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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。
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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
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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