波分复用系统中的关键元件之一是波分复用器,它对系统容量和系统传输质量有决定性的影响。本论文对最具发展潜力的两种平面光波导波分复用器件——蚀刻衍射光栅(EDG)和阵列波导光栅(AWG)器件进行了研究,研究目的是提高器件性能、简化器件制作工艺、降低器件制作成本。 从理论上分析了EDG器件的特性。1、从凹面光栅的成像分析出发,研究其各级像差的解析表达式,给出了多点消像差的设计方法。2、利用时域有限差分法对光栅的后向衍射效率进行了分析,比较了全内反射(TIR)光栅结构和普通光栅在后向衍射效率上的差别,及其适用范围。3、分析了工艺误差对器件性能的影响。 研究了器件性能的改善方法。1、利用两点消像差的方法对EDG器件的结构设计进行了改进,改善了多通道数EDG各通道的均匀性。2、用多光栅的方法实现了EDG器件的频谱响应平坦化。3、设计了平场型EDG器件,简化了制作工艺。4、用高掺杂的硼磷硅玻璃(BPSG)薄膜做波导的覆盖层,从而减小AWG器件的偏振敏感性。 在硅基二氧化硅波导制作技术的基础上,进行了这两种集成型波分复用器件的实验制作。在制作中采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法淀积氧化硅薄膜,lift-off方法制作金属掩膜,以及感应耦合等离子(ICP)刻蚀方法进行光波导刻蚀。对芯片性能进行了检测,取得了初步实验结果。 为降低器件的制作成本,设计并制作了基于K~+-Na~+离子交换波导的器件。通过有限差分方法分析离子交换过程,计算了这种波导结构的弯曲损耗,对其结构和工艺参数进行了优化。 总之,本文在理论和实验上研究了光栅型平面波导波分复用器件,提出了改善其性能的方法并取得了初步的实验结果,这些结果对发展高性能、实用化的芯片有重要意义。