玻璃基雙層掩埋式光波導(dǎo)的制備與表征.pdf

1、采用離子交換技術(shù)制備的玻璃光波導(dǎo)器件具有制作成本低廉,傳輸損耗低,易于摻雜高濃度的稀土離子,與光纖匹配度高,環(huán)境穩(wěn)定性好,以及容易在系統(tǒng)中集成等優(yōu)點(diǎn),適合于大批量、低成本集成光學(xué)器件的制作。傳統(tǒng)的Ag+／Na+離子交換技術(shù)得到了人們廣泛的研究,成功應(yīng)用于多種器件的研制與開(kāi)發(fā),如波分復(fù)用器、光功率分束器、光放大器、激光器及光傳感器等,并廣泛應(yīng)用與光通信與光傳感領(lǐng)域。
　　 隨著技術(shù)的發(fā)展,對(duì)器件的集成度要求越來(lái)越高。為了在同一塊芯

2、片上集成更多的器件或更多的功能,一般有兩種不同的途徑:一是增大折射率差減小波導(dǎo)尺寸,另一個(gè)就是本文所說(shuō)的基于多層器件的實(shí)現(xiàn)。由于離子交換的特性,該技術(shù)能很好的適用于三維集成。然而要集成不同光學(xué)器件層,需要阻止層與層之間的光耦合,可以通過(guò)上下兩層波導(dǎo)充分分隔實(shí)現(xiàn)。
　　 本文通過(guò)分析經(jīng)典的離子交換模型,建立了離子交換三維集成的簡(jiǎn)易模型。通過(guò)對(duì)離子交換三維集成的模擬仿真,驗(yàn)證了多層掩埋式波導(dǎo)的可行性,并分析了波導(dǎo)之間的相互影響。然后

3、采用Ag+／Na+熱離子交換和電場(chǎng)輔助離子擴(kuò)散技術(shù)在光學(xué)玻璃基片上順次制作了兩層掩埋式光波導(dǎo),形成雙層波導(dǎo)。對(duì)雙層光波導(dǎo)的橫截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察,并測(cè)試了各層波導(dǎo)的損耗特性。對(duì)橫截面各波導(dǎo)尺寸的測(cè)量結(jié)果表明,所獲得的雙層光波導(dǎo)中上、下兩層波導(dǎo)的中心到玻璃表面的距離分別為14μm和35μm；上層光波導(dǎo)芯部尺寸約為12μm×7μm；下層光波導(dǎo)芯部尺寸約為9μm×8μm.通光測(cè)試顯示兩層波導(dǎo)在1.55μm工作波長(zhǎng)下均為單模光波導(dǎo),且兩者之間沒(méi)有

4、相互耦合。損耗測(cè)試分析結(jié)果指出:堆棧中兩層光波導(dǎo)的傳輸損耗約均為0.12dB／cm,與單模光纖之間的耦合損耗分別為0.78和0.73dB。本文所設(shè)計(jì)的兩種結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果表明,下層波導(dǎo)形成過(guò)程中Ag+離子在其漂移路徑上的痕量殘余,導(dǎo)致上層波導(dǎo)在電場(chǎng)作用下的漂移速度降低,并降低波導(dǎo)對(duì)光的波導(dǎo)效應(yīng),這可能會(huì)成為限制光波導(dǎo)層數(shù)的一個(gè)重要因素。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種雙層掩埋式光波導(dǎo)在玻璃基集成光學(xué)芯片的高密度集成方面具有很好的應(yīng)用前景。