玻璃基雙層掩埋式光波導的制備與表征.pdf

1、采用離子交換技術制備的玻璃光波導器件具有制作成本低廉,傳輸損耗低,易于摻雜高濃度的稀土離子,與光纖匹配度高,環(huán)境穩(wěn)定性好,以及容易在系統(tǒng)中集成等優(yōu)點,適合于大批量、低成本集成光學器件的制作。傳統(tǒng)的Ag+／Na+離子交換技術得到了人們廣泛的研究,成功應用于多種器件的研制與開發(fā),如波分復用器、光功率分束器、光放大器、激光器及光傳感器等,并廣泛應用與光通信與光傳感領域。
　　 隨著技術的發(fā)展,對器件的集成度要求越來越高。為了在同一塊芯

2、片上集成更多的器件或更多的功能,一般有兩種不同的途徑:一是增大折射率差減小波導尺寸,另一個就是本文所說的基于多層器件的實現(xiàn)。由于離子交換的特性,該技術能很好的適用于三維集成。然而要集成不同光學器件層,需要阻止層與層之間的光耦合,可以通過上下兩層波導充分分隔實現(xiàn)。
　　 本文通過分析經(jīng)典的離子交換模型,建立了離子交換三維集成的簡易模型。通過對離子交換三維集成的模擬仿真,驗證了多層掩埋式波導的可行性,并分析了波導之間的相互影響。然后

3、采用Ag+／Na+熱離子交換和電場輔助離子擴散技術在光學玻璃基片上順次制作了兩層掩埋式光波導,形成雙層波導。對雙層光波導的橫截面結構進行了觀察,并測試了各層波導的損耗特性。對橫截面各波導尺寸的測量結果表明,所獲得的雙層光波導中上、下兩層波導的中心到玻璃表面的距離分別為14μm和35μm；上層光波導芯部尺寸約為12μm×7μm；下層光波導芯部尺寸約為9μm×8μm.通光測試顯示兩層波導在1.55μm工作波長下均為單模光波導,且兩者之間沒有

4、相互耦合。損耗測試分析結果指出:堆棧中兩層光波導的傳輸損耗約均為0.12dB／cm,與單模光纖之間的耦合損耗分別為0.78和0.73dB。本文所設計的兩種結構測試結果表明,下層波導形成過程中Ag+離子在其漂移路徑上的痕量殘余,導致上層波導在電場作用下的漂移速度降低,并降低波導對光的波導效應,這可能會成為限制光波導層數(shù)的一個重要因素。
　　 實驗結果表明,這種雙層掩埋式光波導在玻璃基集成光學芯片的高密度集成方面具有很好的應用前景。