有EpoClad材料的硅衬底作为器件的下包层。2) 在沉积有EpoClad材料的硅衬底上旋涂一层SU-8,进行前烘(65 ℃@10 min,90 ℃@20 min)处理,然后在紫外曝光时通过特定图样的掩模板实现图案的转移,再采用后烘(65 ℃@10 min,90 ℃@20 min)对样品进行显影处理,然后进行坚膜固化(140 ℃@30 min)处理,最后形成波导芯层结构。通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀的方法将芯层的高度刻蚀至6.5 μm,使用显微镜观察波导的横截面,观察结果如图4(a)所示,这与本文设计的波导尺寸非常吻合。

【参考文献】:
期刊论文
[1]低功耗聚合物MZI结构热光开关研究[J]. 孙静雯,孙健,王艳双,曲禄成,王希斌,王菲,张大明.  中国激光. 2015(07)



本文编号:2970477

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