平面波导光分路器技术

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1、平面光波导(PLC)分路器技术1．平面光波导技术和应用21.1平面光波导材料21.2平面光波导工艺31.3平面光波导的应用42FTTH核心器件---光分路器的分类及介绍62.1熔融拉锥光纤分路器(FusedFiberSplitter)62.2平面光波导功率分路器(PLCOpticalPowerSplitter)72.3两种光分路器的总结73全球FTTH大发展下的PLC光分路器产业现状83.1国外FTTH发展现状83.2国内FTTH发展现状83.3FTTH发展与PLC产业93.4国内PLC产业发展现状93.4.1PLC芯

2、片93.4.2光纤阵列93.4.3器件封装103.4.4对国内PLC产业的一些思考104平面光波导(PLC)分路器封装技术114.1PLC分路器的制作114.2PLC分路器封装技术114.2.11×8分支PLC分路器的封装124.3光分路器对准封装系统135.光分路器技术指标135.1插入损耗135.2附加损耗135.3分光比145.4隔离度146.常见PLC光分路器产品147.PLC光分路器认证实施规则148FTTH光分路器观察：热点归热点市场归市场15平面光波导(PLC)分路器技术1．平面光波导技术和应用随着FTT

3、H的蓬勃发展，PLC(PlanarLightwaveCircuit,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，下面略作介绍。1.1平面光波导材料　　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2所示。图1.PLC光

4、波导常用材料表2.PLC光波导常用材料特性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为衬底和下包层，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

5、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。1.2平面光波导工艺　　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。　　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：(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；(2)采用FHD或者CVD工艺，在下包层上再生长一

6、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；(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。(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；(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；(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；(7)通过褪火硬化工艺，使上包层SiO2变得致密均匀，如图2（h）所示。二氧化硅波导工艺中

7、的几个关键点：(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；(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；(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。图2.二氧化硅光波导的制作工艺　　玻璃光波导的制作工艺如图3所示，整个工艺分为五步：图3.玻璃光波导的制作工艺(1)在玻璃基片上溅射一层铝，作为离子交换时的掩模层，如图3（b）所示；(2

8、)进行光刻，将需要的波导图形用光刻胶保护起来，如图3（c）所示；(3)采用化学腐蚀，将波导上部的铝膜去掉，如图3（d）所示；(4)将做好掩模的玻璃基片放入含Ag+－Na+离子的混合溶液中，在适当的温度下进行离子交换，如图3（e）所示，Ag+离子提升折射率，得到如图4（f）所示的沟道型光波导；(5)对沟道型光波导施以电场，将Ag+离