設計并制備了一種基于非對稱定向耦合結構的聚合物波導熱光模式開關。該器件由一個單模波導和一個雙模波導組成。在雙模波導上制作金屬加熱器,通過向加熱器提供驅動電壓,可以實現單模波導中的LP₀₁模與雙模波導中的LP_11a模的轉換。選用硅作為襯底,聚合物EpoClad和SU-8分別作為波導的包層與芯層材料,采用傳統(tǒng)的半導體微加工工藝制備了熱光模式開關器件。當工作波長為1550 nm時,熱光模式開關的消光比可以達到14.6 dB,驅動功率為29.6 mW,模式開關的上升時間和下降時間分別為660μs和480μs。該器件在可重構模分復用系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(07)北大核心

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

熱光模式開關結構和耦合區(qū)的截面示意圖。(a)結構示意圖;(b)耦合區(qū)的截面示意圖

通過有限差分光束傳播法對器件內部的模場傳播進行仿真,結果如圖3所示,并以此確定了定向耦合區(qū)的長度與耦合區(qū)間距分別為4900 μm和6.3 μm。當LP01模式的光從單模波導中輸入時,由于雙模波導中的LP11a模式有效折射率與單模波導中的LP01模式有效折射率不匹配,因此光路不發(fā)生改變,仍從單模波導中輸出,如圖3(a)所示。當雙模波導上的電極加熱器開始工作后,雙模波導中的LP11a模式有效折射率下降,當其與單模波導中的LP01模式有效折射率匹配時,單模波導中LP01模式的輸入光全部從雙模波導中以LP11a模式輸出,如圖3(b)所示。3 器件制備及測試

1) 以硅作為器件的襯底,在襯底上旋涂一層EpoClad材料,然后采用前烘(65 ℃@5 min,90 ℃@10 min)、紫外曝光40 s及堅膜(140 ℃@30 min)等工藝進行固化處理,處理完畢后,將沉積有EpoClad材料的硅襯底作為器件的下包層。2) 在沉積有EpoClad材料的硅襯底上旋涂一層SU-8,進行前烘(65 ℃@10 min,90 ℃@20 min)處理,然后在紫外曝光時通過特定圖樣的掩模板實現圖案的轉移,再采用后烘(65 ℃@10 min,90 ℃@20 min)對樣品進行顯影處理,然后進行堅膜固化(140 ℃@30 min)處理,最后形成波導芯層結構。通過感應耦合等離子體(ICP)刻蝕的方法將芯層的高度刻蝕至6.5 μm,使用顯微鏡觀察波導的橫截面,觀察結果如圖4(a)所示,這與本文設計的波導尺寸非常吻合。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低功耗聚合物MZI結構熱光開關研究[J]. 孫靜雯,孫健,王艷雙,曲祿成,王希斌,王菲,張大明.  中國激光. 2015(07)



本文編號：2970477