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幾種不同材料的平面光波導(dǎo)
訊石光通訊網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2009/3/24 15:46:22 編者:iccsz
摘要：光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束縛在光波長(zhǎng)量級(jí)尺寸的介質(zhì)中，長(zhǎng)距離無(wú)輻射的傳輸。平面波導(dǎo)型光器件，又稱(chēng)為光子集成器件。
光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束縛在光波長(zhǎng)量級(jí)尺寸的介質(zhì)中，長(zhǎng)距離無(wú)輻射的傳輸。平面波導(dǎo)型光器件，又稱(chēng)為光子集成器件。其技術(shù)核心是采用集成光學(xué)工藝根據(jù)功能要求制成各種平面光波導(dǎo)，有的還要在一定的位置上沉積電極，然后光波導(dǎo)再與光纖或光纖陣列耦合，是多類(lèi)光器件的研究熱點(diǎn)。
按材料可分為四種基本類(lèi)型：鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)、硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)、InGaAsP/InP光波導(dǎo)和聚合物（Polymer）光波導(dǎo)。
LiNbO3晶體是一種比較成熟的材料，它有極好的壓電、電光和波導(dǎo)性質(zhì)。除了不能做光源和探測(cè)器外，適合制作光的各種控制、耦合和傳輸元件。鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)開(kāi)發(fā)較早，其主要工藝過(guò)程是：首先在鈮酸鋰基體上用蒸發(fā)沉積或?yàn)R射沉積的方法鍍上鈦膜，然后進(jìn)行光刻，形成所需要的光波導(dǎo)圖形，再進(jìn)行擴(kuò)散，可以采用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、質(zhì)子交換和離子注入等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。并沉積上二氧化硅保護(hù)層，制成平面光波導(dǎo)。該波導(dǎo)的損耗一般為0.2-0.5dB/cm。調(diào)制器和開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓一般為10V左右；一般的調(diào)制器帶寬為幾個(gè)GHz，采用行波電極的LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器，帶寬已達(dá)50GHz以上。
硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，主要有氮氧化硅和摻鍺的硅材料，國(guó)外已比較成熟。其制造工藝有：火焰水解法（FHD）、化學(xué)氣相淀積法（CVD，日本NEC公司開(kāi)發(fā)）、等離子增強(qiáng)CVD法（美國(guó)Lucent公司開(kāi)發(fā)）、反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)RIE多孔硅氧化法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。該波導(dǎo)的損耗很小，約為0.02dB/cm。
基于磷化銦（InP）的InGaAsP/InP光波導(dǎo)的研究也比較成熟，它可與InP基的有源與無(wú)源光器件及InP基微電子回路集成在同一基片上，但其與光纖的耦合損耗較大。
聚合物光波導(dǎo)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。該波導(dǎo)的熱光系數(shù)和電光系數(shù)都比較大，很適合于研制高速光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)、AWG等。采用極化聚合物作為工作物質(zhì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是材料配置方便、成本很低。同時(shí)由于有機(jī)聚合物具有與半導(dǎo)體相容的制備工藝而使得樣品的制備非常簡(jiǎn)單。聚合物通過(guò)外場(chǎng)極化的方法可以獲得高于鈮酸鋰等無(wú)機(jī)晶體的電光系數(shù)。德國(guó)HHI公司利用這種波導(dǎo)研制成功的AWG在25-65℃的波長(zhǎng)漂移僅為±0.05nm。幾乎任何材料都可以作為聚合物的襯底。成本低廉，發(fā)展前景看好。
此外，為了得到更好的光波導(dǎo)性能，許多研究機(jī)構(gòu)正在探索在新型材料上的波導(dǎo)制造方法。目前，有機(jī)無(wú)機(jī)混合納米材料的平面光波導(dǎo)已研制成功，兼具有機(jī)與無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，如性能穩(wěn)定可*、加工容易、能依需求調(diào)控光學(xué)性能等。由于新材料具有感光特性，在制造工藝上以顯影方式直接做出的導(dǎo)光線(xiàn)路，將能進(jìn)一步應(yīng)用以低成本的簡(jiǎn)單工藝，更可大幅減少器件制造商的設(shè)備投入成本。
按材料可分為四種基本類(lèi)型：鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)、硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)、InGaAsP/InP光波導(dǎo)和聚合物（Polymer）光波導(dǎo)。
LiNbO3晶體是一種比較成熟的材料，它有極好的壓電、電光和波導(dǎo)性質(zhì)。除了不能做光源和探測(cè)器外，適合制作光的各種控制、耦合和傳輸元件。鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)開(kāi)發(fā)較早，其主要工藝過(guò)程是：首先在鈮酸鋰基體上用蒸發(fā)沉積或?yàn)R射沉積的方法鍍上鈦膜，然后進(jìn)行光刻，形成所需要的光波導(dǎo)圖形，再進(jìn)行擴(kuò)散，可以采用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、質(zhì)子交換和離子注入等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。并沉積上二氧化硅保護(hù)層，制成平面光波導(dǎo)。該波導(dǎo)的損耗一般為0.2-0.5dB/cm。調(diào)制器和開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓一般為10V左右；一般的調(diào)制器帶寬為幾個(gè)GHz，采用行波電極的LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器，帶寬已達(dá)50GHz以上。
硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，主要有氮氧化硅和摻鍺的硅材料，國(guó)外已比較成熟。其制造工藝有：火焰水解法（FHD）、化學(xué)氣相淀積法（CVD，日本NEC公司開(kāi)發(fā)）、等離子增強(qiáng)CVD法（美國(guó)Lucent公司開(kāi)發(fā)）、反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)RIE多孔硅氧化法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。該波導(dǎo)的損耗很小，約為0.02dB/cm。
基于磷化銦（InP）的InGaAsP/InP光波導(dǎo)的研究也比較成熟，它可與InP基的有源與無(wú)源光器件及InP基微電子回路集成在同一基片上，但其與光纖的耦合損耗較大。
聚合物光波導(dǎo)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。該波導(dǎo)的熱光系數(shù)和電光系數(shù)都比較大，很適合于研制高速光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)、AWG等。采用極化聚合物作為工作物質(zhì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是材料配置方便、成本很低。同時(shí)由于有機(jī)聚合物具有與半導(dǎo)體相容的制備工藝而使得樣品的制備非常簡(jiǎn)單。聚合物通過(guò)外場(chǎng)極化的方法可以獲得高于鈮酸鋰等無(wú)機(jī)晶體的電光系數(shù)。德國(guó)HHI公司利用這種波導(dǎo)研制成功的AWG在25-65℃的波長(zhǎng)漂移僅為±0.05nm。幾乎任何材料都可以作為聚合物的襯底。成本低廉，發(fā)展前景看好。
此外，為了得到更好的光波導(dǎo)性能，許多研究機(jī)構(gòu)正在探索在新型材料上的波導(dǎo)制造方法。目前，有機(jī)無(wú)機(jī)混合納米材料的平面光波導(dǎo)已研制成功，兼具有機(jī)與無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，如性能穩(wěn)定可*、加工容易、能依需求調(diào)控光學(xué)性能等。由于新材料具有感光特性，在制造工藝上以顯影方式直接做出的導(dǎo)光線(xiàn)路，將能進(jìn)一步應(yīng)用以低成本的簡(jiǎn)單工藝，更可大幅減少器件制造商的設(shè)備投入成本。
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