玻璃基離子交換工藝及波導器件的研究.pdf

1、玻璃基離子交換技術是制作平面光波回路(Planar Lightwave Circuit，PLC)型器件的重要技術之一，它可以廣泛應用于制作PLC型光分路器、光放大器以及波分復用器(Wavelength Division Multiplexer，WDM)等光網絡核心器件。在光纖到戶(Fiber To The Home，F(xiàn)TTH)全球擴展的時代，玻璃基離子交換技術具有重要的研究意義和應用價值。
　　 論文結合了玻璃離子交換技術的理論

2、和工藝，在技術向產業(yè)化的轉化過程中，首先提出了具有工藝指導意義的電場輔助離子交換模型；接著基于該模型構建了銀鈉離子交換工藝的分析方法，改進了工藝過程；最后，基于工藝分析方法實現(xiàn)了玻璃基離子交換單模波導及光分路器的制作，器件的指標滿足同類相關產品的標準，并建立了以新模型為核心的玻璃基離子交換型光器件的工藝分析體系。
　　 1.電場輔助離子交換模型
　　 論文通過對經典的離子交換模型的分析，研究了經典的電場輔助離子交換模型-

3、-恒電壓模型的近似條件。實驗發(fā)現(xiàn)，由于電場輔助離子交換模型中存在的電致熱效應(電場引起的焦耳熱效應)，恒電壓模型存在誤差。論文在模型分析中提取了電荷密度通量作為特征參量，建立了熱無關的電場輔助離子交換模型，通過實驗比較了經典模型與新模型的工藝容差，驗證了新模型對工藝的良好表征；并通過后續(xù)實驗進一步拓展了新模型對任意過程的電場輔助離子交換的廣泛適用性.該模型對實際工藝的過程控制以及參數(shù)調整具有重要的指導意義。
　　 2.銀鈉離子交

4、換工藝的分析方法及改進
　　 玻璃基離子交換技術中最實用的技術之一是銀鈉離子交換技術，它包含熱離子交換和電場輔助離子交換，其中，電場輔助離子交換的過程控制是玻璃基離子交換技術的關鍵。基于電荷密度通量模型，論文總結并提出了電場輔助離子交換的工藝分析方法，有效地控制了交換過程，為波導及器件制作提供了指導方案，為改善制作工藝的穩(wěn)定性和一致性奠定了基礎。同時熱離子交換和電場輔助離子交換在光器件制作工藝上分別具有各自的瓶頸，諸如“銀線”、

5、熱不均勻性以及熔鹽渾濁等問題。針對這些問題，論文進行了深入的分析，有針對性地提出了解決方案，并通過實驗對各種方案做出了恰當?shù)脑u價。
　　 3.基于新工藝分析方法的波導及光分路器的制作
　　 根據離子交換的特殊需要，論文針對性地設計并熔制了適合于離子交換的玻璃材料?；谛碌牟ＡР牧?，論文采用工藝分析方法選擇了合適的工藝參數(shù)，制備得到了傳輸損耗0.1dB/cm，與單模光纖耦合損耗在0.2至0.3dB的單模波導，大大降低了波導

6、的附加損耗，為高性能光器件的設計制作提供了參考依據。同時，論文采用彎曲優(yōu)化的傾斜Y分支型的光分路器的設計，結合波導制作的工藝分析體系，以及批量的重復性實驗以及標準的產品化測試，得到插入損耗典型值為10.3dB，均勻性典型值為0.67dB，老化前后的插入損耗變化在0.1dB以內的1×8光分路器，器件各項指標均符合Bellcore GR-1209標準?；谝陨瞎ぷ鳎撐目偨Y了可向產業(yè)化轉變的玻璃基離子交換型光器件的制作工藝體系，為研發(fā)光分路

7、器芯片以及同類新型光器件產品提供了重要的參考依據。
　　 通過以上內容的研究，論文以電致熱效應為起點，提出了電荷密度通量模型，使電場輔助離子交換的工藝過程具有穩(wěn)定性和多樣性，大大增加了波導器件制作的可控性和靈活性。同時，論文基于新模型的指導，改進了電場輔助離子交換工藝；為工藝制作瓶頸提出了有效的解決方案，增加了工藝容差。最后，論文基于模型的指導和工藝的總結，制備得到了低損耗的單模波導，實現(xiàn)了高性能光分路器的批量制作，為玻璃基光器