基于SOI材料的刻蚀光栅分波器的制作工艺

研究了基于绝缘材料上的硅（SOI）材料的平面波导刻蚀光栅分波器的主要制作工艺．利用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）技术，在SOI材料上制作了垂直度大于89°的光滑的光栅槽面．氧化抛光后刻蚀侧壁的表面均方根粗糙度（RMS）有3nm的改善，达到7.27nm（采样面积6.2μm×26μm）．通过采用集成波导拐弯微镜代替弯曲波导使1×4分波器的器件尺寸仅为20mm×2.5mm．测试结果表明器件实现了分波功能．     

8通道-1.6nm Si纳米线阵列波导光栅的设计与制作

设计了基于绝缘层上硅(SOI)材料的8通道Si纳米线阵列波导光栅(AWG),器件的通道间隔为1.6nm,面积为420μm×130μm。利用传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明,器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为17dB。给出了结合电子束光刻(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀技术制备器件的详细流程。光谱测试结果分析表明,器件通道间隔为1.3～1.6nm,通道串扰为3dB,中心通道损耗为11.6dB。     

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅.采用顶层Si厚为2μm的SOI基片,通过半导体芯片制备中的光刻工艺,在脊高为935 nm,波导宽度为2μm的脊形波导上,分别制作了刻蚀深度为565 nm和935 nm的起伏型高阶布拉格光栅,测试表明,在1540～1640 nm波长范围内,得到了大于10 dB的消光比,实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果.理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数,以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗.     

基于SOI材料的阵列波导光栅的制作

采用ICP刻蚀的方法,在SOI材料上制作出了中心波长为 1. 5509μm、信道间隔为 200GHz的 5×5阵列波导光栅(AWG).测试中心波长与设计值相差 0. 28nm,测试波长间隔与设计值相差在 0. 02nm之内,相邻信道串扰接近10dB,信道插入损耗均匀性为 0. 7dB,测试结果表明该器件能够初步达到分波功能.     

在解复用模块设计中有效折射率变化的研究

研究了基于SOI(silicon—on—insulator)材料的阵列波导光栅(AWG)分波器件，给出了此器件材料色散的数值拟合公式，进而利用BPM方法研究了材料色散脊型波导结构变化和器件制做中刻蚀深度误差对波导有效折射率和波分复用模块性能的影响。结果表明，刻蚀深度误差对模块性能优劣起关键作用。     

Si纳米线阵列波导光栅制备

采用绝缘层上Si(SOI)材料设计制备了3×5纳米线阵列波导光栅(AWG),器件大小为110μm×100μm。利用简单传输法模拟了器件的传输谱,并采用二维时域有限差分(FDTD)模拟中心通道输出光场的稳态分布,模拟结果表明,器件的通道间隔为11 nm,通道间的串扰为18 dB。通过电子束曝光(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀制备了所设计的器件,光输出谱测试分析表明,器件中心通道的片上损耗为9 dB,通道间隔为8.36～10.40 nm,中心输出通道的串扰为6 dB。在误差允许范围内,设计和测试的结果一致。     

SOI亚微米波导光栅的设计与制作

报道了SOI基亚微米小尺寸波导光栅器件的设计、制作与测试结果。提出了波导与光栅同步制作的方案,避免了套刻,节约了成本。实验中采用电子束光刻(EBL)、感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等先进半导体工艺技术,结合图形补偿等技术手段,完成了亚微米波导光栅的制作。光栅周期为350nm,占空比16∶19。采用该光栅做反射镜,制作了法布里-珀罗(F-P)谐振腔,经测试得到了与模拟相吻合的结果,峰谷比达到11dB。     

基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅设计与制备

刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件,有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅,该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示,相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅,光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗,同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明:该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB,串扰为5.87~8.72 dB,后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局,进一步提高器件的性能。     

采用多模输入/输出波导的多模干涉型SOI分束器

一个适用于光纤通信系统中的1×8多模干涉功率分束器被设计并通过ICP刻蚀方法成功研制.这种基于SOI材料的功率分束器是采用多模波导作为输入/输出波导;经过光束传播方法模拟,该器件显示出了优良的性能.测试结果表明,在1550nm波长处器件的传波损耗低于0.80dB,损耗均匀性为0.45dB,而且偏振相关损耗低于0.70dB.器件的尺寸只有2mm×10mm.     

用于ICF驱动器的色分离光栅的制作

介绍了色分离光栅的设计原理,并对其制作工艺进行了研究.用套刻法以能量为450 eV、束流密度为80 mA/cm2、30°入射角的离子束对100 mm×100 mm石英基片进行刻蚀,制作出了周期为300 μm色分离光栅.实验测得零级次上3ω(351 nm)光的归一化衍射效率达到了91.9%.结果表明,这套工艺方法在制作高衍射效率的CSG是可行的,并且具有刻蚀图形分辨率高、侧壁较陡等优点,为进一步制作高衍射效率的色分离光栅提供了参考.