聚合物集成光波导陀螺谐振环的设计和工艺研究

摘要

集成光波导谐振环是组成集成光波导陀螺器件的核心敏感元件，是集成光学领域备受研究的热点之一。本论文的主要工作是聚合物集成光波导陀螺谐振环的设计、工艺制备以及器件的通光测试。 目前国内外针对聚合物谐振环器件和应用方面展开了很多研究工作，很多聚合物材料也相继报道，在陀螺谐振环器件的应用上，要求材料具有良好的热稳定性、加工性和较低的传输损耗。材料的选取、结构的设计以及加工过程是研制低损耗集成光波导陀螺谐振环的关键所在。本论文选用了新型的聚碳酸酯材料，它同传统的聚碳酸酯相比具有传输损耗低、热稳定性高、与衬底黏附力强等优点，并利用该材料开展了谐振环器件的设计和工艺研究等工作。 （1）首先介绍了光学陀螺的发展背景及集成光学谐振环的基本结构和研究现状，并阐述了谐振式集成光学陀螺的基本原理，分析了谐振环的传输特性。设计了MMI（多模干涉耦合）谐振环结构，波导采用脊形和条载形结构，在1550nm下均为单模传输。K9玻璃同时作为波导的衬底和下包层，聚碳酸酯和NOA61分别作为波导的传输层和上包层材料。 （2）研究了器件的工艺制备，并重点对脊形器件的制备过程进行了详细深入的实验研究，在现有的实验条件下，利用旋转涂覆、光刻或刻蚀、研磨抛光等工艺技术，经过反复实验、分析和改进，总结出优化的工艺参数，制备了较高质量的脊形波导及条载形波导谐振环样品。分析了影响聚碳酸酯薄膜质量的因素，探讨了光刻工艺中出现的问题和解决方案。 （3）通过对比脊形和条载波导实验结果，采用脊形波导器件进行了632．8nm波长下的对准耦合通光测试，最后详细分析了测试环节中影响光纤-波导对准耦合损耗和波导传输损耗等因素，为下一步对聚碳酸酯谐振环器件的深入研究奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 光学陀螺发展背景

1.2 集成光学谐振环概述

1.4 本论文主要工作内容

1.5 论文的创新点、难点和不足

参考文献

第二章 谐振式集成光学陀螺的基本原理

2.1 Sagnac效应

2.2 谐振环的特性分析和性能参数

2.2.1 谐振环的传输特性

2.2.2 陀螺谐振环的性能参数

参考文献

第三章 聚合物波导材料和谐振环结构设计

3.1 有机聚合物光波导材料

3.1.1 新型聚碳酸酯材料

3.1.2 紫外固化胶NOA61

3.2 聚合物光波导谐振环结构设计

3.1.1 谐振环结构设计

3.1.2 脊形波导设计

3.1.3 条载型波导设计

参考文献

第四章 聚合物光波导谐振环的工艺制备

4.1 制备工艺介绍

4.1.1 旋转涂覆

4.1.2 光刻技术

4.1.3 刻蚀技术

4.2 脊形光波导谐振环制备研究

4.2.1 制备过程

4.2.2 实验结果

4.3 条载光波导谐振环制备研究

4.3.1 光刻胶稀释

4.3.2 制备流程

4.3.3 实验结果

4.4 实验中存在的问题和讨论

4.5 小结

参考文献

第五章 脊形光波导谐振环器件的测试

5.1 对准通光测试

5.2 通光测试结果和讨论

5.2.1 辐射损耗分析

5.2.2 传输损耗分析

5.2.3 耦合损耗分析

5.3 小结

参考文献

第六章 总结和展望

致谢

攻读硕士期间发表及待发表的论文和专利