第1章 光波導(dǎo)原理與器件概述

1、光導(dǎo)波原理與器件光導(dǎo)波原理與器件第第1章章 光波導(dǎo)原理與器件概述光波導(dǎo)原理與器件概述第第2章章 光波導(dǎo)的基本理論光波導(dǎo)的基本理論第第3章章 光波導(dǎo)器件與傳感器光波導(dǎo)器件與傳感器第第4章章 光波導(dǎo)的制備技術(shù)光波導(dǎo)的制備技術(shù)第第5章章 光波導(dǎo)的耦合理論與耦合器光波導(dǎo)的耦合理論與耦合器第第6章章 光波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)光波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)第第7章章 光纖和光纖技術(shù)光纖和光纖技術(shù)第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論 1.1 導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況 1.2 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn) 1.3 光波導(dǎo)器件的進(jìn)展光波導(dǎo)器件的進(jìn)展 1.4 光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)

2、展前景和趨勢(shì) 長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.1.1 導(dǎo)波光學(xué)基本概念導(dǎo)波光學(xué)基本概念 1.1.2 導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過程程 1.1 導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué) 二十世紀(jì)六十年代激光的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體二十世紀(jì)六十年代激光的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體電子學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、非線性光學(xué)等一系列新學(xué)電子學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、非線性光學(xué)等一系列新學(xué)科涌現(xiàn)出來?？朴楷F(xiàn)出來。 二十世紀(jì)七十年，由于半導(dǎo)體激光器和光二十世紀(jì)七十年，由于半導(dǎo)體激光器和光導(dǎo)纖維技術(shù)的重大突破，使以光通信、光信息導(dǎo)纖維技術(shù)的重大突破，使以光通信、光信息處理

3、、光纖傳感、光信息存儲(chǔ)與顯示等為代表處理、光纖傳感、光信息存儲(chǔ)與顯示等為代表的光信息科學(xué)與技術(shù)得到迅速發(fā)展，導(dǎo)波光學(xué)的光信息科學(xué)與技術(shù)得到迅速發(fā)展，導(dǎo)波光學(xué)已經(jīng)成為光信息科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。已經(jīng)成為光信息科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。 為了便于理解導(dǎo)波光學(xué)的含義，我們從相為了便于理解導(dǎo)波光學(xué)的含義，我們從相關(guān)的基本概念講起。關(guān)的基本概念講起。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.1.1 導(dǎo)波光學(xué)基本概念導(dǎo)波光學(xué)基本概念 1、導(dǎo)波光學(xué)：、導(dǎo)波光學(xué)：導(dǎo)波光學(xué)是研究光在光波導(dǎo)中傳輸導(dǎo)波光學(xué)是研究光在光波導(dǎo)中傳輸規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。它的研究對(duì)象是以光波導(dǎo)現(xiàn)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)

4、科。它的研究對(duì)象是以光波導(dǎo)現(xiàn)象為基礎(chǔ)的光子學(xué)和光電子學(xué)系統(tǒng)。象為基礎(chǔ)的光子學(xué)和光電子學(xué)系統(tǒng)。光波導(dǎo)：光波導(dǎo)：光波導(dǎo)一般指導(dǎo)光薄膜，定義為有一維或光波導(dǎo)一般指導(dǎo)光薄膜，定義為有一維或二維限制的狹窄的導(dǎo)光通道元器件。二維限制的狹窄的導(dǎo)光通道元器件。光子學(xué)：光子學(xué)：光子學(xué)定義為光的產(chǎn)生、發(fā)射及相互作用光子學(xué)定義為光的產(chǎn)生、發(fā)射及相互作用的微觀量子理論。的微觀量子理論。 光電子學(xué)：光電子學(xué)：光電子學(xué)是由光學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合而形光電子學(xué)是由光學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合而形成的新技術(shù)學(xué)科。成的新技術(shù)學(xué)科。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)2、集成光路：、集成光路：集成光路指在

5、光波導(dǎo)上制造微型的集成光路指在光波導(dǎo)上制造微型的光學(xué)元件，并互連耦合為具有一定功能的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)元件，并互連耦合為具有一定功能的光學(xué)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)光的發(fā)射、傳輸、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制和探測(cè)功能用以實(shí)現(xiàn)光的發(fā)射、傳輸、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制和探測(cè)功能的光路系統(tǒng)。的光路系統(tǒng)。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.1.2 導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過程導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過程 l推動(dòng)導(dǎo)波光學(xué)發(fā)展的動(dòng)力來自于人們要制造小推動(dòng)導(dǎo)波光學(xué)發(fā)展的動(dòng)力來自于人們要制造小型化光學(xué)元件和集成化光學(xué)系統(tǒng)，即制造結(jié)構(gòu)緊型化光學(xué)元件和集成化光學(xué)系統(tǒng)，即制造結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定的集成光路。湊，性能穩(wěn)定的集成光路。

6、l制造集成光路首先要解決的就是光源小型化，制造集成光路首先要解決的就是光源小型化，因此，導(dǎo)波光學(xué)是伴隨半導(dǎo)體激光器的發(fā)展而發(fā)因此，導(dǎo)波光學(xué)是伴隨半導(dǎo)體激光器的發(fā)展而發(fā)展起來的。展起來的。l1962年年7月，在固體器件研究國際會(huì)議上，美國月，在固體器件研究國際會(huì)議上，美國麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者克耶斯和奎斯特麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者克耶斯和奎斯特報(bào)告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這是半導(dǎo)體激報(bào)告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這是半導(dǎo)體激光器的雛形。光器的雛形。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)l半導(dǎo)體激光器以材料的半導(dǎo)體激光器以材料的p-n結(jié)特性為基礎(chǔ)，

7、因此，結(jié)特性為基礎(chǔ)，因此，半導(dǎo)體激光器常被稱為二極管激光器或激光二極管。半導(dǎo)體激光器常被稱為二極管激光器或激光二極管。l20世紀(jì)世紀(jì)60年代初期的半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)型激年代初期的半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)型激光器，它是在一種材料上制作的光器，它是在一種材料上制作的p-n結(jié)二極管在正向結(jié)二極管在正向大電流注入下，電子不斷地向大電流注入下，電子不斷地向p區(qū)注入，空穴不斷區(qū)注入，空穴不斷地向地向n區(qū)注入。區(qū)注入。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器，它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體

8、材料薄層，如激光器，它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層，如GaAs, GaAlAs所組成。它是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢(shì)壘所組成。它是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢(shì)壘把注入電子限制在把注入電子限制在GaAs p-n結(jié)的結(jié)的p區(qū)之內(nèi)，以此來降區(qū)之內(nèi)，以此來降低閾值電流密度，其數(shù)值比同質(zhì)結(jié)激光器降低了一個(gè)低閾值電流密度，其數(shù)值比同質(zhì)結(jié)激光器降低了一個(gè)量級(jí)，但單異質(zhì)結(jié)激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作。量級(jí)，但單異質(zhì)結(jié)激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1970年，實(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)為年，實(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)為900nm室溫連續(xù)工作的室溫連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)

9、GaAs-GaAlAs激光器。其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是激光器。其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在在p型和型和n型材料之間生長(zhǎng)了僅有型材料之間生長(zhǎng)了僅有0. 2m厚的，不摻厚的，不摻雜的，具有較窄能隙材料的一個(gè)薄層，因此注入的雜的，具有較窄能隙材料的一個(gè)薄層，因此注入的載流子被限制在該區(qū)域內(nèi)載流子被限制在該區(qū)域內(nèi)(有源區(qū)有源區(qū))，這樣注入較少，這樣注入較少的電流就可以實(shí)現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn)。的電流就可以實(shí)現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn)。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)p在半導(dǎo)體激光器件中，目前比較成熟、性能較好、在半導(dǎo)體激光器件中，目前比較成熟、性能較好、應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式應(yīng)用較

10、廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極二極管激光器。管激光器。p隨著異質(zhì)結(jié)激光器的研究發(fā)展，人們想到將超薄膜隨著異質(zhì)結(jié)激光器的研究發(fā)展，人們想到將超薄膜( 20nm)的半導(dǎo)體層作為激光器的激活層，以致于能的半導(dǎo)體層作為激光器的激活層，以致于能夠產(chǎn)生量子效應(yīng)。夠產(chǎn)生量子效應(yīng)。p由于由于MBE，MOCVD技術(shù)的成熟，在技術(shù)的成熟，在1978年出現(xiàn)了年出現(xiàn)了世界上第一只半導(dǎo)體量子阱激光器世界上第一只半導(dǎo)體量子阱激光器(QWL)。p子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器相比，具激光器相比，具有閾值電流低、輸出功率高，頻率響應(yīng)好，光譜線窄有閾值電流低、輸出功率高，頻率響應(yīng)

11、好，光譜線窄和溫度穩(wěn)定性好和較高的電光轉(zhuǎn)換效率等許多優(yōu)點(diǎn)。和溫度穩(wěn)定性好和較高的電光轉(zhuǎn)換效率等許多優(yōu)點(diǎn)。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)QWL在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是它的有源區(qū)是由多個(gè)或單在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是它的有源區(qū)是由多個(gè)或單個(gè)阱寬約為個(gè)阱寬約為10nm的勢(shì)阱所組成，由于勢(shì)阱寬度小的勢(shì)阱所組成，由于勢(shì)阱寬度小于材料中電子的德布羅意波的波長(zhǎng)，產(chǎn)生了量子效于材料中電子的德布羅意波的波長(zhǎng)，產(chǎn)生了量子效應(yīng)，連續(xù)的能帶分裂為子能級(jí)。因此，特別有利于應(yīng)，連續(xù)的能帶分裂為子能級(jí)。因此，特別有利于載流子的有效填充，所需要的激射閾值電流特別低。載流子的有效填充，所需要的激射

12、閾值電流特別低。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要是單、多量子半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要是單、多量子阱，單量子阱阱，單量子阱(SQW)激光器的結(jié)構(gòu)基本上就是把普激光器的結(jié)構(gòu)基本上就是把普通雙異質(zhì)結(jié)通雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器的有源層厚度做成數(shù)十激光器的有源層厚度做成數(shù)十nm以下的一種激光器，通常把勢(shì)壘較厚以致于相鄰勢(shì)以下的一種激光器，通常把勢(shì)壘較厚以致于相鄰勢(shì)阱中電子波函數(shù)不發(fā)生交迭的周期結(jié)構(gòu)稱為多量子阱中電子波函數(shù)不發(fā)生交迭的周期結(jié)構(gòu)稱為多量子阱阱(MQW )。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.2 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)波

13、光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn) 1.2.1 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成 1.2.2 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.2.1 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)一般由光源、耦合器、光波導(dǎo)導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)一般由光源、耦合器、光波導(dǎo)器件、光調(diào)制器和光探測(cè)器等組成。與傳統(tǒng)的、器件、光調(diào)制器和光探測(cè)器等組成。與傳統(tǒng)的、非集成的離散光學(xué)元件系統(tǒng)相比，導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)非集成的離散光學(xué)元件系統(tǒng)相比，導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和性能穩(wěn)定等特具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。點(diǎn)。 離散光學(xué)系統(tǒng)是將有一定幾何尺

14、寸的光學(xué)元器離散光學(xué)系統(tǒng)是將有一定幾何尺寸的光學(xué)元器件固定在大型的光學(xué)平臺(tái)或光具座上所構(gòu)成的光路件固定在大型的光學(xué)平臺(tái)或光具座上所構(gòu)成的光路系統(tǒng)。系統(tǒng)的大小約是幾平方米的數(shù)量級(jí)，光束的系統(tǒng)。系統(tǒng)的大小約是幾平方米的數(shù)量級(jí)，光束的粗細(xì)約為粗細(xì)約為5-10mm的范圍。光束一般通過空氣在各的范圍。光束一般通過空氣在各個(gè)光學(xué)元器件之間進(jìn)行傳輸。由于受到介質(zhì)對(duì)光的個(gè)光學(xué)元器件之間進(jìn)行傳輸。由于受到介質(zhì)對(duì)光的吸收、色散和散射等因素的影響，系統(tǒng)光能損耗較吸收、色散和散射等因素的影響，系統(tǒng)光能損耗較大，組裝、調(diào)整也比較困難。大，組裝、調(diào)整也比較困難。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理

15、工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué) 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)是在同一塊襯底上盡量制作多個(gè)微導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)是在同一塊襯底上盡量制作多個(gè)微型的光學(xué)元器件，因而不存在離散光學(xué)器件所具有的型的光學(xué)元器件，因而不存在離散光學(xué)器件所具有的組裝問題，不僅可以保持光學(xué)元器件相對(duì)位置不變，組裝問題，不僅可以保持光學(xué)元器件相對(duì)位置不變，而且對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性也比較強(qiáng)。另而且對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性也比較強(qiáng)。另外，由于各個(gè)光學(xué)元件用襯底內(nèi)部或表面上形成的光外，由于各個(gè)光學(xué)元件用襯底內(nèi)部或表面上形成的光波導(dǎo)連接起來，因此，光波容易控制和保持其能量。波導(dǎo)連接起來，因此，光波容易控制和保持其能量。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)

16、波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.2.2 導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 首先，集成光路與光纖一樣，信號(hào)的載體是光波，首先，集成光路與光纖一樣，信號(hào)的載體是光波，光波的頻率比電子手段產(chǎn)生的電磁振蕩高得多，因光波的頻率比電子手段產(chǎn)生的電磁振蕩高得多，因而可能加載頻帶寬極寬的信號(hào)，而且避免了電路的而可能加載頻帶寬極寬的信號(hào)，而且避免了電路的導(dǎo)線固有的電容和電感導(dǎo)致的頻率限制效應(yīng)。這樣，導(dǎo)線固有的電容和電感導(dǎo)致的頻率限制效應(yīng)。這樣，集成光路的光信號(hào)的傳輸帶寬及與此相應(yīng)的傳輸信集成光路的光信號(hào)的傳輸帶寬及與此相應(yīng)的傳輸信息量，比電子電路系統(tǒng)的電信號(hào)的傳輸帶寬和信息息量，比電子電路系統(tǒng)的電信

17、號(hào)的傳輸帶寬和信息量超過若干數(shù)量級(jí)。量超過若干數(shù)量級(jí)。導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率高、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。高、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)其次，雖然電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模和超大規(guī)其次，雖然電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的時(shí)代，但其運(yùn)算速率始終受限于固模集成電路的時(shí)代，但其運(yùn)算速率始終受限于固體電子器件中電子運(yùn)動(dòng)的速度，而光子計(jì)算機(jī)以體電子器件中電子運(yùn)動(dòng)的速度，而光子計(jì)算機(jī)以光速運(yùn)動(dòng)的光子為工作的基礎(chǔ)，其理論計(jì)算速率光速運(yùn)動(dòng)的光子為工作的基礎(chǔ)，其理論計(jì)

18、算速率可高達(dá)可高達(dá)10101011次次/秒，它比目前計(jì)算速率最快的秒，它比目前計(jì)算速率最快的電子計(jì)算機(jī)高電子計(jì)算機(jī)高1001000倍。倍。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)第三，空間上多道陣列、多頻段以致三維立體的光第三，空間上多道陣列、多頻段以致三維立體的光學(xué)存儲(chǔ)及處理的特點(diǎn)，使光存儲(chǔ)和處理的容量可達(dá)學(xué)存儲(chǔ)及處理的特點(diǎn)，使光存儲(chǔ)和處理的容量可達(dá)到到1018kbit的的“海量信息海量信息”。如果用集成光路來實(shí)。如果用集成光路來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的邏輯運(yùn)算、傳送和處理，則可制成體積現(xiàn)光信號(hào)的邏輯運(yùn)算、傳送和處理，則可制成體積小、速度快、容量大的小、速度快、容量大

19、的“全光計(jì)算機(jī)全光計(jì)算機(jī)”。光子計(jì)算。光子計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)相比有著并行處理、信號(hào)互不干擾、機(jī)與電子計(jì)算機(jī)相比有著并行處理、信號(hào)互不干擾、開關(guān)速度快、光速傳遞、寬帶以及信息容量極大的開關(guān)速度快、光速傳遞、寬帶以及信息容量極大的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)總的來說，用集成光路代替集成電路的優(yōu)點(diǎn)包括總的來說，用集成光路代替集成電路的優(yōu)點(diǎn)包括帶寬增加，波分復(fù)用，多路開關(guān)，耦合損耗小，帶寬增加，波分復(fù)用，多路開關(guān)，耦合損耗小，尺寸小，重量輕，功耗小，成批制備，可靠性高尺寸小，重量輕，功耗小，成批制備，可靠性高等。由于光和物質(zhì)的多種相互作用，

20、還可以在集等。由于光和物質(zhì)的多種相互作用，還可以在集成光路的構(gòu)成中，利用諸如光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、成光路的構(gòu)成中，利用諸如光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等多種物理效應(yīng)，聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等多種物理效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)新型的器件功能。實(shí)現(xiàn)新型的器件功能。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.3.1 光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器 1.3.2 光波導(dǎo)開關(guān)光波導(dǎo)開關(guān) 1.3 光波導(dǎo)器件的進(jìn)展光波導(dǎo)器件的進(jìn)展 1.3.4 高密度信息讀取器高密度信息讀取器1.3.3 光波導(dǎo)頻譜分析器光波導(dǎo)頻譜分析器 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波

21、原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)至今已經(jīng)實(shí)用化了的制成品仍然比較少。本節(jié)將對(duì)集至今已經(jīng)實(shí)用化了的制成品仍然比較少。本節(jié)將對(duì)集成光路中成熟程度比較高的若干光波導(dǎo)器件進(jìn)行介紹。成光路中成熟程度比較高的若干光波導(dǎo)器件進(jìn)行介紹。 光波導(dǎo)器件可以分為無源器件和有源器件。集成光波導(dǎo)器件可以分為無源器件和有源器件。集成光路則是將這些分立器件有機(jī)地集成在同一塊襯底上光路則是將這些分立器件有機(jī)地集成在同一塊襯底上而構(gòu)成的。而構(gòu)成的。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.3.1 光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器 在將來的相干光通信中，人們打算使用在將來的相干光通

22、信中，人們打算使用10GHz的頻帶或者更高的頻帶。為能夠制作出具有數(shù)千兆的頻帶或者更高的頻帶。為能夠制作出具有數(shù)千兆赫通帶寬度的光調(diào)制器，研究人員正進(jìn)行著不懈的赫通帶寬度的光調(diào)制器，研究人員正進(jìn)行著不懈的努力。已經(jīng)有大量的行波型光調(diào)制器的報(bào)道，它們努力。已經(jīng)有大量的行波型光調(diào)制器的報(bào)道，它們屬于馬赫澤德干涉儀型的。其調(diào)制帶寬取決于波屬于馬赫澤德干涉儀型的。其調(diào)制帶寬取決于波導(dǎo)光與微波的速度匹配程度。圖導(dǎo)光與微波的速度匹配程度。圖1.2就是一個(gè)已經(jīng)達(dá)就是一個(gè)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化水平的調(diào)制器的例子。到了實(shí)用化水平的調(diào)制器的例子。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工

23、大學(xué)第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)其插入損耗為其插入損耗為2dB，驅(qū)動(dòng)電壓為，驅(qū)動(dòng)電壓為5V，具有，具有7GHz的調(diào)的調(diào)制帶寬。用這種調(diào)制器進(jìn)行了制帶寬。用這種調(diào)制器進(jìn)行了4Gbit/s的傳輸實(shí)驗(yàn)，的傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸距離達(dá)到傳輸距離達(dá)到l32km。為了實(shí)現(xiàn)更寬帶域的速度匹配，。為了實(shí)現(xiàn)更寬帶域的速度匹配，使用圖使用圖1.2b)所示的屏蔽電極，得到了所示的屏蔽電極，得到了40GHz的帶寬的帶寬特性。特性。 另外，也有諧振型光調(diào)制器的報(bào)道，它采用約另外，也有諧振型光調(diào)制器的報(bào)道，它采用約100mW的調(diào)制輸入電功率，得到了的調(diào)制輸入電功率，得到了33-40

24、GHz帶寬的帶寬的超高速調(diào)制。超高速調(diào)制。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.3.2 光波導(dǎo)開關(guān)光波導(dǎo)開關(guān) 將多個(gè)將多個(gè)LiNbO3波導(dǎo)開關(guān)集成在同一塊襯底上，波導(dǎo)開關(guān)集成在同一塊襯底上，可以構(gòu)成具有多個(gè)輸入端和輸出端的可以構(gòu)成具有多個(gè)輸入端和輸出端的NN或者或者lN光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。其主要的應(yīng)用目標(biāo)是制作成光學(xué)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。其主要的應(yīng)用目標(biāo)是制作成未來的光纖通信系統(tǒng)中的光交換機(jī)以及時(shí)段分割未來的光纖通信系統(tǒng)中的光交換機(jī)以及時(shí)段分割通信系統(tǒng)中的發(fā)射信息與接收信息的器件。通信系統(tǒng)中的發(fā)射信息與接收信息的器件。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件

25、概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué) 1、分支型開關(guān)陣列、分支型開關(guān)陣列。在器件長(zhǎng)度比較短、適合于在器件長(zhǎng)度比較短、適合于集成化的器件中大都采用集成化的器件中大都采用LiNbO3分支開關(guān)。當(dāng)波分支開關(guān)。當(dāng)波導(dǎo)寬導(dǎo)寬4m時(shí)，電極長(zhǎng)度為時(shí)，電極長(zhǎng)度為0.8mm，即使做成如圖，即使做成如圖1.3所示的所示的14光學(xué)開關(guān)陣列，開關(guān)工作部分的長(zhǎng)光學(xué)開關(guān)陣列，開關(guān)工作部分的長(zhǎng)度也僅僅只有度也僅僅只有3mm。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)2、方向耦合器型開關(guān)陣列。、方向耦合器型開關(guān)陣列。 通常方向耦合器器件通常方向耦合器器件長(zhǎng)度約為長(zhǎng)度約為5mm，即使不要求比較嚴(yán)格的制

26、作精度，即使不要求比較嚴(yán)格的制作精度，也可以在比較低的電壓下獲得比較高的消光比，因也可以在比較低的電壓下獲得比較高的消光比，因而首先用于制作集成化光學(xué)開關(guān)陣列。圖而首先用于制作集成化光學(xué)開關(guān)陣列。圖1.4所示是所示是以以Z切割切割LiNbO3為襯底，制作出的用于為襯底，制作出的用于1.3m波長(zhǎng)波長(zhǎng)的的4X4光學(xué)開關(guān)陣列。光學(xué)開關(guān)陣列。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué) 在現(xiàn)在的光纖系統(tǒng)中，使用的幾乎都是不具有偏振在現(xiàn)在的光纖系統(tǒng)中，使用的幾乎都是不具有偏振波面保存特性的單模光纖，因此出現(xiàn)了會(huì)受到偏振波面保存特性的單模光纖，因此出現(xiàn)了會(huì)受到偏振光影響的光

27、學(xué)器件難于原封不動(dòng)地集成進(jìn)集成光路光影響的光學(xué)器件難于原封不動(dòng)地集成進(jìn)集成光路的難題。圖的難題。圖1.5所示是解決了上述難題而不受偏振光所示是解決了上述難題而不受偏振光影響的影響的88光學(xué)開關(guān)陣列例子。光學(xué)開關(guān)陣列例子。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.3.3光波導(dǎo)頻譜分析器光波導(dǎo)頻譜分析器 集成光路集成光路RF頻譜分析器是將波導(dǎo)型布拉格器件與頻譜分析器是將波導(dǎo)型布拉格器件與波導(dǎo)透鏡組合起來，對(duì)射頻波導(dǎo)透鏡組合起來，對(duì)射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析的器件，如圖析的器件，如圖1.6所示。所示。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波

28、原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1、混合型。作為寬帶域、混合型。作為寬帶域IOSA的波導(dǎo)材料，最合適的波導(dǎo)材料，最合適的是具有優(yōu)秀的高頻聲表面波濾波器的是具有優(yōu)秀的高頻聲表面波濾波器(SAW)特性的特性的LiNbO3，這時(shí)候需要將其制作成外貼光源與光檢測(cè)，這時(shí)候需要將其制作成外貼光源與光檢測(cè)器的混合型集成光路。從理論上講，這種混合集成器的混合型集成光路。從理論上講，這種混合集成光路可以做到光路可以做到1GHz的帶寬，的帶寬，1MHz的分辨率，響應(yīng)的分辨率，響應(yīng)速度為速度為lus。這些利用電先效應(yīng)的這些利用電先效應(yīng)的IOSA的缺點(diǎn)是，需要有能夠的缺點(diǎn)是，需要有能夠把時(shí)序信號(hào)變換為并行信號(hào)的

29、電子電路；但是它的把時(shí)序信號(hào)變換為并行信號(hào)的電子電路；但是它的優(yōu)點(diǎn)是具有超高速響應(yīng)的可能性。優(yōu)點(diǎn)是具有超高速響應(yīng)的可能性。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)2、準(zhǔn)單片型。、準(zhǔn)單片型。IOSA所需要的光檢測(cè)器與其它的所需要的光檢測(cè)器與其它的光學(xué)器件有可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單片集成化。作為這種準(zhǔn)光學(xué)器件有可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單片集成化。作為這種準(zhǔn)單片型單片型IOSA的襯底，選用的襯底，選用Si比較合適。雖然含有比較合適。雖然含有主檢測(cè)器的單片集成化的主檢測(cè)器的單片集成化的IOSA至今尚未制作出來，至今尚未制作出來，但是采用衍射型透鏡，制作出了將檢測(cè)器以外的但是采用衍射型透鏡，制

30、作出了將檢測(cè)器以外的器件全都集成在一起了的典型器件，而且它的正器件全都集成在一起了的典型器件，而且它的正常運(yùn)作也得到了確認(rèn)。在常運(yùn)作也得到了確認(rèn)。在IOSA之中，迄今為止在之中，迄今為止在應(yīng)用方面還沒有實(shí)現(xiàn)盡善盡美的性能，在分辨率應(yīng)用方面還沒有實(shí)現(xiàn)盡善盡美的性能，在分辨率的改善、通帶寬度最大值的探討以及全集成化等的改善、通帶寬度最大值的探討以及全集成化等方面，為今后留下了不少的研究課題。方面，為今后留下了不少的研究課題。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)頻譜分析雖然用電子電路也可以完成，但是當(dāng)采用頻譜分析雖然用電子電路也可以完成，但是當(dāng)采用光學(xué)器件來完

31、成時(shí)，因其具有并行處理功能，而使光學(xué)器件來完成時(shí)，因其具有并行處理功能，而使得測(cè)量的高速化和實(shí)時(shí)處理成為可能，而且通過將得測(cè)量的高速化和實(shí)時(shí)處理成為可能，而且通過將其制作成集成光路還可以使它在結(jié)構(gòu)上更加小型化其制作成集成光路還可以使它在結(jié)構(gòu)上更加小型化。 現(xiàn)在的研究開發(fā)主要著眼于雷達(dá)信號(hào)的處理，將來現(xiàn)在的研究開發(fā)主要著眼于雷達(dá)信號(hào)的處理，將來有可能將其應(yīng)用于電波望遠(yuǎn)鏡、各種激光探測(cè)有可能將其應(yīng)用于電波望遠(yuǎn)鏡、各種激光探測(cè)、遙、遙感以及通信等廣泛的信息處理領(lǐng)域。特別是在衛(wèi)星感以及通信等廣泛的信息處理領(lǐng)域。特別是在衛(wèi)星搭載中，為了滿足體積小、重量輕的需求，它將成搭載中，為了滿足體積小、重量輕的需求

32、，它將成為一種重要的器件。為一種重要的器件。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.3.4 高密度信息讀取器高密度信息讀取器 現(xiàn)在讀取光盤等高密度的光信息，使用的是高現(xiàn)在讀取光盤等高密度的光信息，使用的是高密度信息讀取器，又稱光盤拾波器。最終目的是為密度信息讀取器，又稱光盤拾波器。最終目的是為了減小體積、減輕重量、提高性能和改善工藝，制了減小體積、減輕重量、提高性能和改善工藝，制成讀取器件的集成光路化。到目前為止，雖然其性成讀取器件的集成光路化。到目前為止，雖然其性能還沒有哪一種能夠達(dá)到實(shí)用化的程度，但是，由能還沒有哪一種能夠達(dá)到實(shí)用化的程度，但是，由于

33、作為民用設(shè)備，存在著極大的潛在市場(chǎng)，人們普于作為民用設(shè)備，存在著極大的潛在市場(chǎng)，人們普遍把它看作是集成光路的重要應(yīng)用領(lǐng)域而進(jìn)行著積遍把它看作是集成光路的重要應(yīng)用領(lǐng)域而進(jìn)行著積極的開發(fā)和研究。極的開發(fā)和研究。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)圖圖1.7中繪出了光集成光盤拾波器的結(jié)構(gòu)。中繪出了光集成光盤拾波器的結(jié)構(gòu)。IODPU是是將讀出專用拾波器的光學(xué)系統(tǒng)全部集成化的器件，將讀出專用拾波器的光學(xué)系統(tǒng)全部集成化的器件，具有輸出對(duì)應(yīng)于光盤反射的讀出信號(hào)以及聚焦與跟具有輸出對(duì)應(yīng)于光盤反射的讀出信號(hào)以及聚焦與跟蹤伺服用的誤差信號(hào)的功能。蹤伺服用的誤差信號(hào)的功能。

34、第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)在該器件的結(jié)構(gòu)中，集成了以在該器件的結(jié)構(gòu)中，集成了以SiO2/Si為襯底和玻為襯底和玻璃薄膜波導(dǎo)為基礎(chǔ)的聚光光柵耦合器璃薄膜波導(dǎo)為基礎(chǔ)的聚光光柵耦合器(FGC)、光柵、光柵光束分離器光束分離器(TGFBS)和光電二極管和光電二極管(PD)。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1、讀出信號(hào)檢測(cè)。由半導(dǎo)體激光器、讀出信號(hào)檢測(cè)。由半導(dǎo)體激光器(LD)發(fā)射光是發(fā)發(fā)射光是發(fā)散的波導(dǎo)光，被聚焦光柵耦合器散的波導(dǎo)光，被聚焦光柵耦合器(FGC)聚焦到光盤上，聚焦到光盤上，而由光盤反射回來的光再

35、次經(jīng)由同一個(gè)而由光盤反射回來的光再次經(jīng)由同一個(gè)FGC被耦合被耦合進(jìn)波導(dǎo)之中。進(jìn)波導(dǎo)之中。TGFBS是衍射效率為是衍射效率為50%的布拉格光的布拉格光柵，它將反射回來的光波面一分為二，并且因?yàn)槠D(zhuǎn)柵，它將反射回來的光波面一分為二，并且因?yàn)槠D(zhuǎn)而偏離光軸，在比較弱的透鏡作用下，被聚焦于兩個(gè)而偏離光軸，在比較弱的透鏡作用下，被聚焦于兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。通過使用這種具有復(fù)合功能的光柵器件，達(dá)檢測(cè)點(diǎn)。通過使用這種具有復(fù)合功能的光柵器件，達(dá)到了簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)的目的。在兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)各有到了簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)的目的。在兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)各有兩個(gè)光電二極管兩個(gè)光電二極管(PD)，也就是說共有四個(gè)，也就是說共有四個(gè)PD被設(shè)置被

36、設(shè)置在在Si襯底的表面，為了將波導(dǎo)光高效率地耦合進(jìn)襯底的表面，為了將波導(dǎo)光高效率地耦合進(jìn)PD，把襯底與波導(dǎo)層之間的緩沖層制作成錐形，形成一種把襯底與波導(dǎo)層之間的緩沖層制作成錐形，形成一種波導(dǎo)層逐漸靠近波導(dǎo)層逐漸靠近Si表面的結(jié)構(gòu)。讀出的信號(hào)為四個(gè)表面的結(jié)構(gòu)。讀出的信號(hào)為四個(gè)PD所所得到的光電流的總和。得到的光電流的總和。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)2、聚焦誤差檢測(cè)。如果光盤出現(xiàn)往遠(yuǎn)處的擾動(dòng)，返、聚焦誤差檢測(cè)。如果光盤出現(xiàn)往遠(yuǎn)處的擾動(dòng)，返回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的前方，使得位于內(nèi)側(cè)的回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的前方，使得位于內(nèi)側(cè)的PD中產(chǎn)生比較大的光電流

37、；如果光盤出現(xiàn)往近處的中產(chǎn)生比較大的光電流；如果光盤出現(xiàn)往近處的擾動(dòng)，返回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的后方，使得位擾動(dòng)，返回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的后方，使得位于外側(cè)的于外側(cè)的PD中產(chǎn)生比較大的光電流。根據(jù)內(nèi)外側(cè)中產(chǎn)生比較大的光電流。根據(jù)內(nèi)外側(cè)PD中光電流的差值，就可以得出誤差信號(hào)。中光電流的差值，就可以得出誤差信號(hào)。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)3、跟蹤誤差檢測(cè)。在沒有誤差的情況下，在關(guān)、跟蹤誤差檢測(cè)。在沒有誤差的情況下，在關(guān)于于LD-FGC線呈對(duì)稱關(guān)系的線呈對(duì)稱關(guān)系的PD中會(huì)有等量的光電中會(huì)有等量的光電流；在產(chǎn)生誤差的情況下，光的對(duì)稱性將會(huì)被破流；在

38、產(chǎn)生誤差的情況下，光的對(duì)稱性將會(huì)被破壞，而在對(duì)稱的壞，而在對(duì)稱的PD中的電流就會(huì)出現(xiàn)差值，從中的電流就會(huì)出現(xiàn)差值，從而得到誤差信號(hào)。將而得到誤差信號(hào)。將IODPU搭載在傳動(dòng)裝置上，搭載在傳動(dòng)裝置上，通過利用誤差信號(hào)對(duì)傳動(dòng)裝置的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，從而通過利用誤差信號(hào)對(duì)傳動(dòng)裝置的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)聚焦和跟蹤。可以實(shí)現(xiàn)聚焦和跟蹤。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.4 光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì) 1.4.1 光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn) 1.4.2 光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)

39、波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué) 對(duì)于光波導(dǎo)的研究，多年來以美國、日本和歐洲對(duì)于光波導(dǎo)的研究，多年來以美國、日本和歐洲為中心，在世界各地持續(xù)高漲。在近三十年里，薄膜為中心，在世界各地持續(xù)高漲。在近三十年里，薄膜制作技術(shù)研究精細(xì)加工技術(shù)都有了長(zhǎng)足進(jìn)步，并以這制作技術(shù)研究精細(xì)加工技術(shù)都有了長(zhǎng)足進(jìn)步，并以這些技術(shù)為支柱，確立了各種材料制作光波導(dǎo)的方法，些技術(shù)為支柱，確立了各種材料制作光波導(dǎo)的方法，無源器件和有源器件制作中出現(xiàn)的問題也相繼得到解無源器件和有源器件制作中出現(xiàn)的問題也相繼得到解決。目前所制作的光波導(dǎo)元器件的特性已經(jīng)接近或達(dá)決。目前所制作的光波導(dǎo)元器件的特性已經(jīng)接近或達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但

40、是，要想把多個(gè)分離的光波導(dǎo)元器件到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但是，要想把多個(gè)分離的光波導(dǎo)元器件集成在同一個(gè)襯底上形成集成光路還有許多問題要研集成在同一個(gè)襯底上形成集成光路還有許多問題要研究。究。 第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)1.4.1光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn) 當(dāng)前，光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在如下幾當(dāng)前，光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在如下幾個(gè)方面?zhèn)€方面 ：1、降低光波導(dǎo)傳輸損耗。光波導(dǎo)傳輸損耗的大小、降低光波導(dǎo)傳輸損耗。光波導(dǎo)傳輸損耗的大小直接影響到光波導(dǎo)技術(shù)在光電探測(cè)、光纖通信以及直接影響到光波導(dǎo)技術(shù)在光電探測(cè)、光纖通信以及光信息處理等領(lǐng)域的

41、推廣和應(yīng)用。光波導(dǎo)的傳輸損光信息處理等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。光波導(dǎo)的傳輸損耗主要來自材料本身對(duì)光的吸收和散射。在平面波耗主要來自材料本身對(duì)光的吸收和散射。在平面波導(dǎo)的情況下，波導(dǎo)層和襯底層以及波導(dǎo)層和覆蓋層導(dǎo)的情況下，波導(dǎo)層和襯底層以及波導(dǎo)層和覆蓋層處的散射，在條形波導(dǎo)中，還會(huì)增加側(cè)面不光滑引處的散射，在條形波導(dǎo)中，還會(huì)增加側(cè)面不光滑引起的散射等。散射帶來的背景噪聲會(huì)使信噪比降低起的散射等。散射帶來的背景噪聲會(huì)使信噪比降低，降低光波導(dǎo)傳輸損耗是導(dǎo)波光學(xué)首先要解決的問，降低光波導(dǎo)傳輸損耗是導(dǎo)波光學(xué)首先要解決的問題。題。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)2、提

42、高集成度。導(dǎo)波光學(xué)最終要實(shí)現(xiàn)目的是光路、提高集成度。導(dǎo)波光學(xué)最終要實(shí)現(xiàn)目的是光路器件的小型化和集成化，并制成大規(guī)模集成光路，器件的小型化和集成化，并制成大規(guī)模集成光路，從而提高光路的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)光路器件的尺從而提高光路的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)光路器件的尺寸要求通常為微米量級(jí)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人寸要求通常為微米量級(jí)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們希望制作出尺寸更小的光波導(dǎo)器件，這樣可以提們希望制作出尺寸更小的光波導(dǎo)器件，這樣可以提高集成度，使器件的性能得到提升。要制作高質(zhì)量高集成度，使器件的性能得到提升。要制作高質(zhì)量的狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，還需要研究與此相適應(yīng)的制作的狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，還需要研究與此相適應(yīng)的制作技術(shù)。技術(shù)。第第1章章 光導(dǎo)波原理與器件概論光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)長(zhǎng)春理工大學(xué)3、提高調(diào)制器的消光比。在光通信、光計(jì)算以及、提高調(diào)制器的消光比。在光通信、光計(jì)算以及集成光路系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)常要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，集成光路系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)常要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制器的消光比通常是指在通和斷兩種狀態(tài)時(shí)輸調(diào)制器的消光比通常是指在通和斷兩種狀態(tài)時(shí)輸出光的強(qiáng)度比的對(duì)數(shù)值，目前，消光