基于软光刻法的新型Y分叉光功率分配器

摘要

在日益增长的宽带服务业务和接入需求的驱使下，光纤到户(FTTH)凭借其极大的带宽成为最理想的接入网技术。作为FTTH的解决方案，无源光网络(PON)的大规模部署需要依靠低成本和高性能的无源光器件。光功率分配器是无源光网络中的核心光器件之一，本文以研究实用的Y分叉光功率分配器为目的，提出了一种新型结构，与传统的级联Y分叉型相比能显著减小体积；并且，将软光刻工艺应用于器件的制作，大大降低器件成本，简化制作过程，增加生产效率。本文的主要内容包括以下几部分： 首先，深入研究了光波导的相关基本理论。从麦克斯韦电磁方程组出发阐述了光波导的传输条件和理论分析方法。研究了平面平板波导的射线理论分析法和电磁场分析法，条形波导的马卡梯里法和等效折射率法。着重讨论了实用的光波导数值计算方法——光束传输法，为器件的设计分析打下坚实的基础。 然后，对Y分叉光功率分配器的结构展开具体的设计与优化。其中包括输入波导、输出波导、Y分叉、连接波导等的局部设计。采用光波导数值模拟软件BeamPROPTM分析Y分叉角度、圆弧波导的半径与圆心角、直波导长度等结构参数对插入损耗与分光均匀度的影响。综合优化后的局部设计，给出1×8和1×16光功率分配器的最终设计方案，数值模拟结果表明两者均具有较低的插入损耗和较高的均匀度。 最后，将软光刻法用于制作自行设计的新型Y分叉光功率分配器。母版的制作采用运动精度为0.1μm的高精度数控雕刻机进行单线雕刻，而后通过两个步骤的翻印得到器件的硅酮弹性体(PDMS)阴模，将UV固化树脂通过毛细管成模(MIMIC)工艺填充该模具，然后将其覆盖于光学基底，采用紫外光固化成形，形成自承式(stand-alone)结构。对制作完成的光功率分配器进行实际的性能测试，并将实验结果与理论分析相结合提出进一步提高器件性能的方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章光波导理论

第3章 光束传输法及数值模拟软件

第4章光功率分配器设计及数值模拟

4.1无源光耦合器件概述

4.2器件结构总体设计

4.3器件结构参数的设计与优化

4.4器件结构的最终设计方案

参考文献

第5章 软光刻法制作高聚物光功率分配器

第6章总结与展望

发表的学术论文

致谢