光通信行業(yè)的蓬勃發(fā)展,是與不斷更新?lián)Q代光集成器件的研究與開發(fā)密不可分的,光波導(dǎo)是光集成器件的核心部分,由它衍生出來的光器件種類繁多。目前在國內(nèi)常用的光波導(dǎo)的材料為聚合物、鈮酸鋰晶體和半導(dǎo)體等。鈮酸鋰電光調(diào)制器件作為目前應(yīng)用中性能最穩(wěn)定最快的電光器件受到材料自身性質(zhì)的限制,在調(diào)制速率方面很難有提升的空間,所以,在人們研究具有更高電光特性的材料中發(fā)現(xiàn),鈦酸鋇(BaTiO_3)晶體材料具有電光系數(shù)高,穩(wěn)定性好及易加工形成波導(dǎo)的特點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)使得該材料在高速電光調(diào)制器件的領(lǐng)域中具有重要的研究價值。本論文課題針對BaTiO_3晶體薄膜波導(dǎo)的性質(zhì)和波導(dǎo)成模理論研究脊形波導(dǎo)的單模條件,并設(shè)計出兩種基于BaTiO_3晶體薄膜的脊形波導(dǎo),即(1)在BaTiO_3薄膜上沉積并刻蝕Si_3N_4脊形波導(dǎo);(2)直接刻蝕BaTiO_3薄膜形成全BaTiO_3脊形波導(dǎo)。利用軟件完成了兩種波導(dǎo)光傳輸損耗的模擬,進(jìn)而根據(jù)模擬結(jié)果對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,最后加工出了試驗樣品。對兩種波導(dǎo)的光傳輸損耗的模擬顯示了全BaTiO_3脊形波導(dǎo)較BaTiO_3/Si_3N_4的優(yōu)越性。波導(dǎo)加工經(jīng)過脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)生長BaTiO_3薄膜、化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積Si_3N_4薄膜、電感耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)。模擬結(jié)果:在0.5μm厚的BaTiO_3薄膜上形成脊高從0.1到0.5μm,脊寬從2.0到5.0μm,BaTiO_3/Si_3N_4脊形和全BaTiO_3脊形直波導(dǎo)都可實現(xiàn)TE單模,傳輸損耗率都在0.05dB/mm左右。然而,對于彎曲波導(dǎo),BaTiO_3/Si_3N_4脊形波導(dǎo)在R=10mm時,最低光傳輸損耗率約為0.3dB/mm,是對應(yīng)直波導(dǎo)的5倍,全BaTiO_3脊形波導(dǎo)在R=2mm時的光傳輸損耗率為0.2dB/mm,是對應(yīng)直波導(dǎo)的4倍。利用8mm長的波導(dǎo)樣品得到的實驗結(jié)果表明,全BaTiO_3脊形波導(dǎo)比BaTiO_3/Si_3N_4脊形波導(dǎo)的光損耗小3dB,在R=5mm時前者的光損耗比直波導(dǎo)平均高3dB,而后者的光損耗卻是直波導(dǎo)的2倍,從而驗證了:全BaTiO_3脊形波導(dǎo)在彎曲光損耗方面比BaTiO_3/Si_3N_4波導(dǎo)的具有明顯的優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN252;TB383.2
【部分圖文】：

發(fā)表了關(guān)于 BTO 晶體薄膜生長的 100GH[12]。業(yè)大學(xué)的丁帥碩士在王建副教授的指導(dǎo)下完成基礎(chǔ)研究為題目的畢業(yè)論文，該論文對 BTO 設(shè)計進(jìn)行了研究[13]。國國家光電子學(xué)技術(shù)研究所的 A. Petraru 研究團(tuán)體薄膜波導(dǎo)的高速電光調(diào)制器的基礎(chǔ)性研究成果4]-[16]。

圖 1.1 A. Petraru BaTiO3晶體薄膜波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)示意圖2004 年，美國西北大學(xué) B. W. Wessels 和 S. T. Ho 教授的聯(lián)合和 D. G. Sun 為主要負(fù)責(zé)人，生長準(zhǔn)單晶結(jié)構(gòu)的具備高電光系原理上研究基于 BaTiO3 晶體薄膜波導(dǎo)的高帶寬低電壓電光擬與優(yōu)化設(shè)計，給出了超過 40GHz 帶寬 BaTiO3晶體薄膜電2010 年，該實驗組把光子晶體引入 BaTiO3晶體薄膜改進(jìn)電 年發(fā)表的論文報道了調(diào)制帶寬已經(jīng)突破 50GHz，他們在實驗上導(dǎo)調(diào)制器在低半波電壓驅(qū)動下可應(yīng)用在中紅外與近紅外波段

IBM 在瑞士蘇黎世的研究中心以 Stefan Abel 博士的課題組，在期Communications 上發(fā)表了在硅基底(SOI 平臺)上生成 BTO 晶體薄膜波導(dǎo)實現(xiàn)電光特性的測試，并對調(diào)制電壓對光偏振態(tài)的影響[21]。2014 年，美國耶魯大學(xué) Wolfram Pemice 和 Hong Tang 等人在期刊 IEEETechnology 發(fā)表了在 SOI 平臺上生長 BTO 晶體薄膜，利用非晶態(tài)硅，形成進(jìn)而設(shè)計并加工電極，實現(xiàn)了電光調(diào)制器[22]。2015 年，西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)，納米光子學(xué)中心，Pau Castera 教授發(fā)表了關(guān)于SOI基底上生長BaTiO3晶體薄膜設(shè)計槽式波導(dǎo)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方法與效率的研究成果[23]。
【參考文獻(xiàn)】

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1 樊慧慶;王燕;賀立龍;;鈦酸鋇基介電調(diào)諧材料制備與性能研究進(jìn)展[J];電子元件與材料;2014年09期

2 汪文君;孫建潔;朱賽寧;張世權(quán);;PECVD法氮化硅薄膜制備工藝的研究[J];電子與封裝;2013年11期

3 曾維友;毛書哲;陳偉;;聚合物脊型光波導(dǎo)的有限元分析[J];湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2012年03期

4 王瑋;蔡勇;張寶順;黃偉;李海鷗;;ICP刻蝕GaN側(cè)壁傾角以及刻蝕速率的控制[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2012年03期

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6 于映;張彤;;PECVD法生長氮化硅薄膜及其微結(jié)構(gòu)梁特性的研究[J];功能材料與器件學(xué)報;2012年01期

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10 王婷霞;楊春;黃平;趙國平;李言榮;;鈦酸鋇薄膜生長初期粒子形態(tài)及其反應(yīng)機(jī)理的模擬研究[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報;2009年08期

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1 丁帥;BTO薄膜的制備及其調(diào)制器應(yīng)用的基礎(chǔ)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 劉軍;SOI脊形光波導(dǎo)損耗研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

本文編號：2890505