基于纳米压印的可调谐布拉格光栅研究

发布时间：2017-09-13 19:25

  本文关键词：基于纳米压印的可调谐布拉格光栅研究

  更多相关文章： 热光调谐 聚合物波导 Bragg光栅 纳米压印 RIE刻蚀

【摘要】：现代社会的飞速发展需要对日益增加的各种信息进行及时的传输和处理Bragg光栅具有选频、衍射、和反射等功能,制成的相应光子集成器件在光通信系统中有着重要的作用。本文首先介绍了聚合物波导Bragg光栅的应用和发展现状,然后简要介绍了马卡提里近似解析法、有效折射率法等常用的矩形波导的分析方法,以及波导Bragg光栅的基本原理。结合波导光栅和热光材料的特性,应用Rsoft软件进行了仿真设计,最终确定了光栅的基本尺寸并得到了优化的仿真输出结果。为了实现良好的热光调谐效应,本文选用了热光系数较大的ZPU系列聚合物作为波导制作材料,分别以ZPU44和二氧化硅为下包层,通过纳米压印技术,研究了RIE刻蚀、紫外曝光套刻、高温蒸镀铝膜等传统的微加工工艺,尤其是压印后光栅的刻蚀工艺,最终确定最优工艺参数,制备了两种热光调谐聚合物波导Bragg光栅,并在聚合物上包层上制备了加热电极,通过电压驱动的方式实现了对聚合物波导中心波长的调谐。此外,本文还利用波长测试系统、光环行器、保偏光纤和探测器等测试了两种热光调谐聚合物波导Bragg光栅芯片的输入、输出特性,并通过外加电压的方式测试芯片的热光调谐效应。实验结果表明,以二氧化硅为下包层的聚合物波导Bragg光栅的中心波长在1553nm左右,3dB带宽为0.86nm,在0V到20V的驱动电压范围内,中心波长实现了从1552.98nm到1546.82nm的调谐,调谐范围为6.16nm；以ZPU44为下包层的聚合物波导Bragg光栅的中心波长在1545nm左右,3dB带宽为0.12nm,在0V到20V的驱动电压范围内,中心波长实现了从1546.88nm到1525.25nm的调谐,调谐范围为21.63nm。波导光栅的透射、反射、热光调谐等特性的测试结果与设计结果基本吻合,为可调谐Bragg光栅的进一步研究奠定了良好的基础。
【关键词】：热光调谐 聚合物波导 Bragg光栅 纳米压印 RIE刻蚀
【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】：TN25
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 波导Bragg光栅研究概况8-9
• 1.1.1 波导光栅概述8
• 1.1.2 光纤光栅8-9
• 1.2 波导Bragg光栅的应用9-10
• 1.3 聚合物波导Bragg光栅发展现状10-11
• 1.4 本论文主要研究内容11-14
• 第二章 波导Bragg光栅理论与设计14-24
• 2.1 矩形介质波导14-17
• 2.1.1 马卡提里近似解析法14-15
• 2.1.2 有效折射率法15-16
• 2.1.3 单模条件尺寸的确定16-17
• 2.2 波导Bragg光栅的基本原理17-18
• 2.3 波导Bragg光栅的设计18-22
• 2.3.1 光栅结构设计18-20
• 2.3.2 调谐电极设计20
• 2.3.3 聚合物材料的选择20-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 波导Bragg光栅的制备工艺研究24-44
• 3.1 纳米压印技术24-28
• 3.1.1 热压印(HE—NIL)24-25
• 3.1.2 紫外硬化压印(UV—NIL)25-26
• 3.1.3 微接触压印(uCP)26
• 3.1.4 纳米压印光栅制作工艺26-28
• 3.2 薄膜的制备28-30
• 3.3 掩膜紫外光套刻30-34
• 3.3.1 真空蒸发镀铝膜30
• 3.3.2 光刻工艺流程30-33
• 3.3.3 工艺参数对光刻结果的影响33-34
• 3.4 反应离子刻蚀34-38
• 3.4.1 反应离子刻蚀的基本原理34-35
• 3.4.2 反应离子刻蚀工艺35-36
• 3.4.3 以SiO_2为下包层的光栅刻蚀36-37
• 3.4.4 以ZPU44为下包层的光栅刻蚀37
• 3.4.5 波导刻蚀工艺37-38
• 3.5 电极制作工艺38-39
• 3.6 基片的封装与研磨39-42
• 3.6.1 芯片的封装39-40
• 3.6.2 端面的处理40-42
• 3.6.3 粘贴电极引脚42
• 3.7 本章小结42-44
• 第四章 测试与结果分析44-52
• 4.1 光波测试系统44-45
• 4.2 通光测试45-47
• 4.2.1 直波导通光测试45-46
• 4.2.2 光栅效应与热光调谐效应测试46-47
• 4.3 测试结果47-49
• 4.3.1 以ZPU44为下包层的Bragg光栅测试结果47-48
• 4.3.2 以SiO_2为下包层的Bragg光栅测试结果48-49
• 4.4 聚合物波导Bragg光栅存在的问题及改进方案49-50
• 4.4.1 直波导插入损耗的分析及改进方案49
• 4.4.2 聚合物波导Bragg光栅工作特性的分析及改进方案49-50
• 4.5 本章小结50-52
• 总结与展望52-54
• 参考文献54-56
• 攻读硕士期间发表论文56-58
• 致谢58

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