平面波導(dǎo)光分路器技術(shù)

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1、平面光波導(dǎo)(PLC)分路器技術(shù)1．平面光波導(dǎo)技術(shù)和應(yīng)用21.1平面光波導(dǎo)材料21.2平面光波導(dǎo)工藝31.3平面光波導(dǎo)的應(yīng)用42FTTH核心器件---光分路器的分類及介紹62.1熔融拉錐光纖分路器(FusedFiberSplitter)62.2平面光波導(dǎo)功率分路器(PLCOpticalPowerSplitter)72.3兩種光分路器的總結(jié)73全球FTTH大發(fā)展下的PLC光分路器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀83.1國外FTTH發(fā)展現(xiàn)狀83.2國內(nèi)FTTH發(fā)展現(xiàn)狀83.3FTTH發(fā)展與PLC產(chǎn)業(yè)93.4國內(nèi)PLC產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀93.4.1PLC芯

2、片93.4.2光纖陣列93.4.3器件封裝103.4.4對國內(nèi)PLC產(chǎn)業(yè)的一些思考104平面光波導(dǎo)(PLC)分路器封裝技術(shù)114.1PLC分路器的制作114.2PLC分路器封裝技術(shù)114.2.11×8分支PLC分路器的封裝124.3光分路器對準(zhǔn)封裝系統(tǒng)135.光分路器技術(shù)指標(biāo)135.1插入損耗135.2附加損耗135.3分光比145.4隔離度146.常見PLC光分路器產(chǎn)品147.PLC光分路器認證實施規(guī)則148FTTH光分路器觀察：熱點歸熱點市場歸市場15平面光波導(dǎo)(PLC)分路器技術(shù)1．平面光波導(dǎo)技術(shù)和應(yīng)用隨著FTT

3、H的蓬勃發(fā)展，PLC(PlanarLightwaveCircuit,平面光路)已經(jīng)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(yīng)用多種多樣，下面略作介紹。1.1平面光波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其波導(dǎo)特性如表2所示。圖1.PLC光

4、波導(dǎo)常用材料表2.PLC光波導(dǎo)常用材料特性鈮酸鋰波導(dǎo)是通過在鈮酸鋰晶體上擴散Ti離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴散型。InP波導(dǎo)以InP為襯底和下包層，以InGaAsP為芯層，以InP或者InP/空氣為上包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜的SiO2材料為芯層和包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。SOI波導(dǎo)是在SOI基片上制作，稱底、下包層、芯層和上包層材料分別為Si、SiO2、Si和空氣，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊形。聚合物波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜濃度的Polymer材料為芯層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。玻璃波導(dǎo)是

5、通過在玻璃材料上擴散Ag離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴散型。1.2平面光波導(dǎo)工藝　　以上六種常用的PLC光波導(dǎo)材料中，InP波導(dǎo)、二氧化硅波導(dǎo)、SOI波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)以刻蝕工藝制作，鈮酸鋰波導(dǎo)和玻璃波導(dǎo)以離子擴散工藝制作，下面分別以二氧化硅波導(dǎo)和玻璃波導(dǎo)為例，介紹兩類波導(dǎo)工藝?！　《趸韫獠▽?dǎo)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(xué)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(dǎo)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

6、層SiO2，作為波導(dǎo)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(dǎo)圖形用光刻膠保護起來，如圖2（e）所示；(5)采用反應(yīng)離子刻蝕（RIE）工藝，將非波導(dǎo)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(dǎo)芯層上再覆蓋一層SiO2，其中摻雜磷、硼離子，作為波導(dǎo)上包層，如圖2（g）所示；(7)通過褪火硬化工藝，使上包層SiO2變得致密均勻，如圖2（h）所示。二氧化硅波導(dǎo)工藝中

7、的幾個關(guān)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(zhǔn)確，以達到設(shè)計的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡量減少材料內(nèi)部的殘留應(yīng)力，以降低波導(dǎo)的雙折射效應(yīng)；(2)RIE刻蝕工藝，要得到陡直且光滑的波導(dǎo)側(cè)壁，以降低波導(dǎo)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(shè)計時的補償依據(jù)。圖2.二氧化硅光波導(dǎo)的制作工藝　　玻璃光波導(dǎo)的制作工藝如圖3所示，整個工藝分為五步：圖3.玻璃光波導(dǎo)的制作工藝(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

8、)進行光刻，將需要的波導(dǎo)圖形用光刻膠保護起來，如圖3（c）所示；(3)采用化學(xué)腐蝕，將波導(dǎo)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(dāng)?shù)臏囟认逻M行離子交換，如圖3（e）所示，Ag+離子提升折射率，得到如圖4（f）所示的溝道型光波導(dǎo)；(5)對溝道型光波導(dǎo)施以電場，將Ag+離