浅谈平面光波导技术和应用 7VvB[XDal
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随着FTTH的蓬勃发展,PLC(Planar Lightwave Circuit,平面光路)已经成为光通信行业使用频率最高的词汇之一,而PLC的概念并不限于我们光通信人所熟知的光分路器和AWG,其材料、工艺和应用多种多样,本文略作介绍。 rAP}_QM
1.平面光波导材料 q
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PLC光器件一般在六种材料上制作,它们是:铌酸锂(LiNbO3)、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅(SiO2)、SOI(Silicon-on-Insulator, 绝缘体上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃,各种材料上制作的波导结构如图1所示,其波导特性如表1所示。 J@NfJxt=
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图1. PLC光波导常用材料 Ly;reHkJr
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表1. PLC光波导常用材料特性 Ec#)fYg3s$
铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导,波导结构为扩散型。InP波导以InP为称底和下包层,以InGaAsP为芯层,以InP或者InP/空气为上包层,波导结构为掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波导以硅片为称底,以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层,波导结构为掩埋矩形。SOI波导是在SOI基片上制作,称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2、Si和空气,波导结构为脊形。聚合物波导以硅片为称底,以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层,波导结构为掩埋矩形。玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导,波导结构为扩散型。 *2h^qCh$
2.平面光波导工艺
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以上六种常用的PLC光波导材料中,InP波导、二氧化硅波导、SOI波导和聚合物波导以刻蚀工艺制作,铌酸锂波导和玻璃波导以离子扩散工艺制作,下面分别以二氧化硅波导和玻璃波导为例,介绍两类波导工艺。 $h1B=^Us&
二氧化硅光波导的制作工艺如图2所示,整个工艺分为七步: HP%s=M/C
1)采用火焰水解法(FHD)或者化学气相淀积工艺(CVD),在硅片上生长一层SiO2,其中掺杂磷、硼离子,作为波导下包层,如图2(b)所示; 2S5zmw"
2)采用FHD或者CVD工艺,在下包层上再生长一层SiO2,作为波导芯层,其中掺杂锗离子,获得需要的折射率差,如图2(c)所示; MIR)|Kw\e
3)通过退火硬化工艺,使前面生长的两层SiO2变得致密均匀,如图2(d)所示。 DVZ(9/
4)进行光刻,将需要的波导图形用光刻胶保护起来,如图2(e)所示; rYcd%S U
5)采用反应离子刻蚀(RIE)工艺,将非波导区域刻蚀掉,如图2(f)所示; Z*;1S,NG
6)去掉光刻胶,采用FHD或者CVD工艺,在波导芯层上再覆盖一层SiO2,其中掺杂磷、硼离子,作为波导上包层,如图2(g)所示; NG
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7)通过退火硬化工艺,使上包层SiO2变得致密均匀,如图2(h)所示。 V*_&<GAu
二氧化硅波导工艺中的几个关键点: L4j@ my
1)材料生长和退火硬化工艺,要使每层材料的厚度和折射率均匀且准确,以达到设计的波导结构参数,尽量减少材料内部的残留应力,以降低波导的双折射效应; `^V9CtT^-
2)RIE刻蚀工艺,要得到陡直且光滑的波导侧壁,以降低波导的散射损耗; I"jp=L\
3)RIE刻蚀工艺总会存在Undercut,要控制Undercut量的稳定性,作为布版设计时的补偿依据。 d$@k4W$
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