聚合物材料SU8和二氧化硅混合集成熱光開關的研究.pdf

1、隨著光纖通信技術的快速發(fā)展，集成光電子器件特別是光開關由于制作簡單、成品率高、成本低、易于集成等優(yōu)點得到了廣泛的應用。本論文首先介紹了集成光電子器件的發(fā)展、光開關的應用以及已有的熱光開關器件的種類。與鈮酸鋰和Ⅲ-Ⅴ族半導體材料相比，二氧化硅材料和聚合物材料在材料成本和制作成本上更具優(yōu)勢。本論文的創(chuàng)新點在于有效地結(jié)合了SU8高熱光系數(shù)和二氧化硅低傳輸損耗、低耦合損耗的優(yōu)勢，使得器件的功率損耗低、尺寸較小。相較于其他以聚合物材料作為芯層、二

2、氧化硅作為下包層來實現(xiàn)電光、熱光開關功能的器件，本論文提出的混合集成熱光是將SU8波導作為MZI的雙臂，二氧化硅波導作為3dB的功分器和合波器。SU8熱光系數(shù)較高，當溫度相同時SU8產(chǎn)生的有效折射率差較大，根據(jù)馬赫曾德干涉儀基本原理可知，Δneff較大時實現(xiàn)相同開關功能所需的傳輸臂長度較小，減小了器件的尺寸。
　　首先，本文簡單介紹了平面光波導的基本理論和數(shù)值計算方法。文中分析了解平板波導的解析方法和求解條形波導的近似方法，以及單

3、模條件、彎曲損耗和模式耦合理論。為了解決復雜波導和器件的精確求解問題，須要采用數(shù)值計算方法，結(jié)合本文所要采用的波導結(jié)構，對器件仿真設計所用到的光束傳播方法做了詳細的理論分析介紹。
　　其次，本文對混合集成熱光開關的結(jié)構做了仿真分析和優(yōu)化設計。文中給出了基于馬赫曾德干涉儀型的混合集成熱光開關SU8波導和二氧化硅波導的端面耦合方案，并利用模場疊加積分優(yōu)化了方案中的波導結(jié)構。利用基于光束傳播方法的Rsoft軟件驗證了優(yōu)化過后的波導結(jié)構，

4、兩波導之間的耦合效率約為0.81。同時，用Rsoft軟件確定了3dB功分器（合波器）采用多模干涉的結(jié)構以及其具體的結(jié)構參數(shù)。
　　最后，根據(jù)仿真設計得到的波導結(jié)構，本文進行了混合集成熱光開關的制作。采用了在二氧化硅波導圖形上套刻窗口，旋涂套刻SU8波導的工藝制作方法。同時，采用兩次勻膠的方法實現(xiàn)了在6μm二氧化硅臺階上旋涂光刻膠，成功制備了SU8-二氧化硅混合波導。測試結(jié)果顯示，溫度變化不到20℃即可實現(xiàn)開關功能，消光比可達到23