集成光学波导光栅探究进展.pdfVIP

集成光学波导光棚研究进展 徐迈 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033) 摘要：报道了20世纪80年代以来，研究组在集成光学波导光栅研究领域的主要工作及研究成果。其中包括集成光学波导光栅的 制备研究，若干非线形波导光栅器件研究，高效体相位全息布拉格光栅．光导板的耦合互连，单片集成波导光栅波分复用等。 这些研究工作为光通信、光计算、光传感和光学信息处理等应用领域提供小型化、低功耗、超快速全光型器件奠定了技术基础． 关键词：光波导：周期结构；光栅耦合器；全息布拉格光栅；光学互连 中图分类号：TN256PACC：4282文献标识码：A l引言 首次实现的集成光学周期结构器件。1977年美国南加州大学 在周期结构(光栅)媒质中，波的传播特性是物理学的 Yariv最早把Dakss双光路干涉曝光系统中的一路插入柱面透镜 基本问题之一。在集成光学领域内，波导中的光栅更具有特 形成会聚光与平行光干涉曝光，制备出了波导变周期光栅， 别重要的意义。因为薄膜光波导把光束截面限制在光波长量 实现了导波的空间聚焦；同年美国Bell实验室Tian在Dakss干 级的范围内，提供了光的一维或多维无衍射传播，波导中传 涉曝光系统的基础上，在两个光路上插入柱面透镜，形成双 播的导波和制备在波导上的光栅发生矢量相互作用。通过光 会聚干涉曝光，在波导内制备出了光学共振器。这是截止20 栅材料与光栅结构参数(折射率，周期，形状)的变化，可 世纪80年代中期三种最典型的全息干涉曝光系统，加上反应 根据人们需要任意改变导波的传输行为。因而不同材料和结 离子蚀刻或化学蚀刻技术，可以对各种材料体系的波导进行 构的光栅起到了各种不同集成光学元件的作用。与常规体光 光栅的制备。但上述三种装置有其技术局限性。首先，实用 学器件相对比，如透镜，棱镜，反射镜，分束器，滤波器， 化非线性波导光栅多运转在半导体激光的红外波段，因为只 光栅等都具有不同的结构和形状。而在集成光学系统中，仅 有导波器件与半导体激光器兼容才能真正实现结构紧凑，系 光栅这种单一结构形式就可以实现导波光的耦合，分束，反 统小型化。而红外波段的波导光栅需要较长周期，传统的双 射，滤波，聚焦，衍射分光等各种功能。只不过不同的集成 光路干涉仪两相干光束的夹角不能太小，因为小夹角(近似 光学器件，其光栅的周期与形状各不相同而已。可见，波导 平行光)曝光造成光路太长，使样品远离光学平台，也使系 光栅在集成光学乃至灵巧结构的微光机电系统中的应用前景 统大大降低了抗干扰性。再者，双光路曝光干涉仪元件多， 十分诱人。 光路复杂，调速困难，且不同形状的光栅掩膜需用不同的干 由于波导材料体系繁多，如玻璃，铁电体材料 涉仪制备。针对上述问题，我们在1985年提出罗埃(Lloyd’ s)曝光干涉仪的设计。 (LiNb03，LiTa03等)，半导体材料(Si，GaAa／GaAIAs等) 和有机高分子材料等，因此，波导光栅器件性能各异，种类 十分广泛。为在不同材料上实现人们所需要的各种功能，除 2集成光学波导光棚的制备。 设计等周期直条纹光栅外，某些应用还要求光栅有变周期 2．1罗埃曝光干涉仪的提出 u 为在10．6m激光波长下制备InSb波导光栅耦合器，根据 (chirp)，弧形(curve)等多种结构和形状。而且，不同波导 llm左右。我们采用He．Cd激 光栅有不同的特性要求，对波导光栅周期的设计也有各种不 空气导模耦合设计光栅周期为2．5 同参数的选择。这就给制备技术提出了要求，即装置要有多 光0．4416pm波长作全息曝光光源，根据方程 功能性，灵活性，调整方便，精度高，适应范围广等。一般 A等去 缇” 所采用的方法是全息干涉曝光与反应离子蚀刻技术，电子束 写入技术，相位掩膜曝光技术等。