玻璃基微环谐振器设计与制作

摘高密度平面光集成及与当今IC工艺相兼容是当前光波导技摘高密度平面光集成及与当今IC工艺相兼容是当前光波导技术发展的重要向之一。由于微环结构的功能多样性、结构紧凑性、很好的波长选择性，使其为很有潜力的集成光路基本功能结构。随着平面工艺水平的不断提高，基于平波导技术的光微环谐振器逐渐受到人们的关注和研究，并得以迅速发展。微环构在光电子领域的地位就像晶体管在电子领域一样，几乎所有光电器件功能都以使用微环实现。使用玻璃基离子交换工艺制作的大半径无源环谐振器可作为性旋转传感器、波长传感器、温度传感器、声波传感器和光学陀螺等，具有重论文在综述了微环谐振腔的应用背景、发展历程和研究玻璃基微环意义的础上，重点研究了玻璃基微环谐振器的设计与制作。根据耦合模理论分析了谐振器的工作原理；在设计中使用Rsoft公司的BeamProp软件模拟来优化尺寸；在工艺制作方面，结合实验室离子交换技术的工艺条件，主要在三方了探索和比较工作：实验中采用了不同的玻璃基底(BK7、B270、K9、Z0Z1)：也研究了不同浓度配比的交换熔源；并且分别采用了一次交换掩埋论文对所制作的器件进行了测试分析，测试表明，半径为500um的环形跑道型结构、半径为3000和3500um的环形结构都显示出了微环性综上所述，论文从理论分析到设计版图，再从工艺制作到测试分析描述了玻璃基微环谐振腔研制的各个方面，得到了较好的实验参数环器件表现出很明显的谐振滤波现象关键词：微环谐振腔，离子交换Hi曲densityplanarintegrationwhichwimtheoneofthemostimportantpartsforopticalwavegnide wavelength，micro-haveoneofmodulesoftheVLSI-PC．Wim moreandmorebyresearchersHi曲densityplanarintegrationwhichwimtheoneofthemostimportantpartsforopticalwavegnide wavelength，micro-haveoneofmodulesoftheVLSI-PC．Wim moreandmorebyresearcherstechnology,opticalmicro-liketransistorsfieldphoto-electronicfield．ThepassiveringsonglasswithbigradiusfabricatedbyioncallbeasselkqOl"$，wavelengthsensors，temperaturesensors，sound-sensors，opticalgyroscopeandsoOILTheyplayimportantrolesintheoptic-resonatorsapplicationbackgroundanddeveloping micro- paper．Theandfabricationofstudymicro-resonatorsonglass．Accordingcoupletheory化MT)，theoftheresonatorofdevicesBeamProp．theresonatorsion- micro-differentkind§ofglass(includingBK7、B270、K9andaletestallthesamplesandamajorityofshowobviouscharacterwith500umradiusas3000umandpartsofthemicro-ringInconclusion,weinvestigatedontheorytodesign，andthefabricationtothetest．AndgoodresultsareKeywords：Micro-ringresonator,Ion-exchange2第一章绪求。为了满足信息容量的不断增长，迫切第一章绪求。为了满足信息容量的不断增长，迫切需要高速高性能的大规模光集成电路高密度平面光集成及与当今IC工艺相兼容是当前光波导技术发展【11151，还需要努力研究克服足CPU的运行速度，所以人们开始考虑将光互联技术应用于计算机。全光逻凑性、良好的波长选择性，使其成为极具潜力的集成光路基本结构单元。自年Marcatili提出了光微环谐振腔的概念与结构，随着平面工艺水平导调制器(电光、热光材料)f11、上下路波分复用器、光波导滤波器、色散4现功能多，并可以级联成多级结构，有稳定的调谐功效，高集成密度，可与工艺兼现功能多，并可以级联成多级结构，有稳定的调谐功效，高集成密度，可与工艺兼容，是继电印刷电路板(E—PcB)后的光印刷电路(P—PcB)和超大集成电路(VLsI—P)的主要建筑模块[1][232005年，无晶圆公司Luxtera(Carlsbad，cA)开发了～种解决高速芯片口问题的技术，现已生产出半径30哪的可编程106b／s的光纤环形调制器。在CMOS芯片上直接造出宽带光接口。多个调制器可以集成到一个光速率可达1006b／s，将来还会达到1Tb／s个尺寸较大的连接，也可以支持多个106数据管道，这样工程师就可以在一个片上设计出单核或多核的光系统[3]，可见光微环结构器件的应用前景是多么人直波导。回路可以是任何形状的，圆(如图1．1常，输入信号包含一路或多路信号，这些信号从input端1：3输入通过直波导逐耦合入谐振腔内，谐振波长的信号在谐振腔内谐振，通过一圈后相位变化是的整数倍，信号强度增强，然后耦合进输出波导，被选择在drop端时，相同波长的信号可以加载到Add端口，然后从through端口输出。这了上下波分复用功能图1．1单环结构集成光学环形谐振腔结构早在1969由Marcatili在贝尔实验室提出的【4后各种结构和不同介质材料的环相继产生，可参考表1．1年作半 材料径特Weber玻璃棒安酯薄197l不适合集集成光学环形谐振腔结构早在1969由Marcatili在贝尔实验室提出的【4后各种结构和不同介质材料的环相继产生，可参考表1．1年作半 材料径特Weber玻璃棒安酯薄197l不适合集证明制作F=15效率100％微环是可能的，但尺寸and光纤环谐Walker3。Ti交换玻璃基上Na离子交K—Na离子交换，CVD，尺寸and一次纯硝二次纯硝酸and4．14(道式Finesse=55。尺寸S．HonkanGaAs-第一个111-V族半导体微尺寸达到集成化要3g且GalnAsp-MMl-coupledFSR=5nm,F=141。Q=LRohitNa离子交传输损耗James双散射矩阵模垂直耦合嗍Na离子交(跑横向耦合，轴XiuyouFufci6从表1．1可以看出自微环结构提出的30多年里，微环不仅经历断多样从表1．1可以看出自微环结构提出的30多年里，微环不仅经历断多样化，还经历了结构的不断改进——由横向耦合到垂直耦合，由单环到级联，还可以与许多传统结构耦合提高器件性1．横向耦合结构，如图1．2(a)所示，环形波导与直波导在同一平面层，这是严格控制直波导与环型波导之间的间距2．垂直耦合结构：如图1．2⑩波导之间的匹配不敏感【23】，如今已被广泛使O圈1．2徽环两种常见结由于滤波器和波分复用器的温度依赖性及其工艺公差会引起谐振波长影响器件的滤波和分波性能用Vernier效应，即采用不同半径的环级联，更能增加器件的FSR[6]3．平行级联结构：如图1．3(a)所示，只需要使工作频率错开就可以方便的获的平坦带宽[25174．格型级联(1li曲-order)[21]：如图1．3(b)所示，也称为4．格型级联(1li曲-order)[21]：如图1．3(b)所示，也称为系列耦合(series除了可以通过适当的设计获得更平坦的带宽外，还可以利用Vernier效应拓“平行级联结构示意N■材■眭州b、格型级联结构及其频谱响应图1．3级联结构5．其他多环结构【29】：为了改善微环结构的性能，把多个尺寸相同或者不同按照不同的方式级联在一起，根据具体的应用选择具体的结构，如图1．4所示Ca)偶数个环直通，(b)奇数个环反构结合，也会不同程度地改善原有器件的性能8V。+V-■¨．ho‘神螂叫图I．5徽环结构与传统V。+V-■¨．ho‘神螂叫图I．5徽环结构与传统结构的James．T．A等人在[71q，采用银钠离子交换制作Y分支与环耦合组成的低损集成光学陀螺，如图1．5(a)马赫．曾德(Maeh．Zehnder：MZ图1．5(b)。但是由于其调制特性曲线为典型的正弦曲线，无法满足高度线性模信号调制的要求。针对正弦曲线为亚线性曲线，Xie等人[311提出以基于光微进行线性补偿，如图1．5(c)。在132]中，Xie等人对采用双微环的推挽型MZ可以为零跑道型结构的环与MMI(multimodeinterference)结合，如图1．5(d)。由于相9等参数都有很大的改进[351微环的发展也经历了材料的干交万化——几乎等参数都有很大的改进[351微环的发展也经历了材料的干交万化——几乎所有的光电材料和工艺方的SiN，铌酸锂上的质子交换【17】，BCB、PMMA等有机聚合物【16】，Ga／nAsP-GaAs．AIGaAs等半导体化合物。多种材料制作方便了有源器件与无源器件的合1．Si基材料：大的折射率差，可以使用目前标准CMOS光刻工艺制作在si和的基底上，使得微环的半径仅有几个微米，尺寸小、性能好，适合与当今2．有机聚合物材料：聚合物不同于晶体材料，是一种非晶态固体，材料柔软或者非线性效应可以得到低的开关电压、高的调制带宽[27】，还可以和多种电用它们所制作的微环Q值可高达2"105,具有较高的灵敏性，适合做传感器件[ZSl3．GalnAsP．InP，GaAs-AIGaAs等Ⅲ一V族半导体化合物材料：在制作平面光路波导器件方面有广泛的应用前景。它们的折射率可大于3，可以使用电子束刻结构微环，有小的弯曲损耗和大的FSR。通过采用自由载流子注入使波长转换度很高，也可制作低阂值电流的激光器[30】4．玻璃材料：充分利用成熟的离子交换工艺和玻璃的稳定性，可以制作出可传感器件和光学陀螺等。具体内容将在1．3节作详细介绍大规模集成[26自由光谱范围、高精细度的微环器件早在19世纪大规模集成[26自由光谱范围、高精细度的微环器件早在19世纪就使用离子交换技术生产有色玻璃，自1972年lzawa报道了器件、低损耗集成光学器件以及其他相关领域的重要选择【18】。这是因为它制相匹成一定的折射率差An=c(△R—RAV／Vo)／Vo，其中C为交换引入的离子的系数；vo为氧原子在玻璃中的摩尔体积；如为每摩尔氧原子的折射率；△v杂离子浓度(与C相关)之间是线性关系。而且引起折射率改变的两个原因是1．AR2．AV根据上面的原理，人们尝试了多种阳离子来交换玻璃基底中钠、钾等阳离主要有G+，R+，厶+，以+，Z+，K+，这些离子各有各的优缺点，如表1．2达到很高的表面折射率差(0．1)，损耗可低至O．1dB／cra，适合制作多模波导是它有毒 0．04的波导，但是极容易和很多材料反应，只有很少的材料可以作掩膜，例如所以成本很高1201,4。+的表面折射率差可达0．13，目前，Ag+一Na+交换后波导损耗可达0．OxdB／cm，但是很容易形成银沉积增加波导损耗；X+虽然可制作低损耗的波导，但是它的表面折射率差很小(O．01)，时间，通常只限制在制作单模波半径交换温度折射率Boro--0．00l—520-三。兄O．Alurni--蝴225-半径交换温度折射率Boro--0．00l—520-三。兄O．Alurni--蝴225-比较表明Ag+．Na+交换温度最低，交换速度适中。而在实验中，我们选择它们的混合熔液耗。1983年Honda使用钾钠离子交换方法制作了多模半径2cm的环形Add／Drop滤波器结构度可达20以上，这种大半径的无源环谐振器可作为惯性旋转传感器、器、温度传感器和声波传感器等【9】。2003年，有报道使用lOG．10玻璃基银子交换的方法制作与Y分支耦合的半径为8mm集成光学陀螺，精细度达值高达2"10617][111。2005换源制作半径为1．2mm的跑道型Add／Drop滤波器，有效折射率差1．548．1dB／cm[37以总的来说损耗很大导的折射率分布和损耗影导的折射率分布和损耗影响很大，而且一次交换(图1-6(a))表面引起的散射也是不可忽视的，所以可采用加电场辅助的二次交换(图1．6(b))来制作损耗、折射率分布符合要求的波图1．6玻璃基离子交换不为惯性旋转传感器、波长传感器、温度传感器、声波传感器和光学陀螺等)，且可以制作小半径、大FSR的微环器件(与波分复用通信系统匹配)，这些器具有广泛的应用价值和研究意义的BeamProp模拟确定器件尺寸，使用L．Edit软件画出版图。版图以的BeamProp模拟确定器件尺寸，使用L．Edit软件画出版图。版图以两大方面主，一是半径为500urn的环型和跑道型结构谐振腔，旨在分析不同耦合间距器件性能的影响；二是半径为1．2cm与Y分支耦合的光微环陀螺器件；版图有少许环的级本论文分为五个部分等第三章是基于微环的工作原理，应用Rsoft的软件模拟，并且结合实设计了玻璃基微环谐振腔的版图第五章是总结与展望micro-1、PayamRabibei．“Electro- thermo-optictheirapplications”，2002，簿士论文2、RohitGrover,“Indiumphosphidebasedopticalmicro-ring博士论文Pauitre,“微环形调制器使得芯片大小的光连接成为可能”，今3、2005年月4 5、micro-1、PayamRabibei．“Electro- thermo-optictheirapplications”，2002，簿士论文2、RohitGrover,“Indiumphosphidebasedopticalmicro-ring博士论文Pauitre,“微环形调制器使得芯片大小的光连接成为可能”，今3、2005年月4 5、杨建义。江晓清，王明华等?‘微环谐振器的光滤波特性及其局限性”，老Micro-6、B．E．Little，S．T．Chu,P．P．AbsiletHigh-FiltersforP2263—a1．“越integraledopticgyroscopeion-exchangedwaveguides”IEEE．MJ54：30pm一4：45pm，2003，P99-effects8、Westeta1．‘'BendT．A．Carriere，Jessewaveguides"，AppLOpt,V01．44，No．9，2005，P1698—9、KAz【resonatorfabricated10．1984，P714-10、JAM[ESANDAMARESHMAHAPATRA，‘‘HighfinesseresonatorsmadebysilverNO．12．12．1987，P1686—11、GuangyuLi,Kiml℃sonatorsopticalsilverion-exchangeinglass"’，OpticalSociety12、R．G．WalkerC．D．W．Wilkinson,“Integratedopticalresonatorsion- glass．”Appl．Opt,v01．22．No．7．4．1983，P1029—13、C．D．W．Wilkinson,“Integratedopticalmadebyion- rectionalcouplerand2V01．22’No．12，6。1983，P1929-193614、W．J．Wan,S．Honkanen,S．I．NajafietimegratedopticalNo．21，10．1992，P1967—Kuoeta1．“Advancespolymer15、W．H．Steier,H—CSong．Y-devices．”WFF3(Invited)4：00pm一浙江丈学硕士学16、J．Haavisto low-ringOpt．Lett,v01．5No．12，12．1980，P510-17、A．MahauatraringresonatorsW．C．Robinson．"Integrated-lithiumnioba,'’Appl．Opt．V01．24，1985，P2285-proton18、T．1zawa,H．Nakagome．“silverion- OassV01．21，1972，P584—ofloss19、ion-exchanged20、R．V．RAMASWAMY‘'Ion-浙江丈学硕士学16、J．Haavisto low-ringOpt．Lett,v01．5No．12，12．1980，P510-17、A．MahauatraringresonatorsW．C．Robinson．"Integrated-lithiumnioba,'’Appl．Opt．V01．24，1985，P2285-proton18、T．1zawa,H．Nakagome．“silverion- OassV01．21，1972，P584—ofloss19、ion-exchanged20、R．V．RAMASWAMY‘'Ion-,L．Lightwave．Technol,V01．6，NO．6，1988，P984--for2l、B，E．Little．S．T．Chu,P．‘'VeryHigh—OrderApplications”，IEEEPhoton．TechnoLLett,V01．16，NO．10，10．2004，P2263—22、AlastairD．McAulay，"All-opticalswitchingandlogicwithanintegratedV01．5814，2005，P16-23、Dong，"Characteristics Proc．SPIEV01．5623，200524、Dispersion CompoundShen，‘‘GroupResonatorAll·Pass25、凡GrOVer,“Parallel-ResonatorsandWide-High-3．2002．P900-26、micro-resonatorsusingnear-fieldscanningopticalmicroscopy"CTuC79：30A．Yariv，“Free-standingall-polymer27、opticalfilter'’,Electron．Lett,V01．39No．23，11．2003，P1650-MicroringChao，WayneFung，and28、Chung—forJOURNALOFSensingTOPICSINQUANTUMELECTRONICS,V01．12，NO．1，2．2006，P134-kS．Poon,JacobScheuer,andAmnonYariv,“Wavelength-29、ReflectorBasedOHaArrayofCoupledPhoton．TechnoLLett,VOL．16，NO．5，5．2004，P1331-T．Paloczi，JacobYariv,"CompactMieroring-30、Wavelength-V01．17。NO．2，2．2005,P390—31、X．Xie，J．1(1l咄J．Kang,EChoa,“Ring-assistedlinearity'’IEEEPhoton。Techn01．Ixtt．，V01．14，2002，P1136—Mach-32、Techn01．Ixit．，V01．15，2003，P531—kS．Poon,JacobScheuer,andAmnonYariv,“Wavelength-29、ReflectorBasedOHaArrayofCoupledPhoton．TechnoLLett,VOL．16，NO．5，5．2004，P1331-T．Paloczi，JacobYariv,"CompactMieroring-30、Wavelength-V01．17。NO．2，2．2005,P390—31、X．Xie，J．1(1l咄J．Kang,EChoa,“Ring-assistedlinearity'’IEEEPhoton。Techn01．Ixtt．，V01．14，2002，P1136—Mach-32、Techn01．Ixit．，V01．15，2003，P531—33、DominikG．RabusandHamacher，‘'MMI-GaInAsP-InP”,IEEEPhoton．TechnoLIX甜,V01．13，NO．8，8．2001，P812-34、All—WithReshapingBasedonFour-Wave Resonators'’』andE．Bowers,"Passivemicroring-resonator-35、BinLiu，Ali1．2001,P3561-36、 Mi部odngLight-Photon．TechnoLLeff．VOL，16，NO．1，1．2004，P33—HAN，Fufeia1．‘'Integrated37、 ion-Laterally38、W．- a1．“High-Single-VOL．t6，NO．2，2．2004，P470-第二章微环谐振腔原合进第二根波导直至全部耦合，然后再回到第一根波导，如图2．1第二章微环谐振腔原合进第二根波导直至全部耦合，然后再回到第一根波导，如图2．1圈2．1相邻波导耦b=[bl，62】‘，a=【al，a2【2．1s：【i一f其中S被称为转移矩阵，-j是相位因子，若无损耗，则有图2．2耦合波导分垂直耦合，如图2．4B2．t垂直辐振波长的光垂直耦合，如图2．4B2．t垂直辐振波长的光在环形谐振腔内能量不断增强器OCDF(opticalchannelfilter)的原理。它由两部分耦合波导如图2．5所示。耦合方程式【2．1】表明直通状态的信号比耦合状态的信号相位相上Drop波导【4】一图2．5环形谐振腔结对图2．5进行一图2．5环形谐振腔结对图2．5进行分析，假设E。=0，根据公式【2．1】，我们E坩=一．，r1El+flEEm=exp(一r／2)exp(一瑾恤上／4)EEd=exp(jwr／2)exp(一g咖三／4)EE，=fIE，一-E4=一jx其中E，是输入光场；E。是直通态光场；E。是光下行光场；Era．．量。是环形波导每单位长度的损耗(1)如果E。=0，解方程【2．2薯AI『2=exp(一口咖￡／4)为半环振幅衰【2．4m，，：=exp(jwT／2)为半环相位贡献，T为光信号在环内一周所需要的时间【2．5m=m。(2)如果E。≠0，根据公式[2．1】，得m，，：=exp(jwT／2)为半环相位贡献，T为光信号在环内一周所需要的时间【2．5m=m。(2)如果E。≠0，根据公式[2．1】，得E一ftf①1一flfE，：矬E，+普訾E2．6】l—f．厶A西1一f，岛A从公式【2．3】可以看到，如果fl=f：A，从输入端进入的光信号满足谐振条即o=1的信号能量可以被全部提取理想情况下没有损耗，即A=l，则当rl=如时，即对称结两端可以达到输入的光信号谐振时全部从Drop端口输出，这样我们在Add端口加相同的谐振频率的光信号，它会从Through端口输出，而且不会有串扰。但是扰是不可能的。单环OCDF的输出光谱响应如图2．6所示，这个结构是没有损的对称结构，可以看出谐振频率的光信号完全从Drop端口输出，同理可以在l、厂’ThrougO．oI夕U2≥&譬蝴1i图2．8无损耗对称结构0CDF的光谱响(R=9．55ua,lle：ff=3．15，t不能通过Add端口加入信号来取代Drop不能通过Add端口加入信号来取代Drop端口的光信号，因为Add端口的光能量不能全部转换到Through端口，如图2．7錾誊霉氧屯甜麓一童—餐乏抽|掰辨胡∞ilnptlt^2．T有损耗非对称结柯OCl)F上面的分析表明环形谐振腔的～谐振频率时，光在环中一圈时相位刚好改变了29，换句话说就是环中的光信与输入波导中的光信号互相干涉，所以环中光的强度会很强。使用Rsofl公司Fullwave利用FDTD方法对单级的微环谐振腔模拟发生谐振时的仿真图，如2．8所示，发生谐振的光从另一路波导输出，并且能量在环中不断积累加强振微环的这个特点可以实现Add／Drop滤波振微环的这个特点可以实现Add／Drop滤波器【7，8，9，10]、调制器【11】和光开关[12等器X(星罢圈2．8微环谐振腔谐振时的仿2．3E-z'-A【2，7和凹槽滤波器(notchfilter)X(呈芝罢皇0图2．9全通结构微环谐振X(呈芝罢皇0图2．9全通结构微环谐振腔谐振时1、相位滤波器如图2．9所示，因为波导几乎没有损耗，所以满足谐振条件的光信号的在环中不断加强，最后仍然和其他非谐振频率的光一样从through端口输出是有相位的突变。它要求内部的损耗很小，即A*l生：三 1【2．8谐振频率处，①=l，公式【2．8】值变为-l，因此谐振光信号获得了万相西=expU妒)=expU(2MTr+妒‘)】=l+_西。导：#譬唉E l—f(1+_，≯。(1一公式【2．10】的虚部s．m％等cos‰等一j鲁l扣。公式【2．10】的虚部s．m％等cos‰等一j鲁l扣。=jJ‰等同上面的道理，当远离谐振频率【2．1Im=exp(，≯)=exp[j(2M1r+万+≯’)】=-I西。一墅：!±!!±』盟：一!!±!!：±型公式【2．12】虚部s．m‰= j+l【2．13根据以上分析作图2．10奄．荔带-碜#《纛图2．10全通滤波器的谐振奄．荔带-碜#《纛图2．10全通滤波器的谐振频率附近相位2、凹槽滤波谐振频率处，wT=2M石，即。=l。如果A=f，代入公式【2．7】，那么合条件；f<A时的耦合叫做欠耦合；f>A时的耦合叫做过耦合。因f=cos(ks)，其中k为耦合系数，s为耦合长度。所以严格耦合条件就是光中一圈的损耗等于通过直通端的能量。A=cos【2．14但是如果A≠f，观察公式【2．7】可知，在谐振频率处消光比会降低，如图2．1l示圉2．1l凹槽滤波器的功能示3如果A=0，即环的损耗很大，从直波导耦合进入环形谐振腔中的光在环内3如果A=0，即环的损耗很大，从直波导耦合进入环形谐振腔中的光在环内要尽可能的控制损耗要有谐振带宽(删i者△国)、自由光谱范围 range)、精细度(finesse)、品质因子Q和谐振效率【4】【5】，这些性能参数主要与微环的上面设计参数有1、谐振带宽(出域者谐振带宽定义为drop端口光谱响应中的谐振峰半峰值处所对应的波长或者频率范围。对与可以忽略损耗的彳z1的对称结构的弱祸合情况，公式【2．15】假设损耗仃2口，孵+口栅蚴+口却时，有公式【M：△国：署，△国：【2．16由公式【2．15】和【2．16】我们可知，要得到窄带宽，需要小的损耗和小的数2、自由光谱范围FSR(freespectrat自由光谱范围FSR定义为连续沟道的分离周期。谐振时，wT=2ffM(T为绕环一周的时间；M艘一列：叫-=等2艘删=玎由公式【2．17】可知，要获得大的FSR，应该艘一列：叫-=等2艘删=玎由公式【2．17】可知，要获得大的FSR，应该制作小半径的环，而小的弯曲F：譬18纱对于存在损耗的情况由公式【2．16】和f2．17F∥由公式[2．18】和【2．]9]．--／知，得到大的精细度，需要弱耦合和低损质量因子是用来描述谐振峰陡斜的物理量，定义存储的能090对于对称结构损耗几乎可以忽略的弱耦合情一A2K。*击2对于存在损耗的信况oo掣CI【2．22n由公式【2．211署1][2．22]，为了获得高的品质因子，需要减少祸合，降低损耗Q值越高，制作的器件的谐振峰越尖，谐振带宽越窄，谐振特性越好。波导器件Q值可以达到几千的量级，D．K．Armanni等人制作了高达108的超Q值越高，制作的器件的谐振峰越尖，谐振带宽越窄，谐振特性越好。波导器件Q值可以达到几千的量级，D．K．Armanni等人制作了高达108的超高有很大的发展潜5、强度增输入波导和输出波导的。为了衡量光强的增强，定义了叩=剖2。在损忽略的对称结构弱耦合情况下=—’=一=一L厶zj【2．23对于全通滤波器来说，—2～12由公式[2．23]乘I[2．24】可见，弱耦合同样可以获得高的能量增1．石以得到它的中心波长，FSR和带宽，然后应用上述的一系列公式计算出环形谐参考文献1、 2．2000，P321-2、A．YarivandP．Yeh,“OpticalWavesinCrystals”New3、H．A．Haus,“WavesfieldsEnglewood4、G-rove，"Indium博士论5，R．G．WalkerresonatorsC．D．W．Wilkinson,“Integratedopticalion-exchangeinglass-by6、Chert,Xin-参考文献1、 2．2000，P321-2、A．YarivandP．Yeh,“OpticalWavesinCrystals”New3、H．A．Haus,“WavesfieldsEnglewood4、G-rove，"Indium博士论5，R．G．WalkerresonatorsC．D．W．Wilkinson,“Integratedopticalion-exchangeinglass-by6、Chert,Xin-Shen，Jian-Li,Yi-PingWang,‘'GroupResonatorAll-Dispersion CompoundFilter'’，Proc．SPIE，V01．6019，P60191MI一7、SaiT．Chu,BrentE．Little,WngenPan,TaroKaneko。ShinyaSato,Yasuofilterverticallymictoringeight-add-OVeraGrossgrid'’，IEEELett．，V01．11，No．6，PP．691—8、EdwinJ．Klein,DouweH．Genzebroek,HenryDressen,“ReconfigurableOpticalAdd- 9、ChristopherJ．Kaalund，‘'Criticallycoupledringresonatorsforadd-dropopa．Comm．V01．237，，PP．357-10、TymonBarwicz,Milo§A．Popovic，PeterT．Rakich,Michael凡P．Ippen,andHenryI．Smith,“Mieroring-resonator-SiN：fabricationadd-dropfilters11、Qianfan“Micromctre-sealeSchmidt,Samm∞relectro-325—12、B．E．Little,H．A．Haas，J．S。C．Kimerling，E．P．Ippen,D．J。“Wavelength-using13、D．K．Armani，T．J．Kippenberg，S．M．Spillanc，K．J．Vahala,‘'Ultra-high-a第三章玻璃基微环谐振腔的设第三章玻璃基微环谐振腔的设使用R-soit公司BPM方法对扩散波导进行模拟，考虑结合工艺条件确定控制在O．05—0．09之间，在此基础之上进行考表面折射率差△n=0．09，width=3um，折射率分布与波导模式(a-(a-图3．1掩埋△n：0．09，width=3tua(a)折射率分布(b)被导模表面折射率差△n=0．09,width=4，折射率分布与波图3．2掩埋An砘09。vidth=4tuaCa)折射率分布(b表面折射率差△n=0．05，width=4，折射率分布与波导模图3．3掩埋An砘05，vidth=4tm(a)折射率分布(b)图3．3掩埋An砘05，vidth=4tm(a)折射率分布(b)波导模表面折射率差△n=0．05，width=3，(a-图3．4掩埋An=O．05，widsh=3tm(a)折射率分布(b)波导模表面折射率差△n=0．09，width---4um，(a-(a-图3．5非掩埋An=o．09，width=4um(a)折射率分布(b)波导模△n=0．09，width=3um，折射率分布与波导模式(a-0-圈3．6非掩埋An=0．09,width=3m(8)折射率分布(b)波(a-0-圈3．6非掩埋An=0．09,width=3m(8)折射率分布(b)波导模表面折射率差△n=0．05，width=4um，折射率分布与波导模式(a-圈3．7非掩埋△n=0．05，width=4um(a)折射率分布(b)波导(a-n=0．05，width=3um，折射率分布与波导模式A圈3．8j}掩埋An=0．05，width=3um(a)折射率分布(b)波导模通过模拟分析，如图3．1．3．8所示，不论是掩埋波导还是非掩埋波导，如控制折射率差在0．05一O．09之间，波导宽度为3um或者4um，适当控制扩散度(通常实验表明离子交换波导的宽度约为波导深度的2倍)，可以保证单模件展开。我们利用[1]中由保形变换展开。我们利用[1]中由保形变换法[2，3]和归一化方法并结合实验数据推导A(zx<10％)为任意值时弯曲损耗经验公式[3．1]，我们来参考分析彳=10罢!导exp(1．29—2．17爨。一o．58善2R。【3．1其中△=(n1-n2)／n2，f=△3”1．137&-O．OIR=力2R／&，，ll为波导芯层折射率，栉2波导包层折射率假设玻璃衬底的包层折射率为1．50，根据公式[3．1]作出下面的图3．9，导有效折射率为1．55，从放大的图3．10可以清晰的看到，弯曲半径为500um弯曲损耗大约0．3dB／cm。如果波导的有效折射率大于1．55，则弯曲损耗可低图3．9不同的芯层折射率下弯曲损耗(dB／册)与弯曲半径(憎)的”梆≯％i#糍一÷3啉41pi。⋯*。”#l鬻1；十霜+醑藩——_n兰”梆≯％i#糍一÷3啉41pi。⋯*。”#l鬻1；十霜+醑藩——_n兰蘸。l：针E一叁I，1-车a图3．10不同的芯层折射率下弯曲损耗可达0．xdB／册弯曲半径目前已有许多方法用来分析弯曲波导，其中光束传播方法(BPM)是一泛应用、简单易懂的近似数值方法。使用BPM时，通常先用等效折射率方法保形变换方法将弯曲波导等效成直波导来处理，这使得处理起来特别方便[4如图3．11是使用R—soft中BeamProp模拟的输出功率随波导半径变化图。在横向扩散的长度和注入的深度。将图3．11等所得到的模拟数据导入中画出图3．12，即损耗与弯曲半径的关系图3．11R--soft中BeamProp模拟的折射率为1．55的传输功率随半径的山∞，s∞oBeamProp模拟F不同的芯层折射率弯曲损耗与弯曲半径山∞，s∞oBeamProp模拟F不同的芯层折射率弯曲损耗与弯曲半径的关比较图3．10和图3．12，我们发现经验公式中的弯曲损耗变化很快，而的损耗随弯曲半径变化较慢；模拟的损耗不是一条斜率一致的直线，而是分的直线。但是令人奇怪的是折射率差为0．05的波导在弯曲半径S00um的时候致，但是总体的变化趋势是一致的。其实上面所讨论的弯曲损耗主要为主，但是实际上辐射损耗最终是由实际制作工艺决定的——波导的粗糙度。可接受的最小半径其实需要由实验数据得出[5]。[6]中提到根据实验数据推断作波导宽度为2．2um、有效折射率差在1．522，最小截止半径为300um(说明弯曲部分损耗可以忽略的最小的半径，定义为损耗4-6dB／circle的弯曲径为最小截止半根据以上理论和实验的分析，保守的认为500um的弯蓝半径下弯可以忽略。为了避免弯曲所带来的损耗，我们选择的弯曲半径至少为500um对于给定半径，我们假设玻璃基底，z。，z1．5，根据公式[2．17]估算它们的见表3．1。可见随着弯曲半径的增大，FSR逐渐变小。实际应用中我们或许希得到大的FSR，那就要制作弯曲半径更小的环，但是随之而来的可能是表3．1不同弯曲半径所对应的R---一般分析微环结构的方法有耦合模方法【7，8】信号处理的方法【9，10的表3．1不同弯曲半径所对应的R---一般分析微环结构的方法有耦合模方法【7，8】信号处理的方法【9，10的方法【1l，12，13，14】。我们选择了简单易行的耦合模方法。由第二章2．4节环才能达到我们所设想的效果gap=4ura的两条离子交换条形仃=30‘(2万‘500)‘10-4=10dB／circle，仃=-20logloA，再据第二章2．3节所析的，严格耦合条件是A=cos仃=30‘(2万‘500)‘10-4=10dB／circle，仃=-20logloA，再据第二章2．3节所析的，严格耦合条件是A=cosO【s)计算【3．2一20logloA=1．4+2s+2+10解方程【3．21，J*600um，所以选取相互作用长度为600um。但是这样大弯曲损耗其实不是我们所希望的，我们希望损耗越小越好(4．6dB／circley所以我们将版图中尝试了gap=2、4、6、8、10um不等，希望通过来满足严格耦合条件通过3．2节可知，半径R=12000um的环的弯曲损耗完全可以忽略，本实看到gap=10mn时，耦合率接近于0，考虑到实际的波导横向扩散会比较大协始蚶”¨¨¨¨蚣图3．14R=12000tm圆环的耦合率与gap的关而对于弯曲半径为500um的环，在BeamProp下模拟结果很不稳定，为优的gap根据上面几节的讨论，设计了图3．15的版图(a)徽环谐振器结构版(b)与Y分支耦合韵集成光学陀螺版图3．15版根据上面几节的讨论，设计了图3．15的版图(a)徽环谐振器结构版(b)与Y分支耦合韵集成光学陀螺版图3．15版1、张小康，廖常俊，刘颂豪，“波导弯曲半径与弯曲损耗的关系”光于号锻第33卷第2期，2004年2月，P147—2、Single-ModelingMicro-8．1998，P1433-J．H．Harris，‘'Analysis3、M．Heiblumopticaltr'&nsformation,”1EEEJ．Ouant．Electron．，v01．48，9．1969，P2071-4、LossesinNO．2，2．2002，P164-MarioMelloni，Federieo BendModeCharacteristicsinJ．Lightwave．TechnoLVOL．19，NO．4，4．2001，P571—6、andC．D．W。Wilkinson,“Integratedopticalwaveguidingbysilverion-exchangeinglass2DirectionalcouplerandV01．22，No．12。6．1983，P1929-7、Chang,Alan microringresonators”，Opti．Engineering,V01．44，No．8，084601-PP．1-ofcircular8、coupledmode6、andC．D．W。Wilkinson,“Integratedopticalwaveguidingbysilverion-exchangeinglass2DirectionalcouplerandV01．22，No．12。6．1983，P1929-7、Chang,Alan microringresonators”，Opti．Engineering,V01．44，No．8，084601-PP．1-ofcircular8、coupledmodetheory'’，印瞳 frexiucncy2-9、ChristiAnalysis：AWHey-IntersciencePublication,NewProcessing10、Jos6Chen,‘'Multiwavelengthopticalsignalusingringresonators”，IEEEPhoton．Techn01．Lett．，V01．14，No．5，pp．654—oon,JacobScheuer,ShayanMookherjea,George11、 microringcoupled-12、Landobasa,StevanusDarmawan，Mce·KoyChin,"Matrixanalysisfilters’：IEEEJ．QuantumNo．11，pp．1410-Cheo,Ynag-juiChen,“Generalring-analysisandcharactefizmionbYcharacteristic23，No．2，PP．915-14、Chert,Yung-devices"，IEEENo．2，pp．458-第四章玻璃基微环的制作与结第四章玻璃基微环的制作与结首先清洗玻璃基片；然后溅射铝掩膜；再旋涂光刻胶后紫外曝光，如图图4．1玻璃基微环离子交换工艺择交换熔源及其混合比例，恰当控制交换时间和交换温度[1宽带ASE光源(图4-3左)作为器件测试的输入光源，输出光谱合入器宽带ASE光源(图4-3左)作为器件测试的输入光源，输出光谱合入器件圉4．2玻璃基微环的测试设备示意图4．3宽带ASE光源与光谱分析维调节架进行位置扫描，找到最佳的耦合位置，光功率计的另一个读数厶=Po【4．1替，功率计得到的读数为只。(dBm)。则耦合损耗Lc，(dBm)k=只鲫波导的传输损耗就由下式计算得到，，为波导的长【4．2工P(dBm)=(‘一【4．3对1．3节所提到的交换源离子比较表明494．3．1一次交换一表4．IBK7，0．5％摩尔浓度一对1．3节所提到的交换源离子比较表明494．3．1一次交换一表4．IBK7，0．5％摩尔浓度一次交换条溶Ag300-交换时间一次交图和通光结果如图4．4图 BK7，n5％摩尔浓度一次交换后端面191wa×9．5mn；通光呈现多表4．2图4．5的测试结l23456789序直间428【66㈣坏坏测-一----表4．2图4．5的测试结l23456789序直间428【66㈣坏坏测-一----直波导损耗4．IdB／em；有小环耦合直波导损耗dB／em；有小环耦合s波导损耗但是R=500um的圆环和跑道型结构，未观察到谐振现象，图4．6所示。御1'5图4．6无谐振现象的波导4与14图4．7R=3000um的微环谐振腔版表43圈4．7的测试结波导类传输损波导序插入损测量值12-1．5／-表43圈4．7的测试结波导类传输损波导序插入损测量值12-1．5／-3B4-直56．6．1／-参考表4．3下计算直波导的传输损耗：1．7dB／em；有小环耦合的直波导传输损耗R=3000um，有明显的谐振现象，测试光谱如图4．8圈4．8R=3000uw微环的输出光谱根据图4．8，WG4(间距4urn)，厶咖耦合比例-耦合比例环强度损耗因子v=o．145(-16．8dB，一Y=0．049(-26．9dB，一WG4(间距4urn)，厶咖耦合比例-耦合比例环强度损耗因子v=o．145(-16．8dB，一Y=0．049(-26．9dB，一图4．9图4．8中波导3、4的拟和曲比较图1．9中两个有谐振现象的环，发现3与环的耦合间距比4耦合系数也较小，而且损耗也比较小，得到7更高的F和Q，和2．4节的分析致。但是消光比仅有2．5dB，比波导4的8dB低至1．7dB／cm，如果进行二次交换损耗可能会更低；但是R=3000um的环损有8．9dB／cra，s弯曲(曲率半径约为1200urn)波导损耗也很大，推测R=500um表 BK7和B270，1％和2％摩尔浓度一次交换条溶300-一次交在表4．4的交换条件下，扩散后波导的宽度和深度可见相同的条件下波导在BK7会比B270要更宽更深一些，对同一种玻璃银离浓度高扩散的要稍微宽和深一些。横向扩散严重，光斑呈现多模，结果如图4．10图4．10l％，B270和BK7通光结果光源输出：6．48dBml光纤对光纤：3．0dBm@1310rim(单模vs．单模图4．ItR=3500um徽环谐振腔版表4．5嚣4．11的测试结孜导问距洋片样片洋片样片4片洋片5可见相同的条件下波导在BK7会比B270要更宽更深一些，对同一种玻璃银离浓度高扩散的要稍微宽和深一些。横向扩散严重，光斑呈现多模，结果如图4．10图4．10l％，B270和BK7通光结果光源输出：6．48dBml光纤对光纤：3．0dBm@1310rim(单模vs．单模图4．ItR=3500um徽环谐振腔版表4．5嚣4．11的测试结孜导问距洋片样片洋片样片4片洋片5样片样片输损传输传输话耗P‰口单：dB／cm)单【-lS0，．17l-16，72--13．S—'-3．8．6／--13．0／-r-．10．矾．26．2．8．1／6．1坏4-直5--10．8／--坏坏坏5．8．6卜相同的玻璃，不同的浓度比较发现，直波导l％的损耗低，有环耦合或弯波导的2％的损耗低。详细的测试结果如下样片—盖2《世§15●¨1a砒WI．【n样片—盖2《世§15●¨1a砒WI．【n圈4．12对Ag+2％B270徽环4连续三次扫描的输出1aH观察图4．12，在对波导的连续三次扫描中，测量值降低了O．IdB，可见测平台是有波动的，但是还算相对稳定。对其进行曲线拟合Fs脚．0694nm,厶->ng=1．574，K=0．928，Y=o．00459(-45．7dB／eircle,- dB／em)，F-'-分析损耗对幅度响应、群时延和归一化色散的影巾，=而H2=(IY,2+r',2-2+一矿cos(wT))．／(1+p2+pA2-2。越接近，现象越明显。当P<r时，群越接近，现象越明显。当P<r时，群时延的变化则和无损耗时的一样，耦合越小群时延的最大值越大，尖峰也越陡越窄。由图4．14可以看到，p>y，=三毫图4．14圈4．12中波导4的拟和色散特Ej样片f量口图 25，BK7；；；瞬4的输出光谱特圈4，16图4．15中波导4的拟和曲圈4，16图4．15中波导4的拟和曲应幅度比图4．14略大，群时延也更凹i岂i‘l，．a图4．17圈4．15中波导4的拟和色散特样片P要'图4．1825，B270微环2的输出光对图4．18进行曲线拟合，如图对图4．18进行曲线拟合，如图4．19，表明多模现象明显，很难拟FSR=0．0691nm,厶图4．19围4．18中波导2的拟和曲样片—E∞p】芷堪50正V也I图4．201％，BK7微环2的输出光谱响对图4．20进行曲线拟合，图4．21o兰星耋o邑图o兰星耋o邑图4．21对图4．加中的波导2拟和色散特样片一111日2z图4．22箍，BK7徽环2的输出光谱特图4．22曲线拟和图拟合后的色散特．弓毛a-善t上暑芏图4．23图4．22中波导2的拟和色散特表4．6工艺条件对FSR、ng的影Ag+浓样片序材拟合后的色散特．弓毛a-善t上暑芏图4．23图4．22中波导2的拟和色散特表4．6工艺条件对FSR、ng的影Ag+浓样片序材124564．3．11、表4．6表明提高银离子浓度会使波导的ng上升，B270的折射率比BK7大2、波导存在很多模式，对拟合带来难大K9玻璃的成分与BK7是一致的，主要含有S05，B203，Na20，K20学折射率为K9玻璃的成分与BK7是一致的，主要含有S05，B203，Na20，K20学折射率为1．516。由1．3节可知K+一№+交换不用像如+一№+交换还要控混合熔液，适当增加r的浓度，希望能制作单模波 2％摩尔浓度一次交换条溶Ag2300-交换时间一次交4．24。波导表面呈现明显的银线，通光测试结果表明几乎都通光，而且光斑亮，近似单图 K9，2％摩尔浓度一次交换后端面图4．25R=3500um的微环谐振腔版表4．8图4．25的测试结7l234568间距弯曲弯曲直8(跑道8测量值单--—-．2．7．8．8多-传输损表4．8图4．25的测试结7l234568间距弯曲弯曲直8(跑道8测量值单--—-．2．7．8．8多-传输损9■剃t州t54“1*∞■tli弧2’g¨*■■■b●1’■■*■nl'g虻'删∞哪*椰∞■J懒O∞蛳∞瞰'5●¨'■¨tf,乩_q●咖图4．26磊。K9徽环l、3和4的输出的小环第一次现谐振现象，对它进行曲线拟->ng=1．574，finesse=2，Q=6000，K=o．35，Y=0．21(-13．56dB／circle，-图4．27圈4．26中波导I的拟和曲->ng=1．574，finesse=2,Q嗡500，it=o．66，Y=o．17(一15．39dB／circle，-图4．28圈4．26中波导3的拟和曲图4．29R=500um的环形和跑道型徽环谐振腔版表4．9图4．29的测试结波导序645789图4．27圈4．26中波导I的拟和曲->ng=1．574，finesse=2,Q嗡500，it=o．66，Y=o．17(一15．39dB／circle，-图4．28圈4．26中波导3的拟和曲图4．29R=500um的环形和跑道型徽环谐振腔版表4．9图4．29的测试结波导序6457891516-2宣6S坏----·14。-多---■■■■r■■■■knh图4．30器，K9■■■■r■■■■knh图4．30器，K9跑道型微环的输出光谱特WGl2：FSR=0．36nm．△A=0．1图4．3l图4．30中波导12的拟和WGl3：->K；o．16，Y：o．14(一17．1dB／eirele，-图4．32图4．30中波导13的拟和艟舶埘：舶耵蓦鹕m瑚朋1547，5图4．33艟舶埘：舶耵蓦鹕m瑚朋1547，5图4．3325，鹤，R=500tm微环的谐振与非谐振现WG4：=>K=o．93，Y=o．04(-27．9dB／circle，一图4．34圈4．33中波导4的拟和曲图4．35R=3500um的徽环谐振腔版浙江大学硕十学位论表410图4．35的测试结1测量值(dBm)单／2弯曲浙江大学硕十学位论表410图4．35的测试结1测量值(dBm)单／2弯曲-34直58弯曲9E∞p『§图2％，K9微环l、4的输出光谱特WG4：FSR=O．069nm，厶550．03nm，△五_>ng=1．583，K=O．46，Y=o．11(一19．2dB／circle，-8．72dB／cm)，F21．9，Q54．3+10“4图4．37图436中波导4的拟和曲图4．38级联的Add／Drop滤波器版波导序波导类测量值图4．38级联的Add／Drop滤波器版波导序波导类测量值'5E∞i-∞ lW，5峥m∞1Ⅻ1圈4．3921‘，K9级联微环1的输出光谱特15dB／em；含R=3500弯曲的波导损耗为8dB／em2、R=500的环只有gap=2、4有谐振现象，其余的6、9、10均没有谐振现象跑道型的gap=4、6有谐振现象；R=3000的环gap=4的有谐振的gap=4、8有谐振现象，gap=6的没有315dB／em；含R=3500弯曲的波导损耗为8dB／em2、R=500的环只有gap=2、4有谐振现象，其余的6、9、10均没有谐振现象跑道型的gap=4、6有谐振现象；R=3000的环gap=4的有谐振的gap=4、8有谐振现象，gap=6的没有3、对拟和比较好的结果列表4．12，可见有效折射率可达1．58，K9玻璃的折射为1．516，折射率差可达O．07。其中R=500的跑道型的损耗最小袭K9上微环的损耗与有效折射率的比较列，计算值／测试弯损耗值-r2-2培-6-44—4．3表4．13zO的二次交换条溶交换温交换时间Ag浓，电流一次交200-l2二次交10一经过测试表明经二次交换的1．0．3％Z0的直波导平均损耗：3．13dB／cm，有环耦合的直经过测试表明经二次交换的1．0．3％Z0的直波导平均损耗：3．13dB／cm，有环耦合的直波导损耗要稍大2．光不通过s弯曲波导，因为O．3％的银离子浓度太低导致折射率差过小，曲损耗过大，无法测量。提高银离子浓度至l％和2％的样片由于蒸的铝太薄，出现平板波导3．所有环都没有谐振现象图4．40光刻后显徽镜下看到的波导图4．40中的痕迹和交叉处的黑色斑点是由于上次光刻后留下的。上次由玻璃没有清洗干净导致蒸镀的铝掩膜不够致密，从而光刻失败。后来发现使射的铝掩膜光刻质量很好。溅射的铝膜，中间比四周微微泛白，但是表面干密，涂胶和前烘后光刻胶表面都干净平整，光刻显影后，图形清晰，波导完整表4．14ZI，2％摩尔浓度二次交溶交换温度／Eg流2一次交二次交2-图Z1，2％摩尔浓度一次交换图Z1，2％摩尔浓度一次交换后端面26urn×18Sum：通光呈现在光学显微镜下观察到的波导端面和通光结果如图4．41，电场掩埋使波导银线分布在波导两侧的说法，会增加波导的传输损耗，如图4．42(a)(4)加电场后zl波导(b)一次交换BK7和B270上波导图4．43R=3500um的微环谐振腔版表4．15图4．43的测试结l测量值89l表4．15图4．43的测试结l测量值89l25弯曲6 ●瑚●●枷'“’●●s●’■¨；蕾-mla珥图4t44荔，Zl微环2的输出光谱特对图4．44的WG2进行曲线拟和：FSR=O．072rim，根据FSR=计算有f=22．85dB／eirele(．10．4dB／cm)。图4．45图4．“中波导2的拟和曲圉4，46R=3500um级联微环谐振腔表416圈4．46的测试结l波导间距I测表416圈4．46的测试结l波导间距I测量值l2直波6槲枷靴盖2$t&舶舢15怕 w●¨k叫图4．47器，Z1缎联徽环1的输出光谱特FsI㈤．072nm，=>ng=1．5173，耦合比例K=0．93，强度损耗因子Y=0．017，据f=20l0910，，计算有f=35．4dB／eirele(一16dB／em)圉4．48对图4，47中的波导I拟和曲图4．49器，Zl级联微环l的输出光谱特图4．49器，Zl级联微环l的输出光谱特算有f=-26dB／circle(-II．9dB／cm)圈4．50瞄4．49中波导1的拟和曲2、交换后波导宽度和深度的控制，希望为9urn左右与单模光纤相匹配，决要根据不同的熔液浓度改变交换时间率差变小4、比较图4．47和4．49可见，在不同中心波长处折射率、耦合系数和损耗不实验现象2、BK7(0．5％，l％，2叼和m700％2％)都没有银线3、K9(O．5％，1％，2％)，Z1(2％)都有明显实验现象2、BK7(0．5％，l％，2叼和m700％2％)都没有银线3、K9(O．5％，1％，2％)，Z1(2％)都有明显的银线4、 500，gap--2、4和R=3000um、3500urn圆环都有明显的谐振现象500的跑道型结构 4、6有较好的谐振现象，两个级联的圆环和一个结构有明显谐振滤波l、一次交换后波导表面会展宽2um左右，可以制作折射率差为O．07的单模波导3、波导表面所带来的损耗很对采用一次交换技术的不同玻璃材料不同银离子浓度的直波导行比较，作图4．51，可见对同一种玻璃，直波导的传输损耗随着银离子浓度的高而增大。但是R=3500的弯曲损耗，基于BK7玻璃的制作结果可以看到随银离子浓度的提高，弯曲损耗会减小，这些结论都与文献【2】中所提到的～致图4．51不同玻璃基底上不同银离子浓度直波导的传输损根据OSA的测试光谱获得的FSR计算有效折射率Neff,图4．52发现对于BK7同一种玻璃折射率随着银离子浓度的提高而增大，B270更容易到高的有效折射率，二次交换的有效折射率会更啊图4．52不同浓度银离子浓度在不同玻璃基底上交换波导有效折射率比对于R=3500mn的环，在所尝试的几种玻璃上制作，不同的工系数不同，损耗也不同，但精细度几乎都是2，Q达4．10A4，消光比各异，如4．17所示。要想进一步提高器件的性能，首先要降低损耗，然后在工艺上保证表4．17耦到高的有效折射率，二次交换的有效折射率会更啊图4．52不同浓度银离子浓度在不同玻璃基底上交换波导有效折射率比对于R=3500mn的环，在所尝试的几种玻璃上制作，不同的工系数不同，损