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研究生:李政霖
研究生(外文):Lee, Cheng-Lin
論文名稱:異質材料與多層錐形波導結構之光纖耦合器製作
論文名稱(外文):Fiber Coupler Fabricated by Using Heterogeneous Material and Multi-Tapered Waveguide Structure
指導教授:王立康
指導教授(外文):Wang, Li-Karn
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:錐形波導光纖耦合器光波導耦合器
外文關鍵詞:waveguidecouplertaper
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本論文中,我們將提出一個能有效耦合光纖與單模脊形矽波導的光學耦合器,首先除了設計一個垂直方向的多層錐形波導結構(Tapered Waveguide)來增加模態耦合的效果之外,在材料部分將分別利用聚合物材料(Polymer)與矽材料(Si)來製作兩階段共三層的錐形波導耦合器,使其達到降低成本、提升製程良率與增加耦合效率的目的。
因為錐形波導的水平方向結構變化,將使輸入光訊號產生水平方向的縮減,且在結構縮減的過程中,同時造成垂直方向等效折射係數的變化,造成光訊號產生垂直方向的縮減並使其耦合至等效折射係數較高的區域中傳遞,接著輸出單模脊形矽波導。在材料部分,利用SOI wafer來製作元件,導光層為折射係數較高的矽、下層包覆層為折射係數較低的二氧化矽(SiO2),上層覆蓋層為空氣(Air),因為導光層於周圍的包覆層的折射係數差異大,所以製作出的導光元件將會對光擁有很好的侷限能力,且在輸入端的結構只要設計成一個尺寸與光纖差不多大小的結構,就可以將輸入損耗(insertion loss)降至非常低。而本論文將先分別模擬與分析在SOI Wafer上兩段不同材料的錐形波導耦合器之耦合效率,接著透過實際製程並且描述與紀錄製程步驟與實際上遇到的製程問題,最後再對量測的結果做討論。


目錄

第一章
序論
1-1研究背景
1-2光纖耦合元件介紹
1-2.1透鏡光纖(Fiber Lens)
1-2.2光柵耦合器(Grating Coupler)
1-2.3垂直方向錐形波導結構之光纖耦合器
1-2.4水平方向錐形波導結構之光纖耦合器
1-2.5聚合物材料製作的錐形波導結構之光纖耦合器
1-3研究動機與目的
1-4論文架構
第二章 基本概念與原理
2-1光波導基本原理
2-2二維波導結構之波動方程式
2-3錐形波導結構之光纖耦合器
2-4光波導模擬軟體簡介
2-5光束傳播法基本原理
2-6製程原理介紹
2-6.1加熱TEOS CVD製程
2-6.2微影技術
2-6.3電漿(乾式)蝕刻
第三章 元件設計與模擬分析
3-1光纖與單模脊形波導之耦合效率模擬結果
3-2光纖與雙層錐形矽波導結構之耦合效率模擬結果
3-3三層錐形矽波導結構之光纖耦合器模擬結果
3-4異質材料的三層錐形波導結構之模擬與分析
3-4.1聚合物材料的錐形波導結構之光纖耦合器
3-4.2錐形矽波導結構之光纖耦合器設計與模擬
3-4.3異質三層錐形波導結構之光纖耦合器耦合效率
3-4.4文獻之耦合效率比較
3-5錐形矽波導結構之製程誤差分析與模擬
3-5.1錐形矽波導結構之尖端線寬誤差影響
3-5.2錐形矽波導結構之曝光對準誤差
3-5.3錐形矽波導結構之蝕刻深度誤差
3-5.4聚合物材料的錐形波導結構製程誤差
3-5.5光纖與錐形波導結構對準誤差
3-5.6輸入頻寬與silicon折射係數變化
第四章 元件製作
4-1錐形矽波導結構與單模脊形波導元件製作流程
4-2錐形矽波導結構與單模脊形波導元件製程之問題討論
4-3聚合物材料的錐形波導元件製作流程
4-4聚合物材料的錐形波導元件製作之問題討論
第五章 結論
參考文獻


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