电子科技大学：《光波导理论与技术 Optical Waveguides Principles and Technologies》课程教学资源（课件讲稿）第六章 光波导制作与测试技术

University of Electronic Science and Technology of China 956 六.光波导制作与测试技术 1

University of Electronic Science and Technology of China 1 六．光波导制作与测试技术

University of Electronic Science and Technology of China 956 口制作光波导的材料主要分为有机与无机 两大类，考虑到不同材料的特性不同， 因此相应的光波导的制作方法也不同。 2

University of Electronic Science and Technology of China 2 ❑ 制作光波导的材料主要分为有机与无机 两大类，考虑到不同材料的特性不同， 因此相应的光波导的制作方法也不同

University of Electronic Science and Technology of China 956 有机材料紫外曝光法制作光波导示意图 紫外光曝光 ↓↓ 【原理】某 些有机材料 在紫外光照 基底 基底 射后其折射 (1) (2) 率会变大 基底 基底 (4) (3) 3

University of Electronic Science and Technology of China 3 基底 基底 紫外光曝光 基底 基底 （1） （2） （4） （3） 有机材料紫外曝光法制作光波导示意图 【 原 理 】 某 些 有 机 材 料 在 紫 外 光 照 射 后 其 折 射 率会变大

University of Electronic Science and Technology of China 956 干法刻蚀或湿法腐蚀制作光波导示意图 光刻胶 紫外光曝光 显影并化学 掩膜阻挡层 WW 腐蚀后 芯层 芯层 芯层 下包层 基底 基底 基底 (1) (2) (3) 去除阻挡层并 干法刻蚀或湿法腐蚀 制作上包层 刻蚀或腐蚀后 芯 芯 芯层 基底 基底 基底 (6) (5) (4) 4

University of Electronic Science and Technology of China 4 干法刻蚀或湿法腐蚀制作光波导示意图 紫外光曝光 （1） （2） （3） 基底 芯层 光刻胶 掩膜阻挡层 基底 芯层 下包层 基底 芯层 干法刻蚀或湿法腐蚀 （4） 基底 芯层 显影并化学 腐蚀后 （5） 基底 芯 （6） 基底 芯 刻蚀或腐蚀后 去除阻挡层并 制作上包层

University of Electronic Science and Technology of China 956 扩散法制作光波导示意图 光刻胶 紫外光曝光 显影、化学腐蚀 待扩散金属 WW 并去除光刻胶后 波导材料 波导材料 波导材料 (1) (2) (3) 制作上包层后 高温炉中进行扩散 (可不制作上包层) 扩散完成后 波导材料 波导材料 波导材料 (6) (5) (4) 5

University of Electronic Science and Technology of China 5 紫外光曝光 （1） （2） （3） 光刻胶 待扩散金属 （4） 显影、化学腐蚀 并去除光刻胶后 （6） （5） 高温炉中进行扩散 波导材料 波导材料 波导材料 波导材料 波导材料 扩散完成后 波导材料 制作上包层后 (可不制作上包层) 扩散法制作光波导示意图

University of Electronic Science and Technology of China 1956 材料及其特性 成膜性能，适用基底，光敏特性，化学特性，光学 特性等 工艺技术 成膜技术，光刻技术，交换技术，波导端面形成技 术，腐蚀技术（干法与湿法）等。 【说明】不同材料制作的光波导在基本结构上是相同 的，都具有芯层与包层。因此无论使用什么波导制作 方法，其目的都是要制作出具有一定尺寸的芯层与包 层的结构，且在材料安排上应使芯层折射率大于包层 折射率。 6

University of Electronic Science and Technology of China 6 ❑ 材料及其特性 成膜性能，适用基底，光敏特性，化学特性，光学 特性等 ❑ 工艺技术 成膜技术，光刻技术，交换技术，波导端面形成技 术，腐蚀技术（干法与湿法）等。 【说明】不同材料制作的光波导在基本结构上是相同 的，都具有芯层与包层。因此无论使用什么波导制作 方法，其目的都是要制作出具有一定尺寸的芯层与包 层的结构，且在材料安排上应使芯层折射率大于包层 折射率

University of Electronic Science and Technology of China 口本章内容 1.光波导材料介绍 2.成膜技术 3.图案形成技术 4.波导实现技术 5.器件的封装测试技术 6.专题：光波导的损耗 7

University of Electronic Science and Technology of China 7 1. 光波导材料介绍 2. 成膜技术 3. 图案形成技术 4. 波导实现技术 5. 器件的封装测试技术 6. 专题：光波导的损耗 ❑本章内容

University of Electronic Science and Technology of China 956 1.光波导材料介绍 有机材料 高分子化合物等各种聚合物，如丙烯酸酯，聚 氨酯，环氧树脂，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲 酯，聚酰亚胺，氟化聚酰亚胺，环丁烯苯等。 无机材料 铌酸锂，钽酸锂，石英，钾玻璃， 硅基二氧化 硅，氮氧化硅，砷化傢，氧化锌，硫系玻璃等 8

University of Electronic Science and Technology of China 8 1. 光波导材料介绍 ❑ 有机材料 高分子化合物等各种聚合物，如丙烯酸酯，聚 氨酯，环氧树脂，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲 酯，聚酰亚胺，氟化聚酰亚胺，环丁烯苯等。 ❑ 无机材料 铌酸锂，钽酸锂，石英，钾玻璃，硅基二氧化 硅，氮氧化硅，砷化镓，氧化锌，硫系玻璃等

University of Electronic Science and Technology of China 1.光波导材料介绍 1956 表6-1.常用光波导材料性能对比 Propagation Pigtail Refractive Index Contrast T/O Coef. Maximum Loss L055 Index Range in Waveguide Birefringence dn/dT Modulation Passive (dB/cm) (dB/chip) (n) (An) (nTE-nTM) (K) Frequency /Active Silica [SiO2] 0.1 0.5 1.5 0-1.5% 104.102 105 1 kHz (T/O) Y/Y (Channel) Silicon [si] 0.1 1.0 3.5 70%[range=0] 1kHz (Silicon on Insulator Rib 104-102 1.8×104 (T/O) Y/N Silicon Oxynitride 0.1 1.0 Si02:1.5 0-30%[30%:SigN4 core] [SiO,Ny】 Si2N42.0 (Channel,SiO2 clad) 103.5x10 105 1kHz (T/O) Y/N Sol-Gels 0.1 0.5 1.2-1.5 0-1.5% 104.102 (Channel) 105 1 kHz Y/Y (T/O) Polymers 0.1 0.5 1.3-1.7 0-35% (Channel) 10-8.102 -1→4×104 >100 GHz(E/O) 1 kHz(T/O) Y/Y Lithium Niobate [LiNbO3] 0.5 2.0 2.2 0-0.5% 102.101 40 GHz Y/Y (Channel) 105 (E/O) ndium Phosphide 0-3% 40 GHz Y/Y [InP] 3 10 3.1 (Channel) 103 0.8×10 (E/O) Gallium Arsenide [GaAs] 0.5 2.0 3.4 0-14%[14%:AIAs clad] 103 2.5x104 20 GHz (Rib) (E/O) Y/Y 9

University of Electronic Science and Technology of China 9 1.光波导材料介绍 表6-1. 常用光波导材料性能对比

University of Electronic Science and Technology of China 1.光波导材料介绍 1956 有机材料 ① 许多公司参与研究高性能聚合物光波导材料研究 Dupont Corning General Electric,JDSU,Dow Chemical,Ipitek,Hoechst Celanese,Lumera,NTT, Hitachi,ChemOptics 欧盟第六框架计划的ST项目（聚合物光子学) 3 中国973计划（聚合物光子材料与器件) 10

University of Electronic Science and Technology of China 10 1.光波导材料介绍 ❑ 有机材料 ① 许多公司参与研究高性能聚合物光波导材料研究 Dupont ， Corning ， General Electric ， JDSU ， Dow Chemical，Ipitek，Hoechst Celanese，Lumera，NTT， Hitachi，ChemOptics ② 欧盟第六框架计划的IST项目（聚合物光子学） ③ 中国973计划（聚合物光子材料与器件）