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)以及無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)近年來在全球范圍內(nèi)的大面積的鋪開，極大的促進了集成光學(xué)的研究，增加了對集成光器件的需求。本文以此為大背景，開展了基于深刻蝕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)簡單緊湊、工藝容差大、插入損耗小、均勻性好、對偏振和波長敏感性低的優(yōu)點。詳細介紹了表征功分器性能的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)，給出了各個參數(shù)定義和數(shù)學(xué)表達式，指出附加損耗以及均勻性是功分器最重要的兩個參數(shù)。 在選定數(shù)值模擬工具以及MMI結(jié)構(gòu)作為功率

3、分配器的光場模擬方法和結(jié)構(gòu)后，引入對光波導(dǎo)具有強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，設(shè)計了一種新型的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)計的1×2功分器的尺寸，包括輸入輸出波導(dǎo)僅為1501.tm×20um。運

4、用三維束傳播方法(3D-BPM)對輸入輸出波導(dǎo)以及多模干涉區(qū)域的光場傳輸進行了模擬，對于功分器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果得到一組最優(yōu)化的設(shè)計值。運用BPM，進行波長掃描，得到器件插入損耗與波長的關(guān)系曲線圖，并從理論上計算得到功率分配器各個端口的插入損耗，整體器件的附加損耗以及均勻性各個參數(shù)值。 對光波導(dǎo)的材料選擇，各種光波導(dǎo)的制作工藝進行了詳細的介紹。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)測試