氮氧化硅與聚合物混合集成可變光衰減器.pdf

1、可變光衰減器（Variable Optical Attenuator, VOA）可以根據(jù)用戶的要求預期地降低光信號的能量，因此在光器件的性能檢測及光通信系統(tǒng)，尤其是密集波分復用（Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM）光通信系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要作用。在光通信系統(tǒng)中，VOA不僅能精確地控制光信號的功率，為全部通信波長提供穩(wěn)定的衰減量，實現(xiàn)信道的功率均衡，而且能檢測傳輸系統(tǒng)的動態(tài)范圍，補償光傳

2、輸過程中的功率波動。
　　根據(jù)其制作技術(shù)VOA分為傳統(tǒng)機械型、液晶型、微電機型和平面光波導型等。其中基于平面光波導技術(shù)的VOA通常利用熱光效應來實現(xiàn)，并具有體積小、性能穩(wěn)定及易于集成等優(yōu)點，是近年來研究的重點。平面光波導型VOA可以利用無機材料如硅，氮氧化硅（Silicon Oxynitride, SiON）及有機聚合物材料來制作，其中利用硅或SiON等無機材料制作的VOA具有光學性能優(yōu)異，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，但功耗通常較大；利用有機

3、聚合物光波導材料制作VOA具有功耗小、成本低等優(yōu)點，但其光學性能及穩(wěn)定性相對較差、易老化。本論文正是針對以上問題，并考慮到SiON材料光學性能優(yōu)良且具有正的熱光系數(shù)，而聚合物具有較大的負的熱光系數(shù)等特點，提出了一種SiON/聚合物混合集成的VOA，論文的主要工作內(nèi)容及成果如下：
　　1.平面光波導型VOA的參數(shù)設計及仿真模擬
　　首先對平面光波導型VOA的實現(xiàn)方式進行了研究，最終選定S型彎曲波導結(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)選定的SiON

4、與聚合物材料，利用有效折射率方法、馬卡梯里方法對構(gòu)成可VOA的單模矩形光波導進行了分析設計；進一步地，結(jié)合彎曲波導損耗理論對VOA的彎曲波導損耗進行了分析，從而得到器件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)；接下來，利用熱仿真軟件對加熱電極的功耗進行分析從而完成電極的設計；最后利用BPM對器件的整體性能進行了模擬分析，結(jié)果表明，對于1550 nm的工作波長，VOA實現(xiàn)50 dB的衰減，僅需要4.0 mW的功率。
　　2.平面光波導型VOA的工藝制作研究<

5、br>　　根據(jù)以上設計的參數(shù)，及選定的材料的性質(zhì)，對器件的工藝流程進行了設計，在此基礎上設計并外協(xié)加工制作了器件的光刻掩膜板；對器件的制作工藝如光刻、磁控濺射、感應耦合離子刻蝕等進行了研究，通過多次的實驗，優(yōu)化了工藝參數(shù)；最后根據(jù)優(yōu)化的參數(shù)，成功制作了相應的器件。
　　3.平面光波導型VOA的測試及優(yōu)化
　　首先搭建了測試平臺，對器件的光學性能如單模特性，插入損耗等進行了測試，測量得到的最低插入損耗為5.4 dB；其次利用背