光通信中集成蚀刻衍射光栅波分复用器的研究

摘要

随着社会迈向信息时代,人们对信息的需求急剧增加,对通信容量提出越来越高的要求.密集波分复用是最经济有效地解决通讯网络容量问题的技术.实现波分复用的核心器件是波分复用器.蚀刻衍射光栅是采用平面波导技术制成的集成密集波分复用器件,它具有信道损耗低、串扰小、器件尺寸小、容易扩展信道、制作和封装工艺相对简单等优点.该论文以用于光通信中的平面集成蚀刻衍射光栅为研究对象,具体的分析了的它的工作原理和设计思想,并给出了设计中的经验和方法.器件设计后需要进行性能计算和模拟以减小复杂的集成光器件制作试验,该论文描述了计算蚀刻衍射光栅比较准确的模拟方法,其结果能够很好的接近实际情况.基于这样的模拟计算方法,该论文提出了改进蚀刻衍射光栅设计的几种方法:1.光栅的两点法设计.这个方法很好的减小了像差,提高了成像质量;2.平场输出蚀刻衍射光栅的设计.这个设计可以省略输出波导,大大降低制造复杂度;3.输出频谱的平坦化设计.设计改变了器件的输出频谱,很大的降低了对系统其它器件的要求.4.低回损蚀刻衍射光栅的设计.设计最大程度的提高了器件的回损性能,适合更严格的要求.对设计好的集成波导器件,该论文设计并试验了器件的制作的全部工艺,包括波导薄膜的沉积,掩模的设计制作,光刻,溅射金属薄膜,剥离法制作金属掩模,干法深刻蚀,硅片切割,端面磨抛,波导对准和性能测试.最后该文实现了器件样品的制作.器件制作的工艺流程中该文重点研究了基于半导体技术的二氧化硅薄膜沉积技术.波导薄膜是器件的基础,其光学性能很大程度决定了器件性能.这里基于国产设备进行了大量的实验,得到了丰富的测试数据.对实验数据进行分析后总结了规律,得到了优化制作参数.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 本文研究内容、主要工作和贡献

1.1.1本文的研究内容

1.1.2作者的主要工作

1.1.3本文的主要贡献

1.2 信息技术与波分复用光通信

1.2.1带宽的需求

1.2.2光通信历史

1.2.3通信容量的发展

1.2.4光纤通信的特点

1.2.5光纤通信的层次结构和系统的基本组成

1.2.6光纤通信中的复用技术

1.3 波分复用器件综述

1.3.1级联型波分复用器

1.3.2同步输出色散型波分复用器

1.3.3波分复用器件技术比较

1.4 基于半导体工艺的集成光器件制作

参考文献

第2章 蚀刻衍射光栅设计与模拟理论

2.1 蚀刻衍射光栅原理

2.2 蚀刻衍射光栅的设计

2.2.1波导层结构

2.2.2器件参数确定

2.3 蚀刻衍射光栅模拟计算

2.3.1有效折射率计算

2.3.2标量衍射理论的模拟模型

2.3.3 BPM模拟计算

参考文献

第3章 蚀刻衍射光栅消像差设计

3.1 蚀刻衍射光栅的像差分析

3.2 单波长消像差设计实例及其模拟

3.2.1器件设计

3.2.2数值模拟

3.3 消像差设计的两点法

3.3.1设计方法

3.3.2结果比较

参考文献

第4章 蚀刻衍射光栅频谱平坦化

4.1 波分复用器频谱要求

4.2 频谱平坦化方法综述

4.3 蚀刻衍射光栅的频谱平坦化

4.3.1蚀刻衍射光栅的频谱计算

4.3.2蚀刻衍射光栅频谱平坦化方法

4.4 蚀刻衍射光栅的深刻蚀频谱平坦化方法

参考文献

第5章 平场蚀刻衍射光栅设计

5.1 平场输出蚀刻衍射光栅的设计和模拟

5.2 稀疏波分复用技术

5.3 蚀刻衍射光栅稀疏波分复用器的设计和模拟

5.4 平场输入设计及温度不敏感波分复用器

参考文献

第6章 蚀刻衍射光栅低回损设计

6.1 蚀刻衍射光栅回损特性

6.2 低回损设计

6.3 低回损蚀刻衍射光栅设计实例和模拟结果

参考文献

第7章 基于半导体工艺的集成光学器件制造技术

7.1 光波导材料概述

7.2 硅基二氧化硅光波导制备技术

7.2.1热氧化法

7.2.2溶胶-凝胶法

7.2.3阳极氧化法

7.2.4火焰水解法

7.2.5化学汽相沉积

7.2.6薄膜性能检测

7.3 光刻技术

7.4 干法刻蚀技术

7.5 波导对准封装技术

参考文献

第8章 等离子体增强化学气相沉积制作光波导

8.1 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)原理

8.2 PECVD系统

8.3 淀积高性能厚二氧化硅薄膜的研究

8.3.1实验条件

8.3.2实验结果

8.3.3讨论

8.3.4结论

参考文献

第9章 蚀刻衍射光栅器件制作

9.1 蚀刻衍射光栅制作过程分解

9.2 掩膜版图形的设计

9.3 二氧化硅波导沉积

9.4 曝光光刻

9.5 金属掩膜的剥离技术

9.6 ICP深刻蚀

9.7 器件对光及测试

参考文献

第10章 总结与展望

10.1 论文总结

10.2 蚀刻衍射光栅的继续研究

10.3全光通信展望

参考文献

攻博期间发表的论文

攻博期间申请的专利