本文關(guān)鍵詞：高速有機(jī)聚合物波導(dǎo)熱光開關(guān)的研制

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【摘要】：在全光網(wǎng)絡(luò)中有很多種光交換技術(shù),包括二維或者三維的微型光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、液晶、聲光等光開關(guān)。其中,波導(dǎo)光開關(guān)是基于折射率的控制或者吸收變化來影響光的傳輸,具有一定的經(jīng)濟(jì)性。若將多個(gè)光開關(guān)單元器件集成在一個(gè)基片上,則可以減少單個(gè)功能的成本,同時(shí)提高了穩(wěn)定性。波導(dǎo)熱光開關(guān)是利用熱光效應(yīng)調(diào)制折射率的器件,具有尺寸小,可擴(kuò)展性大的特點(diǎn),而它的低串?dāng)_和低插損特性適用于絕大多數(shù)光交換技術(shù)的應(yīng)用。有機(jī)聚合物材料具有熱光系數(shù)大的突出優(yōu)勢,可以實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制所需的低功耗。同時(shí)材料的傳輸損耗小、制備工藝簡單,成本低廉,有著非常廣闊的市場前景,成為一類極具研究吸引力的集成光波導(dǎo)材料。本文首先闡述了熱光開關(guān)的工作原理,然后選用韓國ChemOptics公司的紫外固化氟化丙烯酸酯類ZPU系列材料,利用有效折射率法、光束傳播法對聚合物熱光開關(guān)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。分別設(shè)計(jì)出了基于聚合物下包以及基于二氧化硅下包的MMI型熱光開關(guān),同時(shí)對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,并分別計(jì)算了兩種結(jié)構(gòu)的開關(guān)時(shí)間響應(yīng)特性。接著,本文利用旋轉(zhuǎn)涂覆、光刻、刻蝕等工藝流程分別制備出了這兩種類型的聚合物熱光開關(guān)器件。提出了通過預(yù)甩上包來降低A1掩膜引起的傳輸損耗,并在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該方案的可行性并達(dá)到了預(yù)期效果。本文分別對這兩種波導(dǎo)器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了測試。得到聚合物下包1×2熱光開關(guān)插入損耗小于9.4dB,串?dāng)_大于19.3dB,開關(guān)時(shí)間小于1.15ms；二氧化硅下包1x2熱光開關(guān)插入損耗小于9.9dB,串?dāng)_大于16.5dB,開關(guān)時(shí)間小于0.65ms。試驗(yàn)結(jié)果表明,利用二氧化硅材料作下包層,能夠大大提高開關(guān)速度。本文最后還利用光開關(guān)單元級聯(lián)實(shí)現(xiàn)了二氧化硅下包的1×4熱光開關(guān)陣列的設(shè)計(jì)與制備。測試結(jié)果為：插入損耗小于12.9dB,串?dāng)_大于18.5dB。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果很好地驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的思想。
【關(guān)鍵詞】：熱光開關(guān) 聚合物 MMI
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 光開關(guān)概述8-12
• 1.1.1 光開關(guān)的應(yīng)用概述8-9
• 1.1.2 光開關(guān)的主要類型9-12
• 1.2 光開關(guān)波導(dǎo)材料概述12-15
• 1.2.1 常見光開關(guān)波導(dǎo)材料12-13
• 1.2.2 有機(jī)聚合物光波導(dǎo)加工工藝13-15
• 1.3 熱光開關(guān)的研究進(jìn)展15-20
• 1.3.1 數(shù)字型熱光開關(guān)15-18
• 1.3.2 干涉型熱光開關(guān)18-20
• 1.4 本文的工作內(nèi)容20-22
• 第二章 聚合物熱光開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-40
• 2.1 熱光效應(yīng)22-24
• 2.2 介質(zhì)平板波導(dǎo)24-29
• 2.2.1 平板光波導(dǎo)的線光學(xué)模型24-26
• 2.2.2 平板波導(dǎo)的電磁理論26-29
• 2.3 MMI型聚合物熱光開關(guān)的設(shè)計(jì)29-39
• 2.3.1 MMI型光開關(guān)的基本原理29-30
• 2.3.2 矩形波導(dǎo)單模條件及尺寸的確定30-33
• 2.3.3 MMI型1×2熱光開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 聚合物熱光開關(guān)的制備40-49
• 3.1 制備工藝流程及設(shè)備40-41
• 3.1.1 工藝流程簡述40-41
• 3.1.2 設(shè)備儀器說明41
• 3.2 具體實(shí)驗(yàn)步驟41-48
• 3.2.1 基片清洗42
• 3.2.2 旋轉(zhuǎn)涂覆ZAP1020材料42
• 3.2.3 旋轉(zhuǎn)涂覆下包層42-43
• 3.2.4 旋轉(zhuǎn)涂覆芯層43
• 3.2.5 真空阻蒸蒸鍍Al掩膜層43
• 3.2.6 光刻43-45
• 3.2.7 刻蝕45-46
• 3.2.8 電極制備46-47
• 3.2.9 端面處理47
• 3.2.10 粘電極47-48
• 3.3 實(shí)驗(yàn)中的改進(jìn)措施48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 聚合物熱光開關(guān)的測試49-57
• 4.1 光開關(guān)工作特性參數(shù)49
• 4.2 熱光開關(guān)的測試49-55
• 4.2.1 直波導(dǎo)的測試49-51
• 4.2.2 1×2熱光開關(guān)特性參數(shù)的測量51-54
• 4.2.3 1×4熱光開關(guān)特性參數(shù)的測量54-55
• 4.3 光開關(guān)存在的問題及對策55-56
• 4.4 本章總結(jié)56-57
• 總結(jié)與展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文62-63
• 致謝63

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本文編號(hào)：956500