玻璃基离子交换波导光功率分配器的设计和工艺制作

摘要

离子交换是一种传统有效的玻璃基光波导制作技术。与其它几种玻璃基光波导制作技术相比，它成本低廉，传输损耗低，与光纤匹配好，玻璃基片应力小，环境稳定性好，甚至易于掺杂稀土离子例如掺铒光放大器。离子交换适合用于生产低成本大批量的无源光器件。
　　 光功分器是一种大量应用于无源光网络的基础器件。它的性能指标主要有插入损耗、均匀性、偏振相关损耗和环境稳定性。
　　 本文主要分析讨论了光功分器的微观结构设计，归纳出了三个重点：曲率半径的选取，Y分叉设计的注意事项，还有Y分叉前端的直波导的长短。曲率半径和Y分叉影响器件的损耗和长度，直波导的长短影响功率分配的均匀性。
　　 利用典型的单模波导银钠离子交换工艺，制作了参数版，测定了波导曲率半径和插损的关系。
　　 改进了1×8光功分器的设计，使器件总长度压缩到12.5 mm，并且保持性能优异。工艺实验结果证明了该设计是成功的。根据改进的设计制作的功分器，插损可以达到10 dB以下，均匀性可以达到0.3 dB以下。参考直波导的插损约为0.5 dB。
　　 改进了1×16和1×32的设计。1×16芯片的总长度为15 mm，1×32芯片的总长度为24 mm。
　　 实验结果表明光功分器的工艺容差比较大，制作参数可控，重复性好。只要波导宽度控制在8μm以下，深度控制在14μm以上，波导单模，功分器的性能便可达标。