氮氧化硅与聚合物混合集成可变光衰减器

发布时间：2017-06-01 00:04

  本文关键词：氮氧化硅与聚合物混合集成可变光衰减器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可变光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)可以根据用户的要求预期地降低光信号的能量,因此在光器件的性能检测及光通信系统,尤其是密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)光通信系统等领域具有重要作用。在光通信系统中,VOA不仅能精确地控制光信号的功率,为全部通信波长提供稳定的衰减量,实现信道的功率均衡,而且能检测传输系统的动态范围,补偿光传输过程中的功率波动。根据其制作技术VOA分为传统机械型、液晶型、微电机型和平面光波导型等。其中基于平面光波导技术的VOA通常利用热光效应来实现,并具有体积小、性能稳定及易于集成等优点,是近年来研究的重点。平面光波导型VOA可以利用无机材料如硅,氮氧化硅(Silicon Oxynitride,Si ON)及有机聚合物材料来制作,其中利用硅或SiON等无机材料制作的VOA具有光学性能优异,稳定性好的优点,但功耗通常较大;利用有机聚合物光波导材料制作VOA具有功耗小、成本低等优点,但其光学性能及稳定性相对较差、易老化。本论文正是针对以上问题,并考虑到SiON材料光学性能优良且具有正的热光系数,而聚合物具有较大的负的热光系数等特点,提出了一种SiON/聚合物混合集成的VOA,论文的主要工作内容及成果如下:1.平面光波导型VOA的参数设计及仿真模拟首先对平面光波导型VOA的实现方式进行了研究,最终选定S型弯曲波导结构;其次,根据选定的SiON与聚合物材料,利用有效折射率方法、马卡梯里方法对构成可VOA的单模矩形光波导进行了分析设计;进一步地,结合弯曲波导损耗理论对VOA的弯曲波导损耗进行了分析,从而得到器件的几何结构参数;接下来,利用热仿真软件对加热电极的功耗进行分析从而完成电极的设计;最后利用BPM对器件的整体性能进行了模拟分析,结果表明,对于1550 nm的工作波长,VOA实现50 dB的衰减,仅需要4.0 mW的功率。2.平面光波导型VOA的工艺制作研究根据以上设计的参数,及选定的材料的性质,对器件的工艺流程进行了设计,在此基础上设计并外协加工制作了器件的光刻掩膜板;对器件的制作工艺如光刻、磁控溅射、感应耦合离子刻蚀等进行了研究,通过多次的实验,优化了工艺参数;最后根据优化的参数,成功制作了相应的器件。3.平面光波导型VOA的测试及优化首先搭建了测试平台,对器件的光学性能如单模特性,插入损耗等进行了测试,测量得到的最低插入损耗为5.4 dB;其次利用背加热改变环境温度的方式对器件进行了测试,结果表明器件可实现0~40 dB的衰减范围,相应的最大温度变化为70.4°C;之后,进一步通过改变VOA电极上所施加的功率对器件进行了测试,结果表明器件可以实现0~50 dB的衰减范围,所需最大功耗为328 m W,器件实现27 dB的衰减需要功耗为83 mW;最后,分析讨论了功耗较大的原因及降低功耗的方案。
【关键词】：可变光衰减器 热光效应 氮氧化硅 聚合物 混合集成
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN715;TN929.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 简缩字表11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 可变光衰减器的研究背景和研究意义12-14
• 1.2 可变光衰减器技术简介14-17
• 1.2.1 机械型可变光衰减器14-15
• 1.2.2 液晶型可变光衰减器15
• 1.2.3 MEMS型可变光衰减器15-16
• 1.2.4 平面光波导型可变光衰减器16-17
• 1.3 平面光波导型可变光衰减器的发展趋势与研究热点17-20
• 1.4 本论文的研究目标与内容20-22
• 第二章 氮氧化硅/聚合物混合集成可变光衰减器的设计22-47
• 2.1 基本概念22-24
• 2.1.1 主要特性参数22-23
• 2.1.2 热光系数23-24
• 2.2 可变光衰减器的基本设计思想24-26
• 2.2.1 氮氧化硅/聚合物的性质及应用24-25
• 2.2.2 设计思路与基本结构25-26
• 2.3 矩形单模光波导的设计及弯曲波导损耗分析26-34
• 2.3.1 矩形光波导理论26-29
• 2.3.2 单模矩形光波导设计29-31
• 2.3.3 弯曲波导损耗分析31-34
• 2.4 加热电极功耗分析及低功耗可变光衰减器设计34-44
• 2.4.1 电极材料的选取34-35
• 2.4.2 热场建模与分析35-36
• 2.4.3 功耗分析36-39
• 2.4.4 低功耗可变光衰减器设计及分析39-44
• 2.5 BPM模拟分析44-46
• 2.6 本章小结46-47
• 第三章 制作工艺研究47-58
• 3.1 光波导材料特性47-49
• 3.2 工艺流程设计49-51
• 3.2.1 光波导制作工艺49-50
• 3.2.2 电极制作工艺50-51
• 3.3 掩膜版设计51-53
• 3.4 主要工艺研究53-55
• 3.4.1 光刻工艺53-55
• 3.4.2 磁控溅射工艺55
• 3.4.3 ICP刻蚀工艺55
• 3.5 器件制作55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 测试分析及工艺优化58-67
• 4.1 测试平台58-61
• 4.2 器件测试参数61-62
• 4.3 器件测试结果62-65
• 4.4 测试分析及工艺优化65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 存在的不足与展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72
• 硕士研究生期间取得的研究成果72-73
• 个人简介73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 韩晓峰,吴亚明;一种基于SOI材料的直波导可调谐光衰减器[J];功能材料与器件学报;2004年03期

  本文关键词：氮氧化硅与聚合物混合集成可变光衰减器，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：411013