平面波导技术及器件发展动态

平面波导技术及器件进展动态2004-08-22 吴国锋 中国电子科技集团第 34 讨论所 摘要 本文介绍了平面波导技术及器件的进展情况，并概要指出了平面波导光器件的市场前景和进展方向。 关键词 PLC、Polymer、InP、AWG 1 概述 光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。平面波导型光器件，又称为光子集成器件。其技术核心是采纳集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，是多类光器件的讨论热点。 2 技术种类 按材料可分为四种基本类型：铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InGaAsP/InP 光波导和聚合物（Polymer）光波导。 LiNbO3 晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和波导性质。除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和传输元件。铌酸锂镀钛光波导开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀上钛膜，然后进行光刻，形成所需要的光波导图形，再进行扩散，可以采纳外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等方法来实现。并沉积上二氧化硅保护层，制成平面光波导。该波导的损耗一般为 0.2-0.5dB/cm。调制器和开关的驱动电压一般为 10V 左右；一般的调制器带宽为几个 GHz，采纳行波电极的 LiNbO3 光波导调制器，带宽已达 50GHz 以上。 硅基沉积二氧化硅光波导是 20 世纪 90 年代进展起来的新技术，主要有氮氧化硅和掺锗的硅材料，国外已比较成熟。其制造工艺有：火焰水解法（FHD）、化学气相淀积法（CVD，日本 NEC 公司开发）、等离子增强 CVD 法（美国 Lucent 公司开发）、反应离子蚀刻技术 RIE 多孔硅氧化法和熔胶－凝胶法（Sol-gel）。该波导的损耗很小，约为 0.02dB/cm。 基于磷化铟（InP）的 InGaAsP/InP 光波导的讨论也比较成熟，它可与 InP 基的有源与无源光器件及 InP 基微电子回路集成在同一基片上，但其与光纤的耦合损耗较大。 聚合物光波导是近年来讨论的热点。该波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研制高速光波导开关、AWG 等。采纳极化聚合物作为工作物质，其突出优点是材料配置方便、成本很低。同时由于有机聚合物具有与半导体相容的制备工艺而使得样品的制备非常简单。聚合物通过外场极化的方法可以获得高于铌酸锂等无机晶体的电光系数。德国 HHI 公司利用这种波导研制成功...