聚合物热光波导器件研究

【摘要】当今世界正处于一个信息及网络高速发展并越来越普及的时代，网络的发展改变了通讯产业的地位。光纤具有低损耗、大带宽、大容量以及很强的抗电磁干扰能力等优点，因此，相比于传统的通讯系统而言，光纤通讯系统具有传输容量大、抗电磁干扰能力强、频带宽、误码率低和损耗小等优点。波分复用技术（WDM）在光纤通讯系统中的应用，有效地实现了光传输网络的扩容。光开关和光开关阵列在WDM中发挥着优化光域、自愈和路由等作用，是光交叉连接（OXC）和光分叉复用（OADM）系统中的核心器件。聚合物材料具有种类多、工艺简单、成本低和易于集成等优点，在光开关制备方面得到了广泛的应用。本文对硅基聚合物热光波导器件进行了系统的研究，完成了Y分支和多模干涉-MZI型聚合物热光开关器件及垂直耦合结构的聚合物三维热光器件的结构设计、工艺制备以及性能测试等工作。主要创新点是采用SiO2/polymer的材料体系制备了聚合物Y分支型热光开关，在驱动功率无明显增大的情况下有效的提高了器件的响应速度，其次采用垂直耦合的波导结构制备了能在不同波导层面上进行光路转换的三维集成热光器件，有效的解决了二维波导对光路限制的问题，提高了器件的集成度。论文主要内容包括以下几个部分：1、采用SiO2/polymer材料体系制备了Y分支型热光开关器件，以Si衬底上生长的一层2μm厚的SiO2作为下包层，聚合物P(MMA-GMA)材料作为波导芯层和上包层。在光纤-波导耦合测试平台上对Y分支型热光开关器件的性能进行了测试。实验测得器件的插入损耗为12dB，两通道的消光比均为18dB，两端口之间的串扰为-21dB，驱动功率为130mW，器件的开关时间为230μs。2、研究了以Si为衬底，聚合物P(MMA-GMA)为芯层、包层的多模干涉（MMI）-MZI型聚合物2×2热光开关，器件测试得到了良好的红外输出光斑，开关驱动功率25mW，上升时间380μs，下降时间400μs。3、对垂直耦合结构的聚合物三维热光器件进行了研究，下层波导选为多模干涉型分束器结构，分别对1×2，1×3，1×4分束器光场进行了模拟分析，详细介绍了基于垂直耦合结构的聚合物三维热光波导器件制备的工艺流程，并采用Si作为衬底，聚合物P(MMA-GMA)作为芯层材料制备了基于垂直耦合结构的三维热光开关器件，并对器件的光传输特性以及器件的信号响应特性进行了测试，器件插入损耗约为25dB，并对方波和三角波信号具有良好的时间响应特性。
【作者】赵世民；
【导师】王菲；
【作者基本信息】吉林大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】有机聚合物；平面光波导；热光开关；热光效应；热光波导器件；

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