面向光互联的氟化聚酰亚胺单模光波导的研究

作     者：刘嘉蕙 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐凌;宋博翔

授予年度：2022年

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

主      题：聚合物光波导 氟化聚酰亚胺 光刻工艺 稀土纳米颗粒掺杂 损耗补偿 

摘      要：随着近年来电子信息技术的快速发展,信息传输速率与传输容量都被提出了更高的要求。然而,传统电互联受制于其物理特性,在高频高速信号传输时存在传输损耗高、信号完整性差等问题,光互联传输容量大且信号失真小,成为极有前景的信息传输方式。聚合物材料具有的成本低廉、可大面积制备,及可与现有印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)制备工艺兼容等优势,使基于聚合物材料的波导光互连技术成为近年来的研究热点。本工作通过对聚合物光波导材料和聚合物光波导制备工艺的调研,选择了具有柔性、高热稳定性和低吸收损耗的氟化聚酰亚胺材料,并最终选用光刻法来进行单模聚合物光波导器件的探究与制备。论文的主要研究内容和结论如下:(1)对用于光波导制备的氟化聚酰亚胺材料进行了探究,确定了所制备氟化聚酰亚胺薄膜在常用通信窗口1550 nm附近吸收损耗小、可耐受480℃高温,并分别通过与低含氟量聚酰胺酸浆料以不同比例混合和掺杂不同浓度稀土纳米颗粒两种方式,实现了对氟化聚酰亚胺薄膜折射率精确调整,折射率可调节范围分别达1.95%和1.72%。(2)以有效折射率法为基础,设计了一种新的仿真思路并编写了MATLAB程序,得到了不同折射率条件下脊形波导尺寸与有效折射率关系的三维图,为后续波导制备时确定工艺可接受尺寸范围奠定了基础。(3)用以氮化硅为掩膜层,刻蚀下包层的方法制备出了面向C波段(1550 nm附近)光互联应用的三层单模聚合物光波导器件,所用芯层材料为稀土纳米颗粒Na YF:Er,Yb掺杂的氟化聚酰亚胺。经端面耦合法测试,波导的耦合损耗和传输损耗共计17.702 d Bm。此外,稀土纳米颗粒Na YF:Er,Yb掺杂的芯层材料在1550 nm通信窗口有良好的受激发光性能,可用于损耗补偿型低损聚合物光波导的进一步探究。