陣列波導(dǎo)器件耦合封裝機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)VDC博士學(xué)位論文密級(jí)陣列波導(dǎo)器件耦合封裝機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)研究StudyontheCouplingPackagingTheoryandtheKeym‘，、‘1’111echnlqueStOr。ArrayedwaveguldedeVlCeS作者姓名：學(xué)科專(zhuān)業(yè)：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：鄭煜機(jī)械工程機(jī)電工程學(xué)院段吉安教授答辯委員會(huì)主中南大學(xué)2012年5月摘要陣列波導(dǎo)器件是下一代光纖通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)支撐，具有廣闊應(yīng)用前景。它采用半導(dǎo)體

2、制造工藝制作波導(dǎo)芯片，將常規(guī)分立光學(xué)元件的各種功能集成到同一光學(xué)襯底表面，完成常規(guī)由多個(gè)分立光學(xué)元件所構(gòu)成的龐大光學(xué)系統(tǒng)的光信息處理能力，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分配、開(kāi)關(guān)、濾波等功能，具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾、性能一致性好、便于自動(dòng)化批量生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，是目前光電子器件發(fā)展的前沿。陣列波導(dǎo)器件的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)形式十分豐富，隨著光纖通信對(duì)器件質(zhì)量要求的迅速提高，目前普遍使用的制造技術(shù)、裝備和工藝都難以適應(yīng)，迫切需求更深層次的認(rèn)識(shí)陣列波導(dǎo)器件封裝制造過(guò)程中的機(jī)

3、理性、規(guī)律性科學(xué)問(wèn)題，以期在制造技術(shù)上取得突破。本文以下一代陣列波導(dǎo)器件封裝制造過(guò)程中的對(duì)準(zhǔn)耦合與固接為核心展開(kāi)研究，通過(guò)理論分析、試驗(yàn)測(cè)試以及有限元仿真等方法，對(duì)陣列波導(dǎo)器件對(duì)準(zhǔn)耦合、耦合界面光波傳輸與畸變規(guī)律、自動(dòng)化對(duì)準(zhǔn)工藝與算法、固接強(qiáng)度生成與微位移控制、裝備集成進(jìn)行了研究，建立了光波傳輸原理與器件結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造精度與工藝參數(shù)的融合模型并找到了其中的量值規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了陣列波導(dǎo)器件自動(dòng)化封裝裝備集成，從而提升我國(guó)陣列波導(dǎo)器件自動(dòng)化封裝

4、制造水平。論文的主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下：(1)針對(duì)陣列波導(dǎo)器件對(duì)準(zhǔn)耦合及耦合界面光波傳輸特性，以平面光波導(dǎo)分路器為例，基于波導(dǎo)光學(xué)建立波導(dǎo)芯片與光纖對(duì)準(zhǔn)耦合模型，分析討論模場(chǎng)空間分布對(duì)耦合損耗的影響規(guī)律，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證?；贔resnel反射原理，建立波導(dǎo)芯片與陣列光纖固接界面光波傳輸模型，分析討論光波在固接界面上的傳輸行為，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。(2)提出了陣列波導(dǎo)器件對(duì)準(zhǔn)耦合優(yōu)化工藝；針對(duì)爬山法因采樣點(diǎn)較多且對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，綜合考

5、慮陣列波導(dǎo)芯片和光纖的模場(chǎng)空間分布、對(duì)準(zhǔn)耦合平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性以及對(duì)準(zhǔn)誤差與耦合損耗的關(guān)系，提出基于多項(xiàng)式擬合的陣列波導(dǎo)器件自動(dòng)精密對(duì)準(zhǔn)耦合算法，對(duì)準(zhǔn)速度、精度以及可靠性均大大提高；針對(duì)多通道對(duì)準(zhǔn)，提出基于虛擬旋轉(zhuǎn)軸法與多項(xiàng)式擬合的復(fù)合對(duì)準(zhǔn)算法，對(duì)準(zhǔn)速度快、精度高；最后分析討論光功率通道均衡原理和方法，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。(3)針對(duì)陣列波導(dǎo)器件固接微位移生成與控制技術(shù)，基于表面物理化學(xué)理論，分析討論固化膠液在陣列波導(dǎo)器件耦合界面的潤(rùn)濕規(guī)律；基于