论文部分内容阅读
阵列波导光栅(AWG)解调是一种新型光纤光栅(FBG)解调方法，可同时用于静态或动态信号的测量，有利于实现多点传感信号的准分布式测量。通过将解调系统包括光源、耦合器、AWG、光电探测器在内的异构集成可以实现解调系统的微型化、紧凑化。但是，传统的FBG解调用AWG体积较大，无法实现微系统集成，采用SOI晶片制备小尺寸、低损耗、低串扰的AWG使FBG解调系统异构集成为了可能。
本文对硅纳米线AWG的设计和制备进行了研究，首先分析了AWG的结构组成，通过对衍射级数、相邻阵列波导的长度差、平板波导的焦距、自由光谱区的参数设计与模拟，基于光束传输法的传输理论，优化设计出了1×8硅纳米线AWG。该硅纳米线AWG为传统型AWG结构，波导宽度为0.35μm，器件尺寸仅为267μm×259μm。仿真结果表明，本文所优化设计的硅纳米线AWG的损耗仅为3.037 dB且串扰仅为10.658 dB，相比于同等微米级的AWG，损耗和串扰均有所减小。考虑到器件与光纤之间的耦合，本文设计了总长度为100μm，楔形波导部分为90μm，波导宽度由0.35μm渐变至6μm的模斑转换器，仿真分析了模斑转换器对光强效率传输的影响，解决了片上集成微系统中光波导与光纤的耦合问题。基于SOITECH公司顶层Si厚度为220 nm，掩埋SiO2厚度为2μm的SOI材料，通过新加坡微电子所的代工，利用电子束曝光及反应耦合等离子工艺，完成了硅纳米线AWG的制备。在掌握光传输耦合理论的基础上，对所制备完成的硅纳米线AWG进行了光学测试，采用光波导对准平台匹配光纤与光波导间的模场，由光源发出的光，通过模斑转换器耦合进入硅纳米AWG，观察光经过AWG传输后的光强及输出频谱的变化。实验结果表明，AWG的通光性良好，输出光谱与仿真输出光谱一致，适用于FBG解调系统。