幾種不同材料的平面光波導
訊石光通訊網(wǎng)
2009/3/24 15:46:22
光波導是集成光學重要的基礎性部件，它能將光波束縛在光波長量級尺寸的介質中，長距離無輻射的傳輸。平面波導型光器件，又稱為光子集成器件。其技術核心是采用集成光學工藝根據(jù)功能要求制成各種平面光波導，有的還要在一定的位置上沉積電極，然后光波導再與光纖或光纖陣列耦合，是多類光器件的研究熱點。
按材料可分為四種基本類型：鈮酸鋰鍍鈦光波導、硅基沉積二氧化硅光波導、InGaAsP/InP光波導和聚合物（Polymer）光波導。
LiNbO3晶體是一種比較成熟的材料，它有極好的壓電、電光和波導性質。除了不能做光源和探測器外，適合制作光的各種控制、耦合和傳輸元件。鈮酸鋰鍍鈦光波導開發(fā)較早，其主要工藝過程是：首先在鈮酸鋰基體上用蒸發(fā)沉積或濺射沉積的方法鍍上鈦膜，然后進行光刻，形成所需要的光波導圖形，再進行擴散，可以采用外擴散、內擴散、質子交換和離子注入等方法來實現(xiàn)。并沉積上二氧化硅保護層，制成平面光波導。該波導的損耗一般為0.2-0.5dB/cm。調制器和開關的驅動電壓一般為10V左右；一般的調制器帶寬為幾個GHz，采用行波電極的LiNbO3光波導調制器，帶寬已達50GHz以上。
硅基沉積二氧化硅光波導是20世紀90年代發(fā)展起來的新技術，主要有氮氧化硅和摻鍺的硅材料，國外已比較成熟。其制造工藝有：火焰水解法（FHD）、化學氣相淀積法（CVD，日本NEC公司開發(fā)）、等離子增強CVD法（美國Lucent公司開發(fā)）、反應離子蝕刻技術RIE多孔硅氧化法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。該波導的損耗很小，約為0.02dB/cm。
基于磷化銦（InP）的InGaAsP/InP光波導的研究也比較成熟，它可與InP基的有源與無源光器件及InP基微電子回路集成在同一基片上，但其與光纖的耦合損耗較大?！?br />
聚合物光波導是近年來研究的熱點。該波導的熱光系數(shù)和電光系數(shù)都比較大，很適合于研制高速光波導開關、AWG等。采用極化聚合物作為工作物質，其突出優(yōu)點是材料配置方便、成本很低。同時由于有機聚合物具有與半導體相容的制備工藝而使得樣品的制備非常簡單。聚合物通過外場極化的方法可以獲得高于鈮酸鋰等無機晶體的電光系數(shù)。德國HHI公司利用這種波導研制成功的AWG在25-65℃的波長漂移僅為±0.05nm。幾乎任何材料都可以作為聚合物的襯底。成本低廉，發(fā)展前景看好。
此外，為了得到更好的光波導性能，許多研究機構正在探索在新型材料上的波導制造方法。目前，有機無機混合納米材料的平面光波導已研制成功，兼具有機與無機材料的優(yōu)點，如性能穩(wěn)定可*、加工容易、能依需求調控光學性能等。由于新材料具有感光特性，在制造工藝上以顯影方式直接做出的導光線路，將能進一步應用以低成本的簡單工藝，更可大幅減少器件制造商的設備投入成本。
按材料可分為四種基本類型：鈮酸鋰鍍鈦光波導、硅基沉積二氧化硅光波導、InGaAsP/InP光波導和聚合物（Polymer）光波導。
LiNbO3晶體是一種比較成熟的材料，它有極好的壓電、電光和波導性質。除了不能做光源和探測器外，適合制作光的各種控制、耦合和傳輸元件。鈮酸鋰鍍鈦光波導開發(fā)較早，其主要工藝過程是：首先在鈮酸鋰基體上用蒸發(fā)沉積或濺射沉積的方法鍍上鈦膜，然后進行光刻，形成所需要的光波導圖形，再進行擴散，可以采用外擴散、內擴散、質子交換和離子注入等方法來實現(xiàn)。并沉積上二氧化硅保護層，制成平面光波導。該波導的損耗一般為0.2-0.5dB/cm。調制器和開關的驅動電壓一般為10V左右；一般的調制器帶寬為幾個GHz，采用行波電極的LiNbO3光波導調制器，帶寬已達50GHz以上。
硅基沉積二氧化硅光波導是20世紀90年代發(fā)展起來的新技術，主要有氮氧化硅和摻鍺的硅材料，國外已比較成熟。其制造工藝有：火焰水解法（FHD）、化學氣相淀積法（CVD，日本NEC公司開發(fā)）、等離子增強CVD法（美國Lucent公司開發(fā)）、反應離子蝕刻技術RIE多孔硅氧化法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。該波導的損耗很小，約為0.02dB/cm。
基于磷化銦（InP）的InGaAsP/InP光波導的研究也比較成熟，它可與InP基的有源與無源光器件及InP基微電子回路集成在同一基片上，但其與光纖的耦合損耗較大?！?br />
聚合物光波導是近年來研究的熱點。該波導的熱光系數(shù)和電光系數(shù)都比較大，很適合于研制高速光波導開關、AWG等。采用極化聚合物作為工作物質，其突出優(yōu)點是材料配置方便、成本很低。同時由于有機聚合物具有與半導體相容的制備工藝而使得樣品的制備非常簡單。聚合物通過外場極化的方法可以獲得高于鈮酸鋰等無機晶體的電光系數(shù)。德國HHI公司利用這種波導研制成功的AWG在25-65℃的波長漂移僅為±0.05nm。幾乎任何材料都可以作為聚合物的襯底。成本低廉，發(fā)展前景看好。
此外，為了得到更好的光波導性能，許多研究機構正在探索在新型材料上的波導制造方法。目前，有機無機混合納米材料的平面光波導已研制成功，兼具有機與無機材料的優(yōu)點，如性能穩(wěn)定可*、加工容易、能依需求調控光學性能等。由于新材料具有感光特性，在制造工藝上以顯影方式直接做出的導光線路，將能進一步應用以低成本的簡單工藝，更可大幅減少器件制造商的設備投入成本。
新聞來源：訊石光通訊網(wǎng)
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