玻璃基微环谐振器的设计与制作

论文摘要

高密度平面光集成及与当今IC工艺相兼容是当前光波导技术发展的重要方向之一。由于微环结构的功能多样性、结构紧凑性、很好的波长选择性，使其成为很有潜力的集成光路基本功能结构。随着平面工艺水平的不断提高，基于平面波导技术的光微环谐振器逐渐受到人们的关注和研究，并得以迅速发展。微环结构在光电子领域的地位就像晶体管在电子领域一样，几乎所有光电器件功能都可以使用微环实现。使用玻璃基离子交换工艺制作的大半径无源环谐振器可作为惯性旋转传感器、波长传感器、温度传感器、声波传感器和光学陀螺等，具有重要的应用价值。论文在综述了微环谐振腔的应用背景、发展历程和研究玻璃基微环意义的基础上，重点研究了玻璃基微环谐振器的设计与制作。根据耦合模理论分析了微环谐振器的工作原理；在设计中使用Rsoft公司的BeamProp软件模拟来优化器件尺寸；在工艺制作方面，结合实验室离子交换技术的工艺条件，主要在三方面做了探索和比较工作：实验中采用了不同的玻璃基底(BK7、B270、K9、Z0和Z1)；也研究了不同浓度配比的交换熔源；并且分别采用了一次交换和加电场掩埋的工艺。论文对所制作的器件进行了测试分析，测试表明，半径为500um的环形和跑道型结构、半径为3000和3500um的环形结构都显示出了微环的谐振滤波特性。综上所述，论文从理论分析到设计版图，再从工艺制作到测试分析，系统地描述了玻璃基微环谐振腔研制的各个方面，得到了较好的实验参数，所制作的微环器件表现出很明显的谐振滤波现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光电子领域中的“晶体管”—微环
• 1.2 微环谐振结构的发展历史与现状
• 1.2.1 微环的结构
• 1.2.2 微环的材料
• 1.3 玻璃基微环的研究意义
• 1.4 本论文的主要工作和结构
• 第二章 微环谐振腔原理
• 2.1 耦合理论
• 2.2 环形谐振腔的基本原理
• 2.3 全通滤波器结构
• 2.4 环形谐振腔的性能参数
• 第三章 玻璃基微环谐振腔的设计
• 3.1 单模条件
• 3.1.1 掩埋波导
• 3.1.2 非掩模波导
• 3.2 弯曲损耗和弯曲半径
• 3.3 直波导与环的耦合
• 3.4 设计版图
• 第四章 玻璃基微环的制作与结果
• 4.1 工艺流程
• 4.2 搭建测试平台
• 4.3 一次交换制作结果
• 4.3.1 一次交换—BK7
• 1.3.2 一次交换—BK7和 B270对比实验
• 1.3.3 一次交换—K9
• 4.4 二次交换制作结果
• 4.4.1 二次交换—Z0
• 4.4.2 二次交换—Z1
• 4.5 实验结果分析总结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢