本文關(guān)鍵詞：氮氧化硅與聚合物混合集成可變光衰減器，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：可變光衰減器(Variable Optical Attenuator,VOA)可以根據(jù)用戶的要求預(yù)期地降低光信號(hào)的能量,因此在光器件的性能檢測(cè)及光通信系統(tǒng),尤其是密集波分復(fù)用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)光通信系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要作用。在光通信系統(tǒng)中,VOA不僅能精確地控制光信號(hào)的功率,為全部通信波長(zhǎng)提供穩(wěn)定的衰減量,實(shí)現(xiàn)信道的功率均衡,而且能檢測(cè)傳輸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍,補(bǔ)償光傳輸過(guò)程中的功率波動(dòng)。根據(jù)其制作技術(shù)VOA分為傳統(tǒng)機(jī)械型、液晶型、微電機(jī)型和平面光波導(dǎo)型等。其中基于平面光波導(dǎo)技術(shù)的VOA通常利用熱光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn),并具有體積小、性能穩(wěn)定及易于集成等優(yōu)點(diǎn),是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。平面光波導(dǎo)型VOA可以利用無(wú)機(jī)材料如硅,氮氧化硅(Silicon Oxynitride,Si ON)及有機(jī)聚合物材料來(lái)制作,其中利用硅或SiON等無(wú)機(jī)材料制作的VOA具有光學(xué)性能優(yōu)異,穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),但功耗通常較大;利用有機(jī)聚合物光波導(dǎo)材料制作VOA具有功耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn),但其光學(xué)性能及穩(wěn)定性相對(duì)較差、易老化。本論文正是針對(duì)以上問(wèn)題,并考慮到SiON材料光學(xué)性能優(yōu)良且具有正的熱光系數(shù),而聚合物具有較大的負(fù)的熱光系數(shù)等特點(diǎn),提出了一種SiON/聚合物混合集成的VOA,論文的主要工作內(nèi)容及成果如下:1.平面光波導(dǎo)型VOA的參數(shù)設(shè)計(jì)及仿真模擬首先對(duì)平面光波導(dǎo)型VOA的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究,最終選定S型彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu);其次,根據(jù)選定的SiON與聚合物材料,利用有效折射率方法、馬卡梯里方法對(duì)構(gòu)成可VOA的單模矩形光波導(dǎo)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì);進(jìn)一步地,結(jié)合彎曲波導(dǎo)損耗理論對(duì)VOA的彎曲波導(dǎo)損耗進(jìn)行了分析,從而得到器件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù);接下來(lái),利用熱仿真軟件對(duì)加熱電極的功耗進(jìn)行分析從而完成電極的設(shè)計(jì);最后利用BPM對(duì)器件的整體性能進(jìn)行了模擬分析,結(jié)果表明,對(duì)于1550 nm的工作波長(zhǎng),VOA實(shí)現(xiàn)50 dB的衰減,僅需要4.0 mW的功率。2.平面光波導(dǎo)型VOA的工藝制作研究根據(jù)以上設(shè)計(jì)的參數(shù),及選定的材料的性質(zhì),對(duì)器件的工藝流程進(jìn)行了設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并外協(xié)加工制作了器件的光刻掩膜板;對(duì)器件的制作工藝如光刻、磁控濺射、感應(yīng)耦合離子刻蝕等進(jìn)行了研究,通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn),優(yōu)化了工藝參數(shù);最后根據(jù)優(yōu)化的參數(shù),成功制作了相應(yīng)的器件。3.平面光波導(dǎo)型VOA的測(cè)試及優(yōu)化首先搭建了測(cè)試平臺(tái),對(duì)器件的光學(xué)性能如單模特性,插入損耗等進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)量得到的最低插入損耗為5.4 dB;其次利用背加熱改變環(huán)境溫度的方式對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明器件可實(shí)現(xiàn)0~40 dB的衰減范圍,相應(yīng)的最大溫度變化為70.4°C;之后,進(jìn)一步通過(guò)改變VOA電極上所施加的功率對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明器件可以實(shí)現(xiàn)0~50 dB的衰減范圍,所需最大功耗為328 m W,器件實(shí)現(xiàn)27 dB的衰減需要功耗為83 mW;最后,分析討論了功耗較大的原因及降低功耗的方案。
【關(guān)鍵詞】：可變光衰減器 熱光效應(yīng) 氮氧化硅 聚合物 混合集成
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN715;TN929.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 簡(jiǎn)縮字表11-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 可變光衰減器的研究背景和研究意義12-14
• 1.2 可變光衰減器技術(shù)簡(jiǎn)介14-17
• 1.2.1 機(jī)械型可變光衰減器14-15
• 1.2.2 液晶型可變光衰減器15
• 1.2.3 MEMS型可變光衰減器15-16
• 1.2.4 平面光波導(dǎo)型可變光衰減器16-17
• 1.3 平面光波導(dǎo)型可變光衰減器的發(fā)展趨勢(shì)與研究熱點(diǎn)17-20
• 1.4 本論文的研究目標(biāo)與內(nèi)容20-22
• 第二章 氮氧化硅/聚合物混合集成可變光衰減器的設(shè)計(jì)22-47
• 2.1 基本概念22-24
• 2.1.1 主要特性參數(shù)22-23
• 2.1.2 熱光系數(shù)23-24
• 2.2 可變光衰減器的基本設(shè)計(jì)思想24-26
• 2.2.1 氮氧化硅/聚合物的性質(zhì)及應(yīng)用24-25
• 2.2.2 設(shè)計(jì)思路與基本結(jié)構(gòu)25-26
• 2.3 矩形單模光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)及彎曲波導(dǎo)損耗分析26-34
• 2.3.1 矩形光波導(dǎo)理論26-29
• 2.3.2 單模矩形光波導(dǎo)設(shè)計(jì)29-31
• 2.3.3 彎曲波導(dǎo)損耗分析31-34
• 2.4 加熱電極功耗分析及低功耗可變光衰減器設(shè)計(jì)34-44
• 2.4.1 電極材料的選取34-35
• 2.4.2 熱場(chǎng)建模與分析35-36
• 2.4.3 功耗分析36-39
• 2.4.4 低功耗可變光衰減器設(shè)計(jì)及分析39-44
• 2.5 BPM模擬分析44-46
• 2.6 本章小結(jié)46-47
• 第三章 制作工藝研究47-58
• 3.1 光波導(dǎo)材料特性47-49
• 3.2 工藝流程設(shè)計(jì)49-51
• 3.2.1 光波導(dǎo)制作工藝49-50
• 3.2.2 電極制作工藝50-51
• 3.3 掩膜版設(shè)計(jì)51-53
• 3.4 主要工藝研究53-55
• 3.4.1 光刻工藝53-55
• 3.4.2 磁控濺射工藝55
• 3.4.3 ICP刻蝕工藝55
• 3.5 器件制作55-57
• 3.6 本章小結(jié)57-58
• 第四章 測(cè)試分析及工藝優(yōu)化58-67
• 4.1 測(cè)試平臺(tái)58-61
• 4.2 器件測(cè)試參數(shù)61-62
• 4.3 器件測(cè)試結(jié)果62-65
• 4.4 測(cè)試分析及工藝優(yōu)化65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67-68
• 5.2 存在的不足與展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 碩士研究生期間取得的研究成果72-73
• 個(gè)人簡(jiǎn)介73-74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 韓曉峰,吳亞明;一種基于SOI材料的直波導(dǎo)可調(diào)諧光衰減器[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2004年03期

  本文關(guān)鍵詞：氮氧化硅與聚合物混合集成可變光衰減器，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：411013