非对称电极Y分叉型1×2Ti：LiNbO数字光开关研究

摘要

人们对光网络容量史无前例的需求促使了光交换网、光开关及其阵列的发展。铌酸锂作为制作光开关的衬底材料，因为其良好的电光系数、易于制作的特性和合适的价格，已经被广泛研究了几十年。除此之外铌酸锂基制作的开关速度非常快，达到纳秒量级。它的发展方向主要是低端口快速光开关阵列。 本论文首先综合比较了制作开关的各种材料、结构和开关效果，然后结合本实验室现有的条件，选择了Ti：LiNbO<,3>波导作为我们的研究对象，提出一种关于非对称电极低串扰1×2数字光开关的新型设计。它是在Y分叉后端引入S弯曲波导电光可变光衰减器(Variable Optical Attenuator VOA)，通过在Y分叉处的非对称电极和弯曲波导的弯曲电极施加相同的同步电压，可以控制光的传播通道，实现较低的串扰。S弯曲波导结构在其相应弯曲部位配以共面电极，可以用来增大辐射损耗进而降低串扰。通过理论研究和软件模拟，确定了单模波导传输条件，选取合适的Ti条厚度60nm，扩散时间9～10h，波导宽度6～7grn等。本文对S型VOA的半径，波导宽度，弯曲形状等因素对弯曲波导型作了研究，在较低电压下，VOA实现了>20dB的消光比，插入损耗也比较小，符合我们设计的目的。优化后的开关设计参数为：开关有效长度约27mm，Y分叉角为0.18°，电极边缘最佳间距3.5μm，VOA长12mm。采用有限差分光束传播方法来分析。Beamprop软件计算得到的结果为：使用TM模调制，在光波长为1.55gm时、外加驱动电压为6V左右时，得到了<-30dB的串扰值，比不带VOA的开关串扰小约5dB。 在实验方面，我们也对光刻、剥离、磨片等工艺步骤进行了探索，找到了较好的工艺参数。但由于时间和实验条件的限制，目前实验完成了波导制作和通光测试，下一阶段电极制作有待继续。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2光开关技术概论

1.2.1光开关在光网络中的应用方向

1.2.2光开关分类及介绍

1.2.3数字光开关

1.3光开关国内外进展

1.4本论文主要内容

参考文献

第二章Ti：LiNbO3波导技术

2.1 LiNbO3材料特性

2.1.1 LiNbO3电光效应

2.1.2晶轴取向

2.2 Ti：LiNbO3波导

2.2.1 Ti扩散波导浓度分布数学模型

2.2.2 Z切Ti：LiNbO3波导单模截止条件

2.2.3 Ti扩散浓度分布及对折射率影响

2.2.4模式匹配条件

参考文献

第三章弯曲波导型电光可变衰减器设计分析

3.1弯曲损耗原理

3.2弯曲波导型电光VOA设计原理

3.3弯曲波导的优化分析

参考文献

第四章非对称电极Y分叉型Ti：LiNbO3数字光开关设计

4.1 Y分叉数字光开关工作原理

4.2算法分析

4.2.1 FD-BPM算法分析

4.2.2 BPM算法边界条件

4.3 LiNbO3电极调制分析

4.3.1集总参数式光波导调制器

4.3.2行波电极光波调制器

4.4非对称电极Y分叉型Ti：LiNbO3数字光开关设计

4.4.1设计原理

4.4.2 Y分支尖角的优化设计

4.4.3开关参数优化

4.4.4版图制作

参考文献

第五章工艺制作及测试

5.1基片清洗

5.2波导制作

5.2.1光刻

5.2.2提浮法制作Ti膜图形

5.2.3 Ti扩散

5.3缓冲层和电极制作

5.4端面抛光

5.5制作过程中出现的问题

5.6通光

参考文献

第六章总结和展望

6.1总结

6.2展望

致谢辞

附录