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基于光通信应用的MOEMS光学无源器件技术研究

作　者: 李海军
导　师: 陈维友
学　校: 吉林大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 光开关可变光衰减器低插入损耗微反射镜吉林大学博士学位论文光无源器件偏振相关损耗驱动器回波损耗
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

为了满足快速发展的光纤通信网络对新型高性能、低成本光无源器件的迫切需求,多种技术被应用于光无源器件研制之中,微光机电系统(MOEMS)技术由于具有成本低、可批量化生产的特点而受到了广泛关注,已成为研制新型光无源器件的主要技术之一。在光通信MOEMS无源器件技术研究中,MOEMS光开关和MOEMS可变光衰减器的相关技术研究具有代表性。本文详细介绍了这两种基于光通信应用的光无源器件的设计、加工以及测试技术。围绕关键指标和主要技术难点,开发了三种新型的具有高深宽比、大纵向结构尺寸加工能力的体硅MEMS加工工艺,确立了一种基于体硅MEMS加工工艺的梳齿电容线位移静电驱动竖直微反射镜自对准的1×2和2×2MOEMS光开关实现方案,研制了1×2、2×2光开关及以1×2或2×2光开关为基本单元级联构成1×8、4×4、8×8等光开关阵列产品。设计加工了一种针对于WDM光通信系统应用的新型低成本、高性能MOEMS可变光衰减器。在本研究中实现了多项关键技术的突破,其中多数属于MOEMS光无源器件的共用技术,为进一步开展光通信用MOEMS光无源器件研究奠定了基础。

全文目录

提要  4-8
第一章绪论  8-29
  1.1 引言  8-9
  1.2 光通信用 MOEMS 无源器件技术  9-10
  1.3 光开关  10-19
    1.3.1 光开关在光通信系统中的应用  10-12
    1.3.2 光开关相关技术现状  12-16
    1.3.3 MOEMS 光开关相关技术状况  16-19
  1.4 可变光衰减器  19-23
    1.4.1 可变光衰减器在光通信系统中的应用  19-20
    1.4.2 可变光衰减器相关技术状况  20-21
    1.4.3 微机械可变光衰减器相关技术状况  21-23
  1.5 课题的研究意义及主要研究内容  23-25
    1.5.1 研究意义  23
    1.5.2 主要研究内容  23-25
  参考文献  25-29
第二章高深宽比、大纵向尺寸结构体硅 MEMS 加工技术  29-50
  2.1 引言  29-30
  2.2 常用的几种 MEMS 加工技术  30-35
    2.2.1 表面 MEMS 加工技术  30-31
    2.2.2 体硅 MEMS 加工技术  31-33
    2.2.3 LIGA 加工技术  33-35
  2.3 全干法刻蚀SOI 体硅MEMS 加工工艺和全干法刻蚀SOG 体硅MEMS 加工工艺  35-44
    2.3.1 工艺流程  35-37
    2.3.2 主要关键技术  37-43
    2.3.3 工艺实验结果  43-44
  2.4 二次浓硼扩散/刻蚀体硅 MEMS 工艺  44-47
    2.4.1 工艺流程  44-46
    2.4.2 二次浓硼扩散/刻蚀体硅 MEMS 工艺实验结果  46-47
  2.5 本章小结  47-48
  参考文献  48-50
第三章 MOEMS 光开关的制作技术研究  50-92
  3.1 引言  50-51
  3.2 静电驱动1×2、2×2 2D MOEMS 光开关结构和工作原理  51-53
  3.3 MOEMS 光开关的光耦合模式分析  53-67
    3.3.1 光纤(准直透镜)－自由空间－光纤(准直透镜) 光路结构对插入损耗的影响  53-63
    3.3.2 光纤（准直透镜）－自由空间－微反射镜－自由空间－光纤（准直透镜）光路结构对插入损耗的影响  63-67
  3.4 低电压、大位移、高速梳齿电容线位移静电驱动器结构设计原理  67-73
    3.4.1 静电驱动器  67-69
    3.4.2 线位移梳齿电容静电驱动器  69-73
  3.5 1×2、2×2 静电驱动 MOEMS 光开关的设计和加工  73-85
    3.5.1 锥角台面光纤的设计加工  73-74
    3.5.2 梳齿电容静电驱动 MOEMS 光开关驱动器设计  74-78
    3.5.3 芯片版图设计  78-79
    3.5.4 芯片加工  79-83
    3.5.5 器件封装  83-85
  3.6 1×8、4×4、8×8 光开关阵列的设计和加工  85-89
    3.6.1 光开关阵列结构的级联构造方式  85-87
    3.6.2 1×8、4×4、8×8 光开关阵列的制作  87-89
  3.7 本章小结  89-91
  参考文献  91-92
第四章 MOEMS 可变光衰减器的设计和加工技术研究  92-108
  4.1 引言  92
  4.2 挡板式梳齿电容静电驱动MOEMS 可变光衰减器的结构及其工作原理  92-93
  4.3 低插入损耗、大动态衰减范围、低波长相关损耗、低偏振相关损耗、高回波损耗光学结构设计  93-100
    4.3.1 光衰减耦合模型分析  93-95
    4.3.2 回波损耗分析  95-96
    4.3.3 波长相关损耗分析  96-97
    4.3.4 偏振相关损耗分析  97-98
    4.3.5 光路结构设计  98-100
  4.4 驱动器设计  100-102
  4.5 版图结构设计  102-103
  4.6 芯片加工  103-104
  4.7 器件封装  104-106
  4.8 本章小结  106-107
  参考文献  107-108
第五章 MOEMS 光开关和 MOEMS 可变光衰减器的参数测试  108-124
  5.1 引言  108
  5.2 MOEMS 光开关和 MOEMS 光衰减器的参数测试原理及方法  108-118
    5.2.1 MOEMS 光开关参数测试原理及方法  108-117
    5.2.2 MOEMS 可变光衰减器光机电参数测试原理及方法  117-118
  5.3 测试结果  118-122
    5.3.1 1×2、2×2 MOEMS 光开关性能参数测试结果  118-119
    5.3.2 MOEMS 可变光衰减器性能参数测试结果  119-122
  5.4 本章小结  122-123
  参考文献  123-124
第六章全文总结  124-128
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果  128-130
致谢  130-131
中文摘要  131-134
英文摘要  134-137

基于光通信应用的MOEMS光学无源器件技术研究

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