平面光波导PLC,planarLightwavecircuit技术

1、平面光波导(PLC,planarLightwavecircuit)技术随着FTTH的蓬勃发展，PLC(PlanarLightwaveCircuit?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，本文略作介绍。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：锯酸锂(LiNbO3)、出-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1所示。图1.PLC光波

2、导常用材料锯酸锂波导是通过在锯酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型。InP波导以InP为称底和下包层，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。折射率芯层，包层，折射率差(dB/cra)-含损甩邯

3、鹤面卜2%05/ha的3-SQr，145”0.ux025-SOP3A7陪011g/Polymer13-1M-1ob14”*如00A表1.PLC光波导常用材料特性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，锯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

4、下包层上再生长一层SiO2,作为波导芯层，其中掺杂错离子，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)通过退火硬化工艺，使上包层SiO2变得致密均匀，如图2(h)所示。3%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：1

5、)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)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3(f)所示的沟道型光波导；5)对沟道型光波导施以电场，将Ag+离子驱向玻璃基片深处，得到掩埋型玻璃光波导，如图3(g)所示。图3.玻璃光波导的制作工艺3 .平面光波导的应用锯酸锂晶体具有良好的电光特性，在电光调制器中应用广泛。InP材料既可以制作光有源器件又可以制作光无源器件，被视为光有源/无源器件集成的最好平台。SOI材料在MEMS器件中应用广泛，是光波导与MEMS混合集成的优良平台。聚合物波导的热光系数是SiO2的32倍，应用在需要热光调制的动态器件中，可以大大降低器件功耗。玻璃波导具有最低的传输损耗和与光纤的耦合损耗，而且成本低廉，是目前商用光分路器的主要材料。二氧化硅光波导具有良好的光学、电学、机械性能和热稳定性，被认为是无源光集成最有实用前景的技术途径。TranMiiisionLine图5.基于玻璃光波导的光分路器图6.基于聚合物光波导的热光开关阵列Electrode3dB-Cempl%*iOutput/E峥InputWcvegurd