硅基聚合物光开关器件的研究

发布时间：2017-05-01 02:02

  本文关键词：硅基聚合物光开关器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在信息技术飞速发展的背景下，光纤通讯凭借其通信容量大、传输频带宽等优点，成为现今通信领域的主要传输方式。随着光网络的迅猛发展，光开关在解决光域优化、路由、网络的保护等关键问题上发挥着重要的作用。随着骨干网业务交换容量的不断增长，光开关矩阵的规模也在逐渐提高。在未来，具备高速度、低功耗、低损耗等优点的光开关将起到更为重要的作用。 本论文使用两种自主合成的电光材料DR19/SU-8、DR1/PC以及商用NOA73聚合物材料，结合材料自身的电光效应和热光效应设计并制备了聚合物光开关器件，重点解决光开关研究中涉及到的高速度、低成本、低功耗以及长期稳定性等重要问题。论文主要工作内容如下： 1.基于光波导模式理论对三层平板波导、矩形波导以及脊形波导的有效折射率计算作了介绍。同时，，对于贯穿实验始终的MZI型波导光开关的工作原理进行了详细说明。最后，介绍了材料的电光效应和热光效应。 2.自主合成了一种低成本的主客掺杂型电光材料DR19/SU-8材料，并对于材料的吸收、序参数以及电光系数作了详细表征，材料的序参数达到0.61，电光系数γ33为11pm/V。通过光波导模式理论对矩形波导的尺寸作了计算，通过光刻、旋涂以及湿法刻蚀等工艺方法制备了电光开关器件。测试结果表明，使用这种低成本电光聚合物材料制备的电光开关，具有较快的响应速度，其开关的上升和下降时间分别为36.5ns和33.1ns。 3.本章选择双酚A型聚碳酸酯（PC）作为电光材料的主体材料，选择NOA73紫外固化胶作为包层材料制备了电光开关器件。通过优化生色团DR1的掺杂浓度获得了最大的电光系数，材料的电光系数为12.8pm/V。在理论计算的基础上结合半导体工艺制备了DR1/PC电光开关器件。在300KHz频率下，开关的上升和下降时间分别为33.6ns和27.4ns，开关电压达到了23V，最大消光比为12dB。在室温条件下，这种材料体系的电光开关可以稳定工作超过3600小时。 4.本章使用NOA73材料制备了MZI型低功耗热光开关，原因在于NOA73材料具有较高的热光系数、良好的光学特性等优点。器件的衬底材料选择Si衬底，包层材料为PMMA。通过光波导模式理论计算了波导的截面尺寸，利用Rsoft软件对于波导截面的热场分布进行了模拟。最后，在完成器件的工艺制备后对热光开关器件的性能进行了测试。热光开关的消光比为29.3dB，开关的驱动功率仅为1.96mW。开关的上升时间和下降时间分别为754.4μs和722.8μs。
【关键词】：聚合物 光波导 电光开关 热光开关
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 光开关的应用及其分类10-11
• 1.2 聚合物电光开关11-21
• 1.2.1 聚合物电光材料的研究进展13-16
• 1.2.2 聚合物电光开关在器件结构和制备技术的研究进展16-19
• 1.2.3 聚合物电光开关在器件性能上的研究进展19-21
• 1.3 聚合物热光开关21-24
• 1.4 论文主要工作及创新点24-26
• 第二章 聚合物光开关的理论基础26-36
• 2.1 平面光波导理论26-32
• 2.1.1 三层平板波导26-27
• 2.1.2 矩形波导27-28
• 2.1.3 脊形波导28-29
• 2.1.4 MZI 型光开关的工作原理29-32
• 2.2 电光效应32-34
• 2.3 热光效应34-36
• 第三章 基于主客掺杂型材料 DR19/SU-8 的电光开关的设计和制备36-51
• 3.1 掺杂型电光材料 DR19/SU-8 的制备和特性表征36-42
• 3.1.1 电光材料 DR19/SU-8 的制备36-37
• 3.1.2 电光材料 DR19/SU-8 的特性表征37-42
• 3.2 矩形波导结构电光开关的设计和制备42-46
• 3.3 电光开关的测试分析46-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 基于主客掺杂型材料 DR1/PC 的电光开关的设计和制备51-79
• 4.1 掺杂型电光材料 DR1/PC 的制备和特性表征51-60
• 4.1.1 电光材料 DR1/PC 的制备51-53
• 4.1.2 电光材料 DR1/PC 的特性表征53-60
• 4.2 倒脊形波导结构电光开关的设计和制备60-70
• 4.2.1 电光开关的设计60-64
• 4.2.2 电光开关的制备64-70
• 4.3 电光开关的测试70-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 基于紫外固化型材料 NOA73 的热光开关的设计和制备79-91
• 5.1 器件结构设计和模拟79-83
• 5.2 器件的制备83-85
• 5.3 器件的性能测试85-89
• 5.4 本章小结89-91
• 结论91-93
• 参考文献93-101
• 作者简介及科研成果101-104
• 致谢104-105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 胡军武,吴涛;光开关和光开关阵列技术的发展研究[J];光通信研究;2002年01期

2 马慧莲;光开关研究新进展[J];光通信研究;2003年03期

3 李红春;赵巧霞;陶晓燕;王豆豆;;全光通信中的光开关技术[J];电子设计工程;2011年04期

4 赵继德,李应良;全光网络中的MEMS光开关[J];激光杂志;2005年03期

  本文关键词：硅基聚合物光开关器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：337978