單模SiO-,2-—PMMA脊形光波導(dǎo)電磁場(chǎng)特性研究與器件設(shè)計(jì).pdf

1、近幾年來(lái)，光通信的迅猛發(fā)展大大推動(dòng)了集成光學(xué)的發(fā)展。其中，薄膜光波導(dǎo)可構(gòu)成諸如振蕩、放大、調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、傳輸、檢測(cè)等種種有源或者無(wú)源元件，是光集成器件的基礎(chǔ)。由于聚合物與鈮酸鋰(LiNbO3)和硅基半導(dǎo)體等光集成材料相比具有自己的很大優(yōu)勢(shì)，其具有成本低廉、透明性好、加工工藝簡(jiǎn)單并且成膜性好等優(yōu)勢(shì)。由于其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，人們正在致力于有機(jī)聚合物光波導(dǎo)材料在光電集成方面中的應(yīng)用研究。論文主要是研究聚合物摻雜SiO2的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯

2、)脊形薄膜光波導(dǎo)。所做工作包括它的理論分析設(shè)計(jì)與工藝研究。重點(diǎn)是利用電磁場(chǎng)理論進(jìn)行波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 論文的主要研究工作與取得的成果有： 1、基于電磁場(chǎng)的基本理論，分析了光波導(dǎo)的光傳輸原理，選擇PDMS(聚二甲基硅氧烷)作為光波導(dǎo)的包層材料，PMMA作為光波導(dǎo)的芯層材料。 2、運(yùn)用有效折射率法獲得不同光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸的單模色散曲線。 3、運(yùn)用有效折射率法獲得PMMA脊形光波導(dǎo)的單模條件，即得外脊厚度t2/內(nèi)脊

3、厚度d及脊寬w/內(nèi)脊厚度d的截止值。 4、對(duì)比有效折射率法求得的有效折射率neff與精確性高的有限差分法求得的neff，以驗(yàn)證有效折射率法仿真的數(shù)據(jù)可靠性； 5、分別用有效折射率法和有限差分法仿真單模電磁場(chǎng)在脊形光波導(dǎo)中的傳輸情況，對(duì)不同尺寸波導(dǎo)的電磁場(chǎng)及有效折射率結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并討論不同尺寸的光波導(dǎo)電磁場(chǎng)在波導(dǎo)中受約束情況，獲得脊形光波導(dǎo)的優(yōu)化尺寸結(jié)構(gòu)。 6、研究結(jié)果表明： (1)一定波長(zhǎng)及一定折射率分布

4、下，PMMA脊形光波導(dǎo)中的各結(jié)構(gòu)尺寸若已滿足單模條件時(shí)，尺寸越大，有效折射率越大，將越有助于模場(chǎng)限制在脊芯中； (2)由于在水平方向上芯層的折射率分布不一樣，因此在滿足單模條件下，弱化了外脊厚度t2尺寸對(duì)模場(chǎng)限制的作用，因此在設(shè)計(jì)中不須特意設(shè)計(jì)t2，紫外光漂白一段時(shí)間后折射率達(dá)到理想值后，也將從PMMA薄膜厚度變化量隨光漂白時(shí)間變化的擬合曲線獲取外脊厚度t2值。 7、用旋涂法涂覆PMMA薄膜平面光波導(dǎo)，討論不同旋涂速度和