聚合物波導(dǎo)延時(shí)線的研究與制備.pdf

1、傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)受孔徑效應(yīng)和孔徑渡越時(shí)間的限制，難以在大的掃描角下實(shí)現(xiàn)較大的瞬時(shí)帶寬，將光波導(dǎo)延時(shí)線應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)，便可以較好地解決這一問題。另外光波導(dǎo)延時(shí)線在提高雷達(dá)的分辨率、識(shí)別能力、解決多目標(biāo)成像、對抗反輻射導(dǎo)彈、精簡結(jié)構(gòu)和縮小體積等方面均具有巨大優(yōu)勢。有機(jī)聚合物材料具有成膜特性好、介電常數(shù)低、熱光系數(shù)大、損耗小、制備工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，用于制備光波導(dǎo)延時(shí)線具有較大的優(yōu)勢。本論文主要在聚合物波導(dǎo)延時(shí)線的理論、設(shè)計(jì)、制備工藝以

2、及測試等方面展開研究工作。
　　本論文首先借助光束傳播法(BPM)和有效折射率法對基于聚合物材料的彎曲波導(dǎo)延時(shí)線進(jìn)行了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，滿足單模傳輸條件的光波導(dǎo)優(yōu)化尺寸是寬度和高度均為4μm。為減小彎曲波導(dǎo)的曲率半徑，需要我們增大包層和芯層之間的折射率差，故而選取折射率差為0.02的ZPU13-44和ZPU13-46來分別作上、下包層和芯層。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)彎曲波導(dǎo)的曲率半徑大于3500μm時(shí)，彎曲損耗可以忽略不計(jì)。為提

3、高器件的集成度，需要盡可能地降低彎曲波導(dǎo)的曲率半徑，為此我們通過引入了位錯(cuò)（Offset）結(jié)構(gòu)來減少波導(dǎo)彎曲時(shí)由于其基模模場中心偏移引起的耦合損耗，另外我們還研究了通過增加空氣槽(Trench)結(jié)構(gòu)來降低光波經(jīng)彎曲波導(dǎo)傳輸時(shí)產(chǎn)生的輻射損耗。彎曲波導(dǎo)的曲率半徑R=500μm時(shí)，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，引入的Offset結(jié)構(gòu)最大能使損耗降低約20％;引入的Trench結(jié)構(gòu)能更大幅度地降低彎曲損耗，最大能使損耗降低約60％。為在工藝上進(jìn)一步減小

4、光波導(dǎo)的傳輸損耗，本論文對反應(yīng)離子刻蝕工藝進(jìn)行了較深入的研究，通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，尋找到刻蝕ZPU系列聚合物材料的最優(yōu)刻蝕條件:刻蝕功率為100w，反應(yīng)腔室壓強(qiáng)為3pa，刻蝕氣體為O2和CHF3的混合氣體，其流量分別為30sccm和20sccm，對應(yīng)的刻蝕速率為0.105μm/min。實(shí)驗(yàn)中還嘗試了預(yù)甩上包層的方法，降低刻蝕過程金屬掩膜對波導(dǎo)上表面的影響，得到了形貌更佳、損耗更低的光波導(dǎo)。
　　本文利用上述工藝條件制備出了有無空氣槽

5、(Trench)結(jié)構(gòu)和有無位錯(cuò)（Offset）結(jié)構(gòu)的彎曲波導(dǎo)延時(shí)線，發(fā)現(xiàn)同時(shí)引入Trench和Offset結(jié)構(gòu)后，彎曲波導(dǎo)在彎曲半徑R=2000μm時(shí)，彎曲損耗便可以忽略不計(jì)，這樣有利于提高器件的集成度，最終成功制備得到了低損耗的聚合物彎曲波導(dǎo)延時(shí)線。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)出了波導(dǎo)長度更長的螺旋型波導(dǎo)延時(shí)線，其中單螺旋結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)長度達(dá)17.08cm，雙螺旋結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)長度達(dá)30.76cm，其對應(yīng)的直波導(dǎo)長度均為3.4cm。前者的直波導(dǎo)插