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

【文章來源】：中國激光. 2020,47(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

熱光模式開關(guān)結(jié)構(gòu)和耦合區(qū)的截面示意圖。(a)結(jié)構(gòu)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(nèi)部的模場傳播進行仿真,結(jié)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(dāng)LP01模式的光從單模波導(dǎo)中輸入時,由于雙模波導(dǎo)中的LP11a模式有效折射率與單模波導(dǎo)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(dǎo)中輸出,如圖3(a)所示。當(dāng)雙模波導(dǎo)上的電極加熱器開始工作后,雙模波導(dǎo)中的LP11a模式有效折射率下降,當(dāng)其與單模波導(dǎo)中的LP01模式有效折射率匹配時,單模波導(dǎo)中LP01模式的輸入光全部從雙模波導(dǎo)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(xiàn)圖案的轉(zhuǎn)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(dǎo)芯層結(jié)構(gòu)。通過感應(yīng)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(dǎo)的橫截面,觀察結(jié)果如圖4(a)所示,這與本文設(shè)計的波導(dǎo)尺寸非常吻合。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低功耗聚合物MZI結(jié)構(gòu)熱光開關(guān)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