高速有机聚合物波导热光开关的研制

发布时间：2017-10-02 00:20

  本文关键词：高速有机聚合物波导热光开关的研制

  更多相关文章： 热光开关 聚合物 MMI

【摘要】：在全光网络中有很多种光交换技术,包括二维或者三维的微型光机电系统(MOEMS)、波导结构、液晶、声光等光开关。其中,波导光开关是基于折射率的控制或者吸收变化来影响光的传输,具有一定的经济性。若将多个光开关单元器件集成在一个基片上,则可以减少单个功能的成本,同时提高了稳定性。波导热光开关是利用热光效应调制折射率的器件,具有尺寸小,可扩展性大的特点,而它的低串扰和低插损特性适用于绝大多数光交换技术的应用。有机聚合物材料具有热光系数大的突出优势,可以实现相位调制所需的低功耗。同时材料的传输损耗小、制备工艺简单,成本低廉,有着非常广阔的市场前景,成为一类极具研究吸引力的集成光波导材料。本文首先阐述了热光开关的工作原理,然后选用韩国ChemOptics公司的紫外固化氟化丙烯酸酯类ZPU系列材料,利用有效折射率法、光束传播法对聚合物热光开关进行了设计和优化。分别设计出了基于聚合物下包以及基于二氧化硅下包的MMI型热光开关,同时对结构尺寸进行了优化,并分别计算了两种结构的开关时间响应特性。接着,本文利用旋转涂覆、光刻、刻蚀等工艺流程分别制备出了这两种类型的聚合物热光开关器件。提出了通过预甩上包来降低A1掩膜引起的传输损耗,并在实验上证实了该方案的可行性并达到了预期效果。本文分别对这两种波导器件的静态和动态特性进行了测试。得到聚合物下包1×2热光开关插入损耗小于9.4dB,串扰大于19.3dB,开关时间小于1.15ms；二氧化硅下包1x2热光开关插入损耗小于9.9dB,串扰大于16.5dB,开关时间小于0.65ms。试验结果表明,利用二氧化硅材料作下包层,能够大大提高开关速度。本文最后还利用光开关单元级联实现了二氧化硅下包的1×4热光开关阵列的设计与制备。测试结果为：插入损耗小于12.9dB,串扰大于18.5dB。实验测试结果很好地验证了设计的思想。
【关键词】：热光开关 聚合物 MMI
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 光开关概述8-12
• 1.1.1 光开关的应用概述8-9
• 1.1.2 光开关的主要类型9-12
• 1.2 光开关波导材料概述12-15
• 1.2.1 常见光开关波导材料12-13
• 1.2.2 有机聚合物光波导加工工艺13-15
• 1.3 热光开关的研究进展15-20
• 1.3.1 数字型热光开关15-18
• 1.3.2 干涉型热光开关18-20
• 1.4 本文的工作内容20-22
• 第二章 聚合物热光开关的结构设计22-40
• 2.1 热光效应22-24
• 2.2 介质平板波导24-29
• 2.2.1 平板光波导的线光学模型24-26
• 2.2.2 平板波导的电磁理论26-29
• 2.3 MMI型聚合物热光开关的设计29-39
• 2.3.1 MMI型光开关的基本原理29-30
• 2.3.2 矩形波导单模条件及尺寸的确定30-33
• 2.3.3 MMI型1×2热光开关的结构设计33-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 聚合物热光开关的制备40-49
• 3.1 制备工艺流程及设备40-41
• 3.1.1 工艺流程简述40-41
• 3.1.2 设备仪器说明41
• 3.2 具体实验步骤41-48
• 3.2.1 基片清洗42
• 3.2.2 旋转涂覆ZAP1020材料42
• 3.2.3 旋转涂覆下包层42-43
• 3.2.4 旋转涂覆芯层43
• 3.2.5 真空阻蒸蒸镀Al掩膜层43
• 3.2.6 光刻43-45
• 3.2.7 刻蚀45-46
• 3.2.8 电极制备46-47
• 3.2.9 端面处理47
• 3.2.10 粘电极47-48
• 3.3 实验中的改进措施48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 聚合物热光开关的测试49-57
• 4.1 光开关工作特性参数49
• 4.2 热光开关的测试49-55
• 4.2.1 直波导的测试49-51
• 4.2.2 1×2热光开关特性参数的测量51-54
• 4.2.3 1×4热光开关特性参数的测量54-55
• 4.3 光开关存在的问题及对策55-56
• 4.4 本章总结56-57
• 总结与展望57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士期间发表论文62-63
• 致谢63

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本文编号：956500