SU-8強限制光波導及其器件研究.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(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(shù)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(shù)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(shù)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(diào)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(shè)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(guān)性，使TE和TM模式的信道中心波長重合。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。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(shè)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