陣列波導器件耦合封裝機理及其關鍵技術研究.pdf

1、分類號VDC博士學位論文密級陣列波導器件耦合封裝機理及其關鍵技術研究StudyontheCouplingPackagingTheoryandtheKeym‘，、‘1’111echnlqueStOr。ArrayedwaveguldedeVlCeS作者姓名：學科專業(yè)：學院(系、所)：指導教師：鄭煜機械工程機電工程學院段吉安教授答辯委員會主中南大學2012年5月摘要陣列波導器件是下一代光纖通信技術發(fā)展的基礎支撐，具有廣闊應用前景。它采用半導體

2、制造工藝制作波導芯片，將常規(guī)分立光學元件的各種功能集成到同一光學襯底表面，完成常規(guī)由多個分立光學元件所構(gòu)成的龐大光學系統(tǒng)的光信息處理能力，實現(xiàn)光信號分配、開關、濾波等功能，具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾、性能一致性好、便于自動化批量生產(chǎn)等突出優(yōu)勢，是目前光電子器件發(fā)展的前沿。陣列波導器件的種類、結(jié)構(gòu)形式十分豐富，隨著光纖通信對器件質(zhì)量要求的迅速提高，目前普遍使用的制造技術、裝備和工藝都難以適應，迫切需求更深層次的認識陣列波導器件封裝制造過程中的機

3、理性、規(guī)律性科學問題，以期在制造技術上取得突破。本文以下一代陣列波導器件封裝制造過程中的對準耦合與固接為核心展開研究，通過理論分析、試驗測試以及有限元仿真等方法，對陣列波導器件對準耦合、耦合界面光波傳輸與畸變規(guī)律、自動化對準工藝與算法、固接強度生成與微位移控制、裝備集成進行了研究，建立了光波傳輸原理與器件結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造精度與工藝參數(shù)的融合模型并找到了其中的量值規(guī)律，實現(xiàn)了陣列波導器件自動化封裝裝備集成，從而提升我國陣列波導器件自動化封裝

4、制造水平。論文的主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下：(1)針對陣列波導器件對準耦合及耦合界面光波傳輸特性，以平面光波導分路器為例，基于波導光學建立波導芯片與光纖對準耦合模型，分析討論模場空間分布對耦合損耗的影響規(guī)律，并進行試驗驗證。基于Fresnel反射原理，建立波導芯片與陣列光纖固接界面光波傳輸模型，分析討論光波在固接界面上的傳輸行為，并進行試驗驗證。(2)提出了陣列波導器件對準耦合優(yōu)化工藝；針對爬山法因采樣點較多且對準時間較長的缺點，綜合考

5、慮陣列波導芯片和光纖的模場空間分布、對準耦合平臺的運動特性以及對準誤差與耦合損耗的關系，提出基于多項式擬合的陣列波導器件自動精密對準耦合算法，對準速度、精度以及可靠性均大大提高；針對多通道對準，提出基于虛擬旋轉(zhuǎn)軸法與多項式擬合的復合對準算法，對準速度快、精度高；最后分析討論光功率通道均衡原理和方法，并進行試驗驗證。(3)針對陣列波導器件固接微位移生成與控制技術，基于表面物理化學理論，分析討論固化膠液在陣列波導器件耦合界面的潤濕規(guī)律；基于