隨著FTTH的蓬勃發(fā)展,PLC(Planar Lightwave Circuit,平面光路)已經成為光通信行業(yè)使用頻率最高的詞匯之一,而PLC的概念并不限于我們光通信人所熟知的光分路器和AWG,其材料、工藝和應用多種多樣,本文略作介紹。
1.平面光波導材料
PLC光器件一般在六種材料上制作,它們是:鈮酸鋰(LiNbO3)、Ⅲ-Ⅴ族半導體化合物、二氧化硅(SiO2)、SOI(Silicon-on-Insulator, 絕緣體上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃,各種材料上制作的波導結構如圖1所示,其波導特性如表1所示。
2.平面光波導工藝
以上六種常用的PLC光波導材料中,InP波導、二氧化硅波導、SOI波導和聚合物波導以刻蝕工藝制作,鈮酸鋰波導和玻璃波導以離子擴散工藝制作,下面分別以二氧化硅波導和玻璃波導為例,介紹兩類波導工藝。
二氧化硅光波導的制作工藝如圖2所示,整個工藝分為七步:
1)采用火焰水解法(FHD)或者化學氣相淀積工藝(CVD),在硅片上生長一層SiO2,其中摻雜磷、硼離子,作為波導下包層,如圖2(b)所示;
2)采用FHD或者CVD工藝,在下包層上再生長一層SiO2,作為波導芯層,其中摻雜鍺離子,獲得需要的折射率差,如圖2(c)所示;
3)通過退火硬化工藝,使前面生長的兩層SiO2變得致密均勻,如圖2(d)所示。
4)進行光刻,將需要的波導圖形用光刻膠保護起來,如圖2(e)所示;
5)采用反應離子刻蝕(RIE)工藝,將非波導區(qū)域刻蝕掉,如圖2(f)所示;
6)去掉光刻膠,采用FHD或者CVD工藝,在波導芯層上再覆蓋一層SiO2,其中摻雜磷、硼離子,作為波導上包層,如圖2(g)所示;
7)通過退火硬化工藝,使上包層SiO2變得致密均勻,如圖2(h)所示。
二氧化硅波導工藝中的幾個關鍵點:
1)材料生長和退火硬化工藝,要使每層材料的厚度和折射率均勻且準確,以達到設計的波導結構參數,盡量減少材料內部的殘留應力,以降低波導的雙折射效應;
2)RIE刻蝕工藝,要得到陡直且光滑的波導側壁,以降低波導的散射損耗;
3)RIE刻蝕工藝總會存在Undercut,要控制Undercut量的穩(wěn)定性,作為布版設計時的補償依據。
玻璃光波導的制作工藝如圖3所示,整個工藝分為五步:
1)在玻璃基片上濺射一層鋁,作為離子交換時的掩模層,如圖3(b)所示;
2)進行光刻,將需要的波導圖形用光刻膠保護起來,如圖3(c)所示;
3)采用化學腐蝕,將波導上部的鋁膜去掉,如圖3(d)所示;
4)將做好掩模的玻璃基片放入含Ag+-Na+離子的混合溶液中,在適當的溫度下進行離子交換,如圖3(e)所示,Ag+離子提升折射率,得到如圖3(f)所示的溝道型光波導;
5)對溝道型光波導施以電場,將Ag+離子驅向玻璃基片深處,得到掩埋型玻璃光波導,如圖3(g)所示。
3.平面光波導的應用
鈮酸鋰晶體具有良好的電光特性,在電光調制器中應用廣泛。InP材料既可以制作光有源器件又可以制作光無源器件,被視為光有源/無源器件集成的最好平臺。SOI材料在MEMS器件中應用廣泛,是光波導與MEMS混合集成的優(yōu)良平臺。聚合物波導的熱光系數是SiO2的32倍,應用在需要熱光調制的動態(tài)器件中,可以大大降低器件功耗。玻璃波導具有最低的傳輸損耗和與光纖的耦合損耗,而且成本低廉,是目前商用光分路器的主要材料。二氧化硅光波導具有良好的光學、電學、機械性能和熱穩(wěn)定性,被認為是無源光集成最有實用前景的技術途徑。
新聞來源:訊石光通訊網