基于DMD系統(tǒng)的多模干涉耦合器件的設(shè)計及制作.pdf

1、基于自鏡像效應(yīng)(SIE)的多模干涉(MMI)耦合器以其損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、制作容差大、對偏振不敏感及帶寬寬等優(yōu)點被越來越多地應(yīng)用于集成光學(xué)器件中。目前，制作MMI耦合器的材料主要有三種：玻璃基波導(dǎo)材料、聚合物材料和絕緣層上硅(SOI)材料。但基于離子交換的玻璃基波導(dǎo)的制作工藝與超大規(guī)模集成(VLSI)電路制作工藝不兼容，不適于現(xiàn)代光電集成的發(fā)展趨勢；聚合物型波導(dǎo)的最大缺點是溫度穩(wěn)定性差，且采用聚合物材料和SOI材料制作MMI耦合器過程中，

2、都需要制作專門的掩模板，為加工帶來難度和誤差。鑒于此，本文提出了利用數(shù)字微鏡系統(tǒng)(DMD)來制作MMI耦合器的方案，這是一種無掩模的方法，即無需為MMI耦合器制作專門的掩模板，從而減少了掩模對準(zhǔn)誤差，降低了制作成本，提高了制作效率，為今后制作復(fù)雜的平面光波導(dǎo)器件提供了一種切實可行的方法，在理論和實踐上都有一定的創(chuàng)新意義。該方法尚未見文獻(xiàn)報道。 本論文根據(jù)MMI耦合器的基本原理和導(dǎo)模傳輸分析法討論了基于干涉原理的三種不同類型的MM

3、I耦合器：一般性干涉耦合器、成對干涉耦合器、對稱干涉耦合器，并分別得到了其出現(xiàn)單像和多像的縱向位置和橫向位置；以及影響MMI耦合器性能的兩個因素：模式傳播常數(shù)誤差對成像質(zhì)量的影響和模式階數(shù)對輸出脈寬及均勻性的影響。 利用DMD芯片的空間光調(diào)制(SLM)功能，本文設(shè)計了一種基于DMD芯片的無掩模光刻系統(tǒng)。根據(jù)這套系統(tǒng)，采用無掩模光刻法和全息干板法兩種工藝完成了對MMI耦合器的制作。對于無掩模光刻法：首先用OptiBPM軟件設(shè)計出M

4、MI耦合器的灰階掩模圖形，然后將其灰階掩模圖形輸入到DMD芯片中，DMD芯片根據(jù)其空間光調(diào)制特性，對照射到其上的激光進(jìn)行調(diào)制，最后在涂有光刻膠的玻璃基板上曝光出MMI耦合器的掩模轉(zhuǎn)印圖形，通過刻蝕即可生成MMI耦合器；對于全息干板法：利用全息干板的折射率調(diào)制能力，通過DMD芯片的空間調(diào)制控制曝光量，使未曝光與曝光部分產(chǎn)生折射率差，從而形成芯層與覆蓋層，這種方法無需進(jìn)行進(jìn)一步的刻蝕，即可制作出MMI耦合器；采用無掩模光刻法轉(zhuǎn)印在光刻膠上的

5、MMI圖像還需進(jìn)行進(jìn)一步的刻蝕，才能形成MMI耦合器，而采用全息干板法制作MMI耦合器，無需進(jìn)一步刻蝕，即可在全息干板上形成MMI耦合器。對比兩種實驗效果，發(fā)現(xiàn)無掩模光刻法的實驗圖形效果好，邊緣銳利，全息干板法的實驗圖形邊緣不夠銳利，從而會導(dǎo)致器件的損耗比較大，但是其能一次曝光就形成所需的器件，無需進(jìn)一步的刻蝕，能夠低成本，快速制作微光學(xué)元器件。利用這套DMD系統(tǒng)，分別在涂有光刻膠的玻璃基板和銀鹽全息干板上制作出了1×2型、1×4型MM