SU-8強限制光波導及其器件研究.pdf

1、隨著光纖通信技術和光傳感技術的快速發(fā)展，集成光子器件特別是集成光濾波器由于其低成本、高集成度等特點引起了廣泛的關注。在LiNbO3、SiO2、Si、InP和聚合物等各類集成光學材料中，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。對于任何材料的集成光子器件，減小器件尺寸、提高集成度是一個長期的發(fā)展方向。強限制光波導是實現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，對脊形光波導和懸掛式光波導兩種強限制光波

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

3、調試，成功制作了SU-8脊形光波導。實驗得到具有不同波導寬度的SU-8脊形光波導的傳輸損耗為0.24～0.15 dB/mm。并且，驗證了這種波導可承受75μm的彎曲半徑，因此SU-8脊形光波導具有提高器件集成度的巨大潛力。
　　 基于SU-8脊形光波導，本文研究了陣列波導光柵(AWG)和微環(huán)諧振器(MRR)兩種典型的集成光濾波器。首先對基于SU-8脊形光波導的小型化陣列波導光柵進行了設計制作。由于所用波導的強限制特性，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尺寸，成功消除了AWG的偏振相關性，使TE和TM模式的信道中心波長重合。熱光調諧研究表明，所研制的AWG濾波器具有調諧效率高、大范圍可調等優(yōu)勢。另外我們還研究了基于SU-8脊形光波導的微環(huán)諧振器。采用耦合區(qū)波導的寬度進行局部減小的設計，研制出了小型化MRR，并對其光譜特性進行了表征。
　　 為了進一步增加光場限制，減小波導的彎