SU-8強(qiáng)限制光波導(dǎo)及其器件研究.pdf

1、隨著光纖通信技術(shù)和光傳感技術(shù)的快速發(fā)展，集成光子器件特別是集成光濾波器由于其低成本、高集成度等特點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注。在LiNbO3、SiO2、Si、InP和聚合物等各類集成光學(xué)材料中，聚合物材料在降低器件成本、減小器件損耗等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于任何材料的集成光子器件，減小器件尺寸、提高集成度是一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展方向。強(qiáng)限制光波導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)小型化集成光子器件的最為有效的方法。本文基于SU-8聚合物材料，對(duì)脊形光波導(dǎo)和懸掛式光波導(dǎo)兩種強(qiáng)限制光波

2、導(dǎo)，以及基于SU-8脊形光波導(dǎo)的小型化陣列波導(dǎo)光柵和微環(huán)諧振器進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 回顧了光波導(dǎo)基本理論和幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法。首先介紹了求解平板波導(dǎo)的解析方法和求解條形波導(dǎo)的近似方法。為了精確求解復(fù)雜波導(dǎo)及其器件問題，必須采用數(shù)值模擬方法。對(duì)有限差分方法、光束傳播方法和時(shí)域有限差分方法等幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了介紹。
　　 研究了SU-8脊形光波導(dǎo)這種新型強(qiáng)限制光波導(dǎo)的導(dǎo)波特性。通過對(duì)整個(gè)工藝過程的

3、調(diào)試，成功制作了SU-8脊形光波導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)得到具有不同波導(dǎo)寬度的SU-8脊形光波導(dǎo)的傳輸損耗為0.24～0.15 dB/mm。并且，驗(yàn)證了這種波導(dǎo)可承受75μm的彎曲半徑，因此SU-8脊形光波導(dǎo)具有提高器件集成度的巨大潛力。
　　 基于SU-8脊形光波導(dǎo)，本文研究了陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和微環(huán)諧振器(MRR)兩種典型的集成光濾波器。首先對(duì)基于SU-8脊形光波導(dǎo)的小型化陣列波導(dǎo)光柵進(jìn)行了設(shè)計(jì)制作。由于所用波導(dǎo)的強(qiáng)限制特性，研制出的A

4、WG尺寸僅為基于傳統(tǒng)掩埋型SU-8波導(dǎo)的同類器件的1/40，從而大大提高了器件集成度。通過選取合適的波導(dǎo)尺寸，成功消除了AWG的偏振相關(guān)性，使TE和TM模式的信道中心波長(zhǎng)重合。熱光調(diào)諧研究表明，所研制的AWG濾波器具有調(diào)諧效率高、大范圍可調(diào)等優(yōu)勢(shì)。另外我們還研究了基于SU-8脊形光波導(dǎo)的微環(huán)諧振器。采用耦合區(qū)波導(dǎo)的寬度進(jìn)行局部減小的設(shè)計(jì)，研制出了小型化MRR，并對(duì)其光譜特性進(jìn)行了表征。
　　 為了進(jìn)一步增加光場(chǎng)限制，減小波導(dǎo)的彎