玻璃基光功分器的研制

作     者：盛志瑞 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明华

授予年度：2006年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：功分器 波导传输 光波导器件 模场 插入损耗 表面沟道 均匀性 折射率变化 单模光纤 工作带宽 

摘      要：光功分器在光通信系统、光纤用户网、光无源网络(PON)、光纤CATV、光局域网等网络中被广泛的应用。它可以实现对光信号进行分路或合路的功能。本文对如何采用离子交换技术在玻璃材料上制作集成光波导功分器产品展开了研究。玻璃基光功分器具有插入损耗低、均匀性好、工作带宽宽、结构紧凑、成本低、可靠性高等优点。 离子交换工艺要求玻璃材料必须满足下面几个条件:足够的离子交换折射率增量,也就是玻璃中含有足够的可交换碱金属;可形成光学级平板;银离子在玻璃材料中应稳定;化学稳定性高;折射率应和光纤的折射率接近。经过大量的分析比较,我们专门设计了一种适合于离子交换工艺的玻璃材料。 利用电场辅助掩埋工艺可以将表面沟道波导埋入表面以下,称为掩埋沟道波导。这样就可以避免表面沟道波导容易受玻璃表面的缺陷或灰尘颗粒影响的缺点,降低波导传输损耗,本文得到的波导传输损耗为0.2dB/cm。而且通过对工艺参数的优化,得到了传输模场和单模光纤的传输模场很接近的掩埋沟道波导,两者耦合损耗很低。 基于这种离子交换工艺,本文设计了一种新型Y分支功分器。和传统Y分支结构不同的是,新型结构中的Y分支是逐级倾斜的,也就是大部分Y分支的输入波导与器件中心轴不平行。这种结构最大的优点是,它总能够保证分支处弯曲波导的曲率半径比传统结构的曲率半径大的同时,器件总长度却比传统结构小。而且输出路数越多,这种优点体现的越明显。另外,本文也设计了一种MMI型1×8功分器,得到了较好的通光结果。 结合经过优化的电场辅助掩埋波导离子交换工艺,我们制作了新型Y分支结构的功分器(1×4、1×8、1×16、1×32等)。得到了较满意的测试结果。比如,根据博创科技公司的测试结果,1×8功分器的最大插入损耗为11.054dB,均匀性小于0.371dB;而按照自己的测试结果:最大插入损耗为10.67dB,均匀性小于0.28dB。均匀性很好,PDL为0.2dB,波长相关性很小,工作带宽较宽。达到了指标要求。这些器件优良的性能证实了新型Y分支结构设计的合理性和电场辅助离子交换工艺的可靠性。