基于深刻蝕二氧化硅脊型波導(dǎo)功分器的研究.pdf

1、隨著人們對(duì)帶寬的需求急劇增加，光纖從光網(wǎng)絡(luò)的干線網(wǎng)絡(luò)，城域網(wǎng)絡(luò)向接入網(wǎng)延伸。作為大帶寬的“最后一公里的解決方法”的光纖到戶(FTTH)以及無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)近年來(lái)在全球范圍內(nèi)的大面積的鋪開(kāi)，極大的促進(jìn)了集成光學(xué)的研究，增加了對(duì)集成光器件的需求。本文以此為大背景，開(kāi)展了基于深刻蝕SiO2脊型波導(dǎo)的緊湊型多模干涉功分器的研究，這種緊湊型的器件可以使得在一片芯片上集成更多的器件，由此可以降低成本。 論文首先介紹了光波導(dǎo)的基本理論，討

2、論了基于麥克斯韋方程組本征模的求解，詳細(xì)介紹了模式分析以及等效折射率法(EIM)、束傳播方法(BPM)和多模干涉理論(MMI)等數(shù)值模擬方法。接著討論了各種功分器結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，指出MMI功分器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、工藝容差大、插入損耗小、均勻性好、對(duì)偏振和波長(zhǎng)敏感性低的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了表征功分器性能的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，給出了各個(gè)參數(shù)定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式，指出附加損耗以及均勻性是功分器最重要的兩個(gè)參數(shù)。 在選定數(shù)值模擬工具以及MMI結(jié)構(gòu)作為功率

3、分配器的光場(chǎng)模擬方法和結(jié)構(gòu)后，引入對(duì)光波導(dǎo)具有強(qiáng)限制的深刻蝕二氧化硅脊型光波導(dǎo)，利用其波導(dǎo)折射率差比較大，彎曲半徑小的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型的1×N多模干涉功率分配器。在輸入/輸出波導(dǎo)與多模干涉區(qū)域，創(chuàng)新性的引入一段逆向的錐形波導(dǎo)，有效的減少了功分器輸出波導(dǎo)的間距，可以使得多模干涉區(qū)域的寬度和長(zhǎng)度有效的減少，使得器件的尺寸更小，更容易在單片芯片上集成更多的器件。比如設(shè)計(jì)的1×2功分器的尺寸，包括輸入輸出波導(dǎo)僅為1501.tm×20um。運(yùn)

4、用三維束傳播方法(3D-BPM)對(duì)輸入輸出波導(dǎo)以及多模干涉區(qū)域的光場(chǎng)傳輸進(jìn)行了模擬，對(duì)于功分器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果得到一組最優(yōu)化的設(shè)計(jì)值。運(yùn)用BPM，進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，得到器件插入損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖，并從理論上計(jì)算得到功率分配器各個(gè)端口的插入損耗，整體器件的附加損耗以及均勻性各個(gè)參數(shù)值。 對(duì)光波導(dǎo)的材料選擇，各種光波導(dǎo)的制作工藝進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。按照光波導(dǎo)的制作順序，從薄膜的制備，光刻技術(shù)，刻蝕技術(shù)，以及到最后的指標(biāo)測(cè)試