基于DMD系統(tǒng)的多模干涉耦合器件的設計及制作.pdf

1、基于自鏡像效應(SIE)的多模干涉(MMI)耦合器以其損耗低、結構緊湊、制作容差大、對偏振不敏感及帶寬寬等優(yōu)點被越來越多地應用于集成光學器件中。目前，制作MMI耦合器的材料主要有三種：玻璃基波導材料、聚合物材料和絕緣層上硅(SOI)材料。但基于離子交換的玻璃基波導的制作工藝與超大規(guī)模集成(VLSI)電路制作工藝不兼容，不適于現代光電集成的發(fā)展趨勢；聚合物型波導的最大缺點是溫度穩(wěn)定性差，且采用聚合物材料和SOI材料制作MMI耦合器過程中，

2、都需要制作專門的掩模板，為加工帶來難度和誤差。鑒于此，本文提出了利用數字微鏡系統(tǒng)(DMD)來制作MMI耦合器的方案，這是一種無掩模的方法，即無需為MMI耦合器制作專門的掩模板，從而減少了掩模對準誤差，降低了制作成本，提高了制作效率，為今后制作復雜的平面光波導器件提供了一種切實可行的方法，在理論和實踐上都有一定的創(chuàng)新意義。該方法尚未見文獻報道。 本論文根據MMI耦合器的基本原理和導模傳輸分析法討論了基于干涉原理的三種不同類型的MM

3、I耦合器：一般性干涉耦合器、成對干涉耦合器、對稱干涉耦合器，并分別得到了其出現單像和多像的縱向位置和橫向位置；以及影響MMI耦合器性能的兩個因素：模式傳播常數誤差對成像質量的影響和模式階數對輸出脈寬及均勻性的影響。 利用DMD芯片的空間光調制(SLM)功能，本文設計了一種基于DMD芯片的無掩模光刻系統(tǒng)。根據這套系統(tǒng)，采用無掩模光刻法和全息干板法兩種工藝完成了對MMI耦合器的制作。對于無掩模光刻法：首先用OptiBPM軟件設計出M

4、MI耦合器的灰階掩模圖形，然后將其灰階掩模圖形輸入到DMD芯片中，DMD芯片根據其空間光調制特性，對照射到其上的激光進行調制，最后在涂有光刻膠的玻璃基板上曝光出MMI耦合器的掩模轉印圖形，通過刻蝕即可生成MMI耦合器；對于全息干板法：利用全息干板的折射率調制能力，通過DMD芯片的空間調制控制曝光量，使未曝光與曝光部分產生折射率差，從而形成芯層與覆蓋層，這種方法無需進行進一步的刻蝕，即可制作出MMI耦合器；采用無掩模光刻法轉印在光刻膠上的

5、MMI圖像還需進行進一步的刻蝕，才能形成MMI耦合器，而采用全息干板法制作MMI耦合器，無需進一步刻蝕，即可在全息干板上形成MMI耦合器。對比兩種實驗效果，發(fā)現無掩模光刻法的實驗圖形效果好，邊緣銳利，全息干板法的實驗圖形邊緣不夠銳利，從而會導致器件的損耗比較大，但是其能一次曝光就形成所需的器件，無需進一步的刻蝕，能夠低成本，快速制作微光學元器件。利用這套DMD系統(tǒng)，分別在涂有光刻膠的玻璃基板和銀鹽全息干板上制作出了1×2型、1×4型MM