低弯曲损耗与传播损耗之新型波导.PDF

行 精 類 行 年年 行 立 參理 理 理良 理 利 年 年 ■ 成 果報告 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 □期中進度報告 低彎曲損耗與傳播損耗之新型波導 計畫類別 ：■個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號 ：NSC 97 －2221 －E －024 －002 － 執行期間 ： 97 年 8 月 1 日至 98 年 11 月 30 日 計畫主持人 ：許志維 共同主持人： 計畫參與人員 ：陳宥均 、曾大維及莊光良 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交 )：■精簡報告 □完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件： □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 處理方式 ：除產學合作研究計畫 、提升產業技術及人才培育研究計畫 、 列管計畫及下列情形者外 ，得立即公開查詢 □涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢 執行單位 ：國立台南大學電機工程學系 中 華 民 國 99 年 2 月 23 日 中英文摘要 ： 本報告透過理論分析探討本計畫所提出的新型波導結構的波傳特性 ，包含了傳播損耗 與彎曲損耗。此新型波導的創新之處在波導芯與基板中間加入一層折射率相對低的薄膜 ， 而波導芯折射率須略大於基板。則波導模態的能量分佈將因為此薄膜而大部分局限在波導 芯中，而使得波導芯與空氣的界面可以獲得極小的彎曲損耗。但是薄膜厚度必須足夠薄 ， 才能使垂直方向仍維持為弱導光效應，避免出現高階模態 。 透過模擬結果可以達到傳播損耗0.1dB/cm ，曲率半徑等於 1 mm時之 90度彎曲損耗 0.1dB/cm 。 關鍵字 ： 彎曲損耗 、單模條件 、波導 、傳播損耗 報告內容 ： 目前積體光學波導發展的主要趨勢在於如何降低彎曲損耗以提升積體整合之功效 ，而 同時又能保有波導元件低插入損耗的基本特性 。近年來學術界有提出少數的高效率之波導 彎曲微結構來克服彎曲損耗之問題 ，常見之手法包括光子晶體波導技術 ，或是傳統波導彎 曲傳播時的共振腔與反射鏡設計 、挖空波導之披覆層等。其中光子晶體波導技術是利用光 只能沿著週期性結構的缺陷方向傳播 ，因此 90o 等大角度彎曲時可以避免光向外側漏，因 而抑制彎曲損耗。這雖然是光子晶體技術的迷人特性 ，然而卻須要高超的製程工藝技術才 能避免傳播損耗過大 。其他傳統波導所採用的技術主要在波導彎曲時加大波導芯與外側匹 覆層的折射率反差 ，經過適當設計就可以降低彎曲損耗 ，然而在波導彎曲區域都需要額外 的製程加工處理 ，徒增設計與製作之複雜度而無法進一步降低成本 。 根據已經本執行完畢的國科會計畫 ，我們提出新型的波導結構 ，此設計不僅可以滿足 大面積的單模態波導，同時在垂直向的光場也都能集中在波導芯 (core)內 ，因而有良好的傳 播特性 。大面積的波導可以降低與光纖的耦合損耗及降低蝕刻後表面粗糙的引起的傳播損 耗 ，但是要做到單模態必須使用低折射率對比或使用脊型結構 ，然而這些結構的光場往往 會有相當比例擴散至波導外的披覆層 (cladding)或 基板(substrate) ，不僅容易受製程誤差 、材 料損耗的影響 ，更使波導彎曲