平面波导技术及器件发展动态
片上共面波导关键技术及其应用研究
片上共面波导关键技术及其应用研究一、本文概述随着微电子技术的快速发展，片上互连技术成为了制约高性能集成电路性能进一步提升的关键因素之一。
片上共面波导（Coplanar Waveguide，CPW）作为一种重要的微波传输线结构，在微波毫米波集成电路、高速数字电路以及微波单片集成电路等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在深入探讨片上共面波导的关键技术及其在相关领域的应用研究，以期为高性能集成电路的设计和制造提供有益的参考和启示。
本文首先介绍了片上共面波导的基本结构和传输特性，包括其电磁场分布、传输损耗、色散特性等方面。
在此基础上，重点分析了片上共面波导的设计优化技术，包括介质材料选择、导体材料优化、线宽线距调整等方面，以提高其传输性能和集成度。
同时，本文还关注了片上共面波导的加工制造技术，包括光刻、刻蚀、金属化等工艺流程的优化和改进，以提高其制造精度和可靠性。
在应用研究方面，本文重点探讨了片上共面波导在微波毫米波集成电路、高速数字电路以及微波单片集成电路等领域的应用。
通过实例分析，展示了片上共面波导在提高电路性能、减小电路尺寸、降低制造成本等方面的优势。
本文还展望了片上共面波导在未来集成电路设计中的潜在应用和发展趋势，为相关领域的研究人员提供了有益的参考和借鉴。
本文旨在全面系统地探讨片上共面波导的关键技术及其应用研究，以期推动高性能集成电路技术的不断发展和创新。
二、片上共面波导的基本理论片上共面波导（Coplanar Waveguide, CPW）是一种广泛应用于微波和毫米波集成电路中的传输线结构。
其基本理论涉及电磁波在导体与介质分界面上的传播行为，以及导体结构对电磁波传输特性的影响。
CPW结构由中央导带和两侧的地带组成，所有导体均位于同一平面上，因此得名共面波导。
电磁波在CPW中的传播遵循麦克斯韦方程组，特别是在时谐场下，可以简化为亥姆霍兹方程。
通过求解该方程，可以得到电磁波在CPW 中的传播常数、相位常数、衰减常数等关键参数。
2024年波导元件市场发展现状
波导元件市场发展现状简介波导元件是指利用波导传输特性实现特定功能的电子元件。
它在微波和毫米波领域具有重要应用，广泛用于通信、军事、航空航天和医疗等领域。
本文将介绍波导元件市场的发展现状，包括市场规模、应用领域、主要厂商和发展趋势。
市场规模波导元件市场在过去几年中持续增长，并呈现出良好的发展势头。
根据市场研究机构的数据，在2019年，全球波导元件市场规模达到了XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元，复合年均增长率为X％。
应用领域波导元件在通信领域具有广泛应用。
随着5G通信的快速发展，对波导元件的需求也越来越高。
波导滤波器、耦合器和分束器等元件被广泛用于5G基站和终端设备。
此外，波导元件还在雷达、无线电频谱分析、航空导航和医疗诊断等领域中得到应用。
主要厂商目前，波导元件市场竞争激烈，主要厂商包括： - 公司A：该公司是全球领先的波导元件制造商，产品包括各类波导滤波器、耦合器和功率分束器等。
公司A具有先进的技术和丰富的经验，其产品质量和性能得到市场广泛认可。
- 公司B：该公司专注于波导天线的研发和生产，供应给5G通信设备厂商。
公司B的产品在技术创新和性能方面具有竞争优势，在市场上占据重要地位。
- 公司C：该公司是波导元件领域的新兴厂商，其产品主要面向航空航天和军事领域。
公司C拥有强大的研发团队，致力于创新和产品差异化。
发展趋势1.技术创新：随着通信技术的快速发展，波导元件在性能和功能方面的要求不断提高。
厂商们将加大研发力度，不断推出新型的波导元件，以满足市场需求。
2.产业协作：由于波导元件市场的竞争激烈，厂商之间将加强合作与协作，共同推动波导元件产业的发展。
合作可以带来技术、资源的共享，提高产品的品质和竞争力。
3.国际市场拓展：目前，波导元件市场以北美和欧洲为主，占据了市场的大部分份额。
随着亚太地区的经济增长和5G通信的普及，亚太市场潜力巨大。
厂商将加大在亚太地区的市场拓展和布局。
平面光波导的制备与测试技术
平面光波导的制备与测试技术光通信作为一种高速、大容量的通信方式，在现代通信领域中扮演着重要角色。
而平面光波导作为光通信中的核心组件之一，其制备与测试技术的发展对于提高光通信的性能和可靠性起着至关重要的作用。
一、平面光波导的制备技术平面光波导的制备过程主要包括材料选择、器件设计和加工工艺三个环节。
首先，材料选择是平面光波导制备的基础。
常见的平面光波导材料有硅(Si)、氧化硅(SiO2)、聚合物等。
硅是一种优良的基底材料，具有优异的光学和电子特性，被广泛应用于平面光波导的制备。
而氧化硅和聚合物则具有较好的光学特性和加工性能，适用于一些特殊需求的光波导器件。
其次，器件设计是平面光波导制备的核心。
器件设计主要包括平面光波导核心层的宽度、厚度等参数的确定，以及相应的布线规则。
平面光波导的核心层应保证光的传输效果，一般会采用较薄的材料。
此外，根据需要，还可以设计一些附加的结构，如激光器、光电探测器等。
最后，加工工艺是平面光波导制备的关键。
平面光波导的加工工艺主要包括光刻、湿法刻蚀、干法刻蚀和热压等步骤。
光刻是通过光干涉技术制备光刻胶阻隔层的过程，湿法刻蚀和干法刻蚀则用来刻蚀材料，以形成平面光波导结构。
热压则用来固定光波导结构与衬底之间的粘合。
二、平面光波导的测试技术平面光波导的测试技术对于确保器件的性能和可靠性至关重要。
首先，常见的平面光波导测试技术包括波导特性测试和光输出功率测试。
波导特性测试主要关注光波导的传输性能，包括驻波比、插损、耦合效率等参数的测量。
光波导可以通过光纤器件的耦合测试来评估光纤与光波导之间的传输效果。
而光输出功率测试则用来评估光波导器件的输出性能，可以通过光功率计等仪器进行测量。
其次，光波导对环境的敏感性和稳定性也需要进行测试。
在实际应用中，光波导往往会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此需要对其在不同环境条件下的性能进行测试。
常见的测试方法包括温度循环、湿度暴露和振动测试等。
最后，平面光波导的可靠性测试是评估其在长期使用中的性能和稳定性的关键。
光电器件研究进展和发展趋势
光电器件研究进展和发展趋势原荣信息产业部电子第三十四研究所研究员摘要：建设光纤接入网和DWDM系统离不开各种光学材料和器件，诸如光纤和光缆、连接器和耦合器、光发射/接收器、光波分复用/解复用器、光滤波器、光放大器、光开关以及光分插复用器等。
本文就光纤通信系统用到的光电器件的研究进展和发展趋势作一个简要介绍。
一、光有源器件1.1 可调谐激光器可调谐激光器是实现宽带测试、WDM和光纤放大器泵浦的最重要的器件,近年制成的单频激光器都用多量子阱(MQW)结构、分布反馈(DFB)式或分布布喇格反射(DBR)式结构,有些能在80nm范围内调谐。
在半导体激光器后面加上一个光纤布喇格光栅,可使波长稳定,如美国E-TEK研制的980nm泵浦激光器,输出光功率达220mW,又如法国alcatel Optronics公司研制的1480nm泵浦激光器,不但在半导体激光器后面加了一个光纤布喇格光栅,而且尾纤采用保偏光纤,既使波长稳定,又使功率也稳定。
美国MPB公司推出的EBS-4022宽带光源,其输出功率达22dBm,在C波段40nm的带宽上,其平坦度≤1dB。
美国Santec公司推出的TSL-220可调谐激光器,为保证pm数量级的波长精度,内置一个波长监测器；为去除ASE啐噪声,还内置一个可调谐滤波器,可调谐范围竟达80nm。
1.2光放大器目前广泛使用的是光纤放大器,它有掺铒和掺氟2种,其单泵浦的增益典型值为17dB,双泵浦的增益典型值为35dB,噪声系数一般为5~7dB,带宽为30nm,在带宽内的增益偏差为1dB。
在氟基光纤上掺镨就可制作出掺镨光纤放大器（PDFFA）,可应用于工作在 1.3mm波段上的G.652光纤。
半导体激光放大器（SLA）芯片具有高达30～35dB的增益,除输入和输出端存在总共8～10dB 的耦合损耗外,还有22～25dB的增益,另外行波半导体激光器具有很宽的带宽,可以对窄至几个ps的超窄光脉冲进行放大。
平面光波导光分路器原理与技术
的 基 础。 在 刻 蚀 过 程 中，（100） 面 速 度 较快，而（111）面极慢，随着（100）面 向下移动，就会出现倾斜的侧面，且侧面 与底面夹角为 54.74°，图 2 为 V 型槽示 意图。
V 型槽起到一个支架的作用，为了确 保光纤阵列之间的相对位置不会发生改 变，V 型槽的参数必须精确地设计。光纤 阵列之间的距离也要靠 V 型槽来固定，工 业加工中要求距离误差不能大于 0.5μm。
3 结语 本系统存储采用数字硬盘录像机，搭 配控制终端操作电脑，进行集中管理，分 开控制，控制系统功能强大、可靠，具备 先进水平。 主机具备交互式中文系统菜单，用户 可通过屏幕中文提示设定参数，具有极好 的易操作性和易维护性，可直观地掌握管 制学员考核现场情况和记录事件事实，起 到 强 有 力 的 追 溯 及 震 慑 作 用， 为 一 线 运 行安全及培训管理工作提供强有力的技术 保障。 通过系统上线后两个班级的测试，对 控制按钮、信息录入、自动生成、命名规 范等功能的测试，该系统能够稳定地工作 并很好地服务于管制员培训工作。 同时还可以在此基础上，加入人工识
2.3 服务器端 服务端主要有 NVR 服务器、控制终 端电脑及管理软件组成，主要为存储考试 视频作用及运行录音录像管理软件作用。 NVR 服务器采用的是海康威视硬盘录像 机，管理软件采用一 VC 编程，主要对图
像的处理，以及对文件名进行了定制化要 求，控制终端电脑上安装一个 485 信号接 收器，接收器安装在服务器的 USB 口上， 并通过转换软件将 485 信号转换成电脑可 以读写的 USB 信号。录音录像管理软件通 过接收不同的 485 信号判断每一路的信号 的开始与结束。
在平面光波导光分路器中，主要器件 与结构有 Y 分支、光纤和 V 型槽等，其
光波导的发展趋势
光波导的发展趋势
光波导是一种利用光来传输信息的技术，其发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 高速传输：随着通讯需求的不断增长，光波导的发展趋势是实现更高的传输速率。
目前已经取得了每秒数百Gb的传输速率，未来有望进一步提升到每秒Tb甚至更高的级别。
2. 小型化和集成化：随着技术的进步，光波导设备的尺寸将越来越小，逐渐实现微型化和集成化。
这将有助于减小设备的体积和功耗，使其更适应各种应用场景。
3. 更低的损耗：目前光波导传输中存在着一定的损耗，主要来自材料本身和光信号的衰减。
未来的发展趋势将是降低这种损耗，提高传输效率和距离。
4. 更高的密度和容量：光波导在信息传输中具有较高的带宽，未来的发展趋势将是进一步提高其密度和容量。
这将使得光波导可以更好地应对大数据、云计算等应用场景。
5. 更广泛的应用领域：光波导技术不仅在通信领域有广泛应用，还在计算、传感、医疗、工业等领域有着潜力。
未来的发展趋势将是将光波导技术应用于更多的领域，实现更多的应用场景和商业化模式。
综上所述，光波导的发展趋势主要包括高速传输、小型化和集成化、低损耗、高密度和容量以及广泛应用等方面。
这些趋势将推动光波导技术的进一步发展和应用。
光控平面波导中的耗散特性研究
光控平面波导中的耗散特性研究光控平面波导是一种基于光学效应控制光信号传输的新型波导结构。
具有低损耗、高速度、高可靠性等优点，因此被广泛应用于光通信、微波光电子学、光电子集成等领域。
然而，随着光器件的不断发展，电子斑点效应等耗散特性成为了制约光控平面波导发展的主要因素之一。
本文将主要从理论模型和实验研究两个方面探讨光控平面波导中的耗散特性及其对器件性能的影响。
理论模型方面，目前研究比较多的是电子斑点效应。
电子斑点效应是指由于外界电场作用下，芯片彩色中的少数载流子发生移动，从而导致稳态电子密度分布不均匀的现象。
具体来说，当芯片彩色中存在高电场区域时，少数载流子会被推向低电场区域，从而导致电子密度分布的不均衡，进而影响波导中的光场传播规律。
因此，研究光控平面波导中的电子斑点效应，可以为光器件开发提供实验依据。
实验研究方面，大多数学者采用有源、无源杂质掺杂等方法来研究光控平面波导中的耗散特性。
其中，有源杂质掺杂方法是指通过在芯片内部掺入一定浓度的有源杂质，来改变稳态电子密度分布状况。
例如，掺入掺氧化磷硅(max.8*w%子)，可以使稳态电子密度分布变得均匀。
根据实验表明，有源杂质掺杂可以有效地抑制电子斑点效应，从而提高光控平面波导的传输性能。
此外，还有无源杂质掺杂方法，主要是通过掺氧化铟钇(max.2*w%) 来改变波导的光学性能。
具体来说，掺氧化铟钇可以使波导中的光强度分布更加均匀，进而降低芯片的损耗，提高传输效率。
不过，无源杂质掺杂的方法比较复杂，需要对芯片的工艺和参数进行严谨的控制和调节，限制了该方法的应用范围。
总的来说，光控平面波导中的耗散特性对其性能具有重要影响，因此需要加强对其耗散特性的研究和探讨。
随着科学研究的不断深入和新技术的不断出现，相信将来光控平面波导的发展会更加迅速，充分发挥其在光器件中的潜力和优势。
平面波导滤波器的设计与性能优化
平面波导滤波器的设计与性能优化导言平面波导滤波器是一种重要的射频（RF）和微波器件，常被用于通信系统中对频率进行选择性过滤的任务。
其设计和性能优化对于实现高效、稳定和可靠的通信系统至关重要。
因此，本文将讨论平面波导滤波器的设计原理、常见优化技术以及性能指标，旨在为工程师和研究人员提供设计和优化平面波导滤波器的指导。
一、平面波导滤波器的设计原理平面波导滤波器是通过在波导内引入特定的结构或电气组件来实现对特定频率信号的传输和过滤。
通常，平面波导滤波器的设计使用了多种方法，包括常见的低通、高通、带通和带阻滤波器设计。
下面将针对不同种类的平面波导滤波器进行介绍。
1. 低通滤波器设计低通滤波器设计的目标是允许低频信号通过，而阻止高频信号。
一种常见的低通滤波器设计是使用平面波导的截止频率，通过选择特定的波导宽度和高度来实现对高频信号的抑制。
此外，使用退化模式（Degenerate Mode）亦可实现低通滤波器的设计。
2. 高通滤波器设计对于高通滤波器设计，其目标是允许高频信号通过，而阻止低频信号。
与低通滤波器设计类似，高通滤波器也可以利用平面波导的截止频率来实现设计。
此外，还可以通过在波导内引入补偿电容或电感来实现高通滤波器的设计。
3. 带通滤波器设计带通滤波器设计的目标是传输一定范围内的频率信号，同时阻止其他频率范围内的信号通过。
带通滤波器的设计可以采用多种技术，例如串联或并联多个低通和高通滤波器，或者使用谐振腔来实现特定频率范围的选择性传输。
4. 带阻滤波器设计带阻滤波器设计的目标是在特定频率范围内阻止信号的传输，同时允许其他频率的信号通过。
带阻滤波器的设计可以通过在波导内引入衍射槽或电容来实现对特定频率范围的阻击。
二、平面波导滤波器的性能优化技术平面波导滤波器的性能直接影响着通信系统的性能，因此优化平面波导滤波器的设计非常重要。
下面将介绍一些常见的性能优化技术。
1. 常规设计优化对于平面波导滤波器的常规设计优化，可以考虑以下几个方面：（1）波导尺寸的优化：通过调整波导的宽度、高度、长度等参数，来实现对滤波器性能的优化。
光波导的发展趋势
光波导的发展趋势
光波导的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 纳米光波导：随着纳米技术的发展，纳米光波导成为研究的热点。
纳米光波导具有更小的尺寸和更高的自由度，可以实现更高的集成度和更低的能量损耗。
2. 高密度集成：光波导技术的发展使得光器件的集成度越来越高，可以实现更大规模、更复杂的光电路集成。
高密度集成可以提高光器件的性能，同时降低制造成本。
3. 低能耗通信：随着光通信的广泛应用，低能耗通信成为重要研究方向。
光波导的低能耗特性使得它成为实现低能耗通信的理想选择，可以降低通信系统的功耗，提高能源利用率。
4. 新材料的应用：新材料的发展对光波导的性能和应用具有重要影响。
例如，石墨烯、量子点等新材料的应用可以改善光波导的光学特性，提高器件的性能。
5. 多功能光波导：光波导不仅仅可以用于传输光信号，还可以实现其他功能，如光调制、光放大等。
多功能光波导可以进一步提高光器件的灵活性和性能。
总体来说，光波导的发展趋势是向着更小、更高性能、更低能耗、更多功能的方向发展。
随着技术的不断进步，光波导有望在光通信、光计算、光传感等领域展
现出更广阔的应用前景。
平面光波导晶圆
平面光波导晶圆引言：光波导是一种能够将光信号进行传输和控制的光学器件。
在光通信和光子集成电路等领域，光波导晶圆起着至关重要的作用。
本文将介绍平面光波导晶圆的基本原理、制备方法以及应用领域。
一、平面光波导晶圆的原理平面光波导晶圆是一种基于平面结构的光波导器件。
它通过在晶体材料表面形成一层光波导层，利用光的全反射特性将光信号限制在波导层内部传输。
波导层通常采用高折射率的材料，而上下层介质选择低折射率的材料，以实现光的传输和控制。
二、平面光波导晶圆的制备方法1. 材料选择：选择具有良好光学性能的晶体材料，如硅、氮化硅等。
这些材料具有优异的光导特性和机械强度。
2. 晶圆制备：将原始晶体材料进行切割和抛光，制备成具有一定尺寸和平整度的晶圆。
3. 光波导层形成：在晶圆表面进行光波导层的形成。
可以采用离子注入、化学气相沉积等方法实现。
4. 结构定义：利用光刻技术和干涉曝光技术，对光波导层进行精细的结构定义和图案化。
5. 制备完善：通过化学腐蚀、离子刻蚀等工艺，进一步完善光波导层的结构和性能。
三、平面光波导晶圆的应用领域1. 光通信：平面光波导晶圆在光通信领域中有着广泛的应用。
它可以用于光纤通信系统中的连接器、耦合器等组件，实现光信号的高效传输和耦合。
2. 光子集成电路：平面光波导晶圆可以作为光子集成电路的基础材料，用于制备各种光学器件和光路结构，实现光信号的控制和处理。
3. 生物医学：平面光波导晶圆在生物医学领域中也有广泛的应用。
它可以用于实现光学生物传感器、光学成像等技术，用于生物分析和医学诊断。
4. 光传感器：平面光波导晶圆可以应用于光传感器领域，用于检测和测量光信号，实现环境监测、光学测量等应用。
结论：平面光波导晶圆是一种重要的光学器件，具有广泛的应用前景。
通过制备和优化平面光波导晶圆的制备工艺，可以实现更高的光学性能和集成度，推动光通信和光子集成电路等领域的发展。
随着光学技术的不断进步和应用需求的增加，平面光波导晶圆必将在未来发挥更重要的作用。
平面光波导(PLC, planar Lightwave circuit)技术
平面光波导(PLC, planar Lightwave circuit)技术平面光波导(PLC, planar Lightwave circuit)技术随着FTTH的蓬勃发展，PLC(Planar Lightwave Circuit,平面光路)已经成为光通信行业使用频率最高的词汇之一，而PLC的概念并不限于我们光通信人所熟知的光分路器和AWG，其材料、工艺和应用多种多样，本文略作介绍。
1.平面光波导材料PLC光器件一般在六种材料上制作，它们是：铌酸锂（LiNbO3）、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅（SiO2）、SOI（Silicon-on-Insulator, 绝缘体上硅）、聚合物（Polymer）和玻璃，各种材料上制作的波导结构如图1所示，其波导特性如表1所示。
图1. PLC光波导常用材料铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型。
InP波导以InP为称底和下包层，以InGaAsP为芯层，以InP或者InP/空气为上包层，波导结构为掩埋脊形或者脊形。
二氧化硅波导以硅片为称底，以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层，波导结构为掩埋矩形。
SOI波导是在SOI基片上制作，称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2、Si和空气，波导结构为脊形。
聚合物波导以硅片为称底，以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层，波导结构为掩埋矩形。
玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导，波导结构为扩散型。
表1. PLC光波导常用材料特性2. 平面光波导工艺以上六种常用的PLC光波导材料中，InP波导、二氧化硅波导、SOI波导和聚合物波导以刻蚀工艺制作，铌酸锂波导和玻璃波导以离子扩散工艺制作，下面分别以二氧化硅波导和玻璃波导为例，介绍两类波导工艺。
二氧化硅光波导的制作工艺如图2所示，整个工艺分为七步：1)采用火焰水解法（FHD）或者化学气相淀积工艺（CVD），在硅片上生长一层SiO2，其中掺杂磷、硼离子，作为波导下包层，如图2（b）所示；2)采用FHD或者CVD工艺，在下包层上再生长一层SiO2，作为波导芯层，其中掺杂锗离子，获得需要的折射率差，如图2（c）所示；3)通过退火硬化工艺，使前面生长的两层SiO2变得致密均匀，如图2（d）所示。
平面光波导的设计原理及其应用研究
平面光波导的设计原理及其应用研究平面光波导是一种介质光波导，具有平面结构。
它的应用十分广泛，可以用于制作光纤通信系统、集成光学器件和光电传感器等。
本文将介绍平面光波导的设计原理和应用研究。
一、平面光波导的设计原理平面光波导的基本结构是由两个互相垂直的平面介质构成的，其中一个是导波层，另一个是衬底层。
引入了吸收层和耦合层等层次结构，可以使平面光波导具有优异的性能。
设计平面光波导需要考虑三个重要因素：模式、损耗和色散。
1. 模式设计模式设计是平面光波导最关键的部分，因为模式决定了光波传导的形态和光传输的性能。
具体而言，模式通常是通过将折射率的梯度引入光波导，以控制光线的传播路径和光线的模式传输。
导波层与衬底层的折射率差越大，则能够容纳的模式数目越多，功能越丰富。
2. 损耗设计损耗是光波导的另一重要因素。
它不仅会耗散光能，还会影响光传输的距离和信号质量。
因此，在设计平面光波导时，需要减少其光线的衰减。
常用的降低损耗的方法包括增加波导层厚度、采用低损耗材料、优化接头和减少Bragg反射等。
3. 色散设计色散是光波引起的一种现象，它使得入射的基频光和其频率较高的次谐波输送速度不一致，最终导致光波失真。
针对此问题，可以通过调节材料折射率的离散性或梯度让光波导的群速度失调减小，从而实现减小色散量的目的。
二、平面光波导的应用研究平面光波导由于其小尺寸、高集成度、低损耗等特点，因此被广泛应用于光通信、光子学、生物医学和光电传感器等领域。
1. 光通信平面光波导是现代光通信系统的重要组成部分，可以用于制作光纤通信系统。
平面光波导设备由于体积小、损耗低、信号带宽大和速度快等特点已得到广泛应用。
2. 光子学平面光波导不同于传统的光纤技术，具有大量的自由度，可以制造各种光学器件。
其集成度高，可以在同一基板上制造多种功能器件，如滤波器、耦合器、光扩散器、各种功率分配器与调节器等，尤其适用于光学芯片的自动化加工。
3. 生物医学由于其高反应速度、高分辨率、非接触性和零污染等优点，平面光波导技术在生物医学领域方面应用广泛。
1平面光波导技术
1平面光波导技术光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。
平面波导型光器件，又称为光子集成器件。
其技术核心是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，是多类光器件的研究热点.按材料可分为四种基本类型：铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InG aAsP/InP光波导和聚合物（Polymer）光波导。
LiNbO3晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和波导性质。
除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和传输元件。
铌酸锂镀钛光波导开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀上钛膜，然后进行光刻，形成所需要的光波导图形，再进行扩散，可以采用外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等方法来实现。
并沉积上二氧化硅保护层，制成平面光波导。
该波导的损耗一般为0.2-0.5dB/cm。
调制器和开关的驱动电压一般为10V左右；一般的调制器带宽为几个GHz，采用行波电极的LiNbO3光波导调制器，带宽已达50GHz以上。
硅基沉积二氧化硅光波导是20世纪90年代发展起来的新技术，主要有氮氧化硅和掺锗的硅材料，国外已比较成熟。
其制造工艺有：火焰水解法（FHD）、化学气相淀积法（CVD，日本NEC公司开发）、等离子增强CVD法（美国Lucent公司开发）、反应离子蚀刻技术RIE 多孔硅氧化法和熔胶－凝胶法（Sol-gel）。
该波导的损耗很小，约为0.02dB/cm。
基于磷化铟（InP）的InGaAsP/InP光波导的研究也比较成熟，它可与InP基的有源与无源光器件及InP基微电子回路集成在同一基片上，但其与光纤的耦合损耗较大。
聚合物光波导是近年来研究的热点。
该波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研制高速光波导开关、AWG等。
采用极化聚合物作为工作物质，其突出优点是材料配置方便、成本很低。
基于AWG的平面光波导技术
基于AWG的平面光波导技术摘要：采用平面光波导（Planar Lightwave Circuit,PLC）技术制作的阵列波导光栅(Arrayed Wave-guide Grating, AWG)是应用于光网络中的支撑技术波分复用(Wave Division Multiplexing, WDM)的重要器件。
本文介绍了国内外AWG的应用现状和发展前景。
关键词：平面光波导阵列波导光栅波分复用中图分类号：TN913.7 文献标识码：A1 平面光波导（Planar Light Circuit，PLC）技术的市场分析伴随着光通信的发展，在金融危机影响下的亚太地区正成为全球光通信市场中最活跃的一部分，目前所面临的问题主要有：①运营商投资重心从SONET/SDH 转移到WDM的趋势将会持续高涨；② 3G网络正式商用化带动了移动与固网宽带市场新旧技术的转换；③受市场驱动和政策面的影响，光纤到户（Fiber to the Home, FTTH）更加深入市场；④系统设备商们将持续兼并收购，以实现技术优势和资源整合。
基于PLC技术开发的光器件在光网络的组网中占据重要地位。
波分复用（Waveguide Division Multiplexing, WDM）系统是当前最常见的光层组网技术，它通过复用/解复用器实现多路信号传输。
早期的WDM系统并没有实现真正意义上的光层组网，难以满足业务网络IP化和分组化的要求，这种情况直到可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer, ROADM）的出现才得以改善。
平面光波导ROADM是近年来广泛采用的ROADM子系统之一。
PLC的ROADM上下路通道是彩色光，这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下，也可以配合可调滤波器和可调激光器使用。
由于PLC的集成特性，使其成为低成本的ROADM解决方案之一。
目前的光波导，一般都是以玻璃、LiNbO3、GaAs单晶等做衬底，再用扩散或外延技术制成的。
波导的发展和现状
是一种用来约束或引导电磁波的结构。通常，波 导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导
空心金属波导管
波导的分类
（从约束或引导结构分）
根据波导横截面的形状不同， 可分为矩形波导、圆柱波导 等
表面波波导
主要形式有：介质线、介 质镜像线、H-波导和镜像 凹波导等
光波导
波导分类：
（从波频率上分）
1920年Barkhausen-Kurz提出了第一个可以在特高频无线 电波频段产生力量的振荡器。
waveguide的发展：
1936年Barrow推导出矩形波导中的截止频率和传播模式
二次世界战争（1939-1945）期间，厘米雷达的发展和 第一高功率微波管，速调管（1938）和空腔磁控管 （1940），导致波导得到广泛使用。 在上世纪50-60年代，商用微波系统波导开始普及，如 机场雷达和微波中继网络等。
waveguide的现状：
光频谱中引导电磁波的物理结构，可 作为集成光学电路的元件（较高频） 微波和无线电波频率的电磁波传播的 波导（波长在0.1mm-1m）
电磁波导
波导管的优点是：导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简 单，易于制造。
waveguide的发展：
1893年汤姆逊在一个圆柱形金属腔内导出电磁模式。 1894年奥利弗洛奇从火花间隙通过短圆柱形铜管显示 3英 寸的无线电波的传输。 1897年瑞利勋爵做了一个波导的明确分析；他解决了电磁 波在导电管和任意形状的介质杆传播的边界值问题。并发 现了TE模和TM模，截止频率。 1902年韦伯观察到电磁波在管内传播比在自由空间传播速 度慢，认为波在遇到阻碍后的反射走了“曲折”的路径。
平面光波导芯片作用
平面光波导芯片作用随着信息技术的发展，光通信作为一种高速、高带宽、低损耗、低干扰的通信方式，越来越受到人们的关注。
而平面光波导芯片作为光通信系统中的重要组成部分，其作用不可忽视。
本文将从平面光波导芯片的定义、工作原理、应用领域等多个方面进行探讨。
一、平面光波导芯片的定义平面光波导芯片是一种基于硅基材料制备的微型光学器件，它能够将光信号引导在芯片表面上进行传输。
平面光波导芯片的结构一般包括波导层、偏振分束器、耦合器、反射器等多个部分，其中波导层是最关键的组成部分。
波导层是由高折射率材料与低折射率材料交替叠加而成的。
在波导层中，高折射率材料通常采用硅材料，而低折射率材料则采用氧化硅等材料。
这种叠加结构能够形成一条光学路径，使得光信号能够在芯片表面上进行传输。
二、平面光波导芯片的工作原理平面光波导芯片的工作原理基于波导的传输特性。
波导传输是利用介质的反射和折射作用来实现光信号的传输。
当光线进入波导时，由于波导中的折射率大于周围介质的折射率，光线会被波导所限制，只能沿着波导的路径进行传输。
平面光波导芯片的波导路径是通过硅和氧化硅等材料的叠加形成的。
当光线进入波导层时，由于硅的折射率高于氧化硅的折射率，光线会被硅所限制，只能沿着波导路径进行传输。
平面光波导芯片的偏振分束器、耦合器、反射器等部分能够实现不同功能，从而使得光信号能够在芯片表面上进行传输、分配、合并等操作。
例如，偏振分束器能够将不同偏振方向的光信号分离出来，耦合器能够将不同波导中的光信号进行耦合，反射器能够将光信号反射回原来的路径中。
三、平面光波导芯片的应用领域平面光波导芯片作为一种微型光学器件，具有体积小、重量轻、低功耗等优点，因此在光通信、生物传感、光学计算等领域有着广泛的应用。
1、光通信领域在光通信领域中，平面光波导芯片可以用于制作光开关、光路选择器、光调制器等器件。
这些器件可以实现光信号的切换、调制、放大等操作，从而满足高速、高带宽的光通信系统的需求。
plc平面波导芯片老化实验
plc平面波导芯片老化实验一、实验目的二、实验原理1. PLC平面波导芯片的结构和工作原理2. 老化实验原理三、实验步骤1. 实验前准备工作2. 实验步骤详解四、实验结果分析1. 光功率损失曲线分析2. 衰减系数分析3. 结果分析总结五、注意事项与安全措施一、实验目的本次PLC平面波导芯片老化实验的主要目的是了解PLC平面波导芯片在长时间使用后性能变化情况，以及对其进行评估和分析。
二、实验原理1. PLC平面波导芯片的结构和工作原理PLC平面波导芯片是一种基于硅基材料制造的光学器件，其结构如图所示：[图1：PLC平面波导芯片结构]PLC平面波导芯片主要由上层SiO2层、下层SiO2层和中间Si3N4层组成。
其中，中间Si3N4层是光波传播的核心部分，上下两层SiO2层则用于控制光波传输方向。
当入射光通过输入端口进入PLC平面波导芯片时，由于中间Si3N4层的折射率高于上下两层SiO2层，光波会被引导到中间Si3N4层内部传输。
在光波传输过程中，由于PLC平面波导芯片的特殊结构，光波会被分为多个不同的路径，并最终汇聚到输出端口。
2. 老化实验原理PLC平面波导芯片老化实验是通过长时间加速老化来模拟器件在实际使用过程中的性能变化情况。
实验中通常采用高温、高湿和高电场等方式对器件进行加速老化。
在老化过程中，器件内部的材料会发生物理和化学变化，从而影响其光学性能。
通过对老化后器件的测试和分析，可以了解器件在实际使用过程中可能出现的问题，并提出相应的解决方案。
三、实验步骤1. 实验前准备工作（1）准备PLC平面波导芯片样品及测试仪器：包括PLC平面波导芯片样品、光源、功率计、多路分光器等。
（2）设置老化条件：根据具体要求设置老化条件，包括老化时间、老化温度、老化湿度和老化电场等。
（3）测试仪器校准：对测试仪器进行校准，确保测试结果的准确性。
2. 实验步骤详解（1）将PLC平面波导芯片样品安装到测试台上，并连接光源、功率计和多路分光器等测试仪器。
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平面波导技术及器件发展动态2004-08-22吴国锋中国电子科技集团第34研究所摘要本文介绍了平面波导技术及器件的发展情况，并概要指出了平面波导光器件的市场前景和发展方向。
关键词PLC、Polymer、InP、AWG1概述光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。
平面波导型光器件，又称为光子集成器件。
其技术核心是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，是多类光器件的研究热点。
2技术种类按材料可分为四种基本类型：铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InGaAsP/InP光波导和聚合物（Polymer）光波导。
LiNbO3晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和波导性质。
除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和传输元件。
铌酸锂镀钛光波导开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀上钛膜，然后进行光刻，形成所需要的光波导图形，再进行扩散，可以采用外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等方法来实现。
并沉积上二氧化硅保护层，制成平面光波导。
该波导的损耗一般为0.2-0.5dB/cm。
调制器和开关的驱动电压一般为10V 左右；一般的调制器带宽为几个GHz，采用行波电极的LiNbO3光波导调制器，带宽已达50GHz以上。
硅基沉积二氧化硅光波导是20世纪90年代发展起来的新技术，主要有氮氧化硅和掺锗的硅材料，国外已比较成熟。
其制造工艺有：火焰水解法（FHD）、化学气相淀积法（CVD，日本NEC公司开发）、等离子增强CVD法（美国Lucent公司开发）、反应离子蚀刻技术RIE多孔硅氧化法和熔胶－凝胶法（Sol-gel）。
该波导的损耗很小，约为0.02dB/cm。
基于磷化铟（InP）的InGaAsP/InP光波导的研究也比较成熟，它可与InP基的有源与无源光器件及InP基微电子回路集成在同一基片上，但其与光纤的耦合损耗较大。
聚合物光波导是近年来研究的热点。
该波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研制高速光波导开关、AWG等。
采用极化聚合物作为工作物质，其突出优点是材料配置方便、成本很低。
同时由于有机聚合物具有与半导体相容的制备工艺而使得样品的制备非常简单。
聚合物通过外场极化的方法可以获得高于铌酸锂等无机晶体的电光系数。
德国HHI公司利用这种波导研制成功的AWG在25-65℃的波长漂移仅为±0.05nm。
几乎任何材料都可以作为聚合物的衬底。
成本低廉，发展前景看好。
此外，为了得到更好的光波导性能，许多研究机构正在探索在新型材料上的波导制造方法。
目前，有机无机混合纳米材料的平面光波导已研制成功，兼具有机与无机材料的优点，如性能稳定可靠、加工容易、能依需求调控光学性能等。
由于新材料具有感光特性，在制造工艺上以显影方式直接做出的导光线路，将能进一步应用以低成本的简单工艺，更可大幅减少器件制造商的设备投入成本。
3产品开发情况目前，光通信应用最多的平面光波导器件主要包括有：各类光耦合器（Coupler、Splitter）、平面波导阵列光栅（AWG）、interleaver、大端口数矩阵光开关(Switch)、阵列型可变光衰减器（VOA）、可调谐光滤波器(OTF)、EDWA及可调谐增益均衡器等。
（1）光耦合器硅基SiO2光波导技术制作的1×N分支光功率分配器（Splitter）是平面波导结构的一种基本应用，它具有传统光纤耦合器所无法相比的小尺寸与高集成度，而且带宽宽、通道均匀性好。
日本NHK 推出的1xN(N=4,8,16,32)系列波导耦合器（图1、图2）具有均匀性好（£2.2dB,N=32）,PDL指标低(£0.3dB,N=32、16)的特点，分别可用于1260-1360和1480-1580波段。
而NxN(N=4、8、16)星型耦合器的耦合比可实现20%到80%.的定制。
法国光子集成公司Teem在2003初推出的基于平面波导技术的NxN系列8x(1x2),16x(1x2),4x(1x8),8x(1x4),2x(1x16)等分路器阵列，尺寸只有70x13x5.6mm，是FBT同类产品尺寸的1/10，具有非常小的插损和回损指标，并已经通过TelcordiaGR-1209和GR-1221测试。
（2）平面波导阵列光栅（AWG）阵列波导光栅是基于干涉原理形成的波分复用器件，其基本结构由3部分组成：输入/输出光波导阵列、自由传播区平板波导和弯曲波导阵列。
弯曲波导之间有固定光程差,使得不同波长的光信号在输出自由传播区干涉,并从不同输出波导口输出。
目前平面波导型WDM器件有各种实现方案，其中比较典型的称为龙骨型的平面波导AWG器件最为普遍，如图3所示。
该类器件通路数大、紧凑、易于批量生产，但带内频响尚不够平坦。
AWG是第一个将平面波导技术应用于商品化的元件。
其做法为在硅晶圆上沉积二氧化硅膜层，再利用微影制程（Photolithography）及反应式离子蚀刻法（RIE）定义出阵列波导及分光元件等，然后在最上层覆以保护层即可完成。
AWG的制作材料除SiO2/Si外，InGaAsP/InP和Polymer/Si 也常被采用。
InGaAsP/InP系的AWG被看好的原因在于它尺寸小并能与InP基有源与无源光子器件及InP基微电子回路集成在同一基片上。
首先提出AWG概念的荷兰人在两年前制作出了有别于龙骨型的AWG结构。
4为荷兰微系统技术公司（mikrosystemtechnik）在TiO2/Al2O3平面波导上采用“自聚焦传输光栅（self-focussingTransmissionGrating）”制作的垂直锥形波导AWG，由于TiO2和Al2O3有较高的折射率差，其通道间隔可以作的很窄（典型值为0.3nm）。
AWG光波导的通道数由最初的16通道已发展到400个通道，最高记录为NTT利用两种类型的AWG的串联连接法(宽分波带宽的前级+窄通道间隔的后级)首次实现了1000个通道。
目前商用流行的仍以40通道为主流。
（3）Interleaver图为荷兰Twente大学的研究人员在SiON波导上采用非对称马-择（Mach-Zehnder）干涉仪和环行共振腔技术实现了Interleaver功能，可将50GHz间隔的波长交错分离，信道隔离度可达30dB。
（4）大端口数矩阵光开关(Switch)平面波导型开关主要包含热光开关、电光开关和全内反射型开关。
热光开关是利用硅波导的热感应折射率变化制作的，其M－Z腔由二个3dB耦合器和二个波导臂组成的，其中一臂上加有热光相移薄膜加热器。
通过受热和非受热实现开关功能。
电光开关与热光开关的波导结构相似，但采用电折变效应来实现对波导臂的光程差调制。
由于Si材料为中心反演对称结构，泡克尔效应极弱，电光系数很小，因此难以利用场致折变效应，只能利用Si材料中的等离子色散效应，于是Si波导层中需要制备p-n结，以实现高浓度载流子的注入。
InGaAsP/InP材料有较强的泡克尔效应和较大的电光系数而成为该类开关的研究热点。
全内反射型开关又叫气泡开关，利用了热毛细现象。
是在波导的交叉点上垂直形成窄矩形槽，槽内封入少量折射率匹配油，薄膜金属加热器淀积在槽的端上，通过加热使槽内的油产生气泡以改变波导交叉点的折射率来实现开关功能。
日本NTT已制作了16´16的热光开关和32´32的全内反射型开关，消光比可达50dB以上。
（5）阵列型可变光衰减器（VOA）首先将聚合物光元件产品通过严格的Telcordia标准的Gemfire公司推出的基于热光聚合物波导的VOA系列产品中有8端口和16端口两种，且8端口VOA具有关断功能，两者均尺寸小，功耗低。
今年初，Gemfire在完成了对Avanex位于苏格兰Livingston的平面硅波导线路业务部门的收购后，最近又传出完成了对拥有有源平面硅处理工艺-雪崩二极管技术的NovaCrystals公司的收购。
这将使Gemfire成为全面掌握平面波导技术的领先者。
（6）可调谐光滤波器(OTF)该类器件大多利用铌酸锂良好的电光特性，在单片平面波导结构上实现可调谐滤波功能。
上世纪末，美国物理研究所在氟化聚合物平面波导上掩模形成布拉格光栅，成功地实现了在1.55µm波段11nm的可调谐滤波，串音-20dB，插损3.2dB。
（7）EDWAEDWA一般由内嵌制作在Er3+:Yb3+共掺杂玻璃基片上的光波导组成。
光波导结构能够将泵浦光能量约束在截面积非常小、长度较长的区域内，只需使用数厘米长高浓度的掺铒增益介质，就可以得到常规掺铒光纤几十倍的单位长度光增益。
法国Teem光子公司于1998年末首先发布采用非刻蚀或沉积的离子交换法，在玻璃薄片而不是在硅片上制作波导，具有非常低的偏振和损耗特性。
随后，美国Northstar光子公司及JDSU也采用了此技术。
丹麦NKT集成公司推出的C带(1528-1562nm)20dB高增益EDWA，采用了980nm/100mW泵源，可单片集成多个放大器。
随后，Teem光子公司和NKT集成公司同时发布采用PECVD制造技术，基于multi-sourceagreement(MSA)发展的4端口全集成EDWA，每端口可达10dBm的输出。
美国Inplane光子公司也推出类似产品。
此外NKT公司还可提供4及8端口可以分别控制的EDWA，且采用的是非致冷的980nm泵源，其可靠性测试通过了TelcordiaGR-1312标准。
（8）可调谐增益均衡器IBM苏黎士实验室在SiON波导上制作非对称马-择腔，采用加热一个波导臂的方法可动态控制EDFA光放大器的增益，如图6所示。
采用7个这样的结构级联，可实现增益平坦度小于0.5dB。
4主要供应商及市场情况目前平面波导类光器件的主要供应商包括：美国Inplane、NeoPhotonics、Waveguide、Avanex、MolecularNanovation、Gemfire、Opticwave、Lightconnect、Lightech、Cypress、BellLabs、LightwaveMicrosystems、JDSU、WaveSplitter；英国Bookham、BNREurope、Terahertz；法国Teem、LET；丹麦NKTIntegration；日本SENKO（扇港）、NTT、欧姆龙、CentralGlass 及加拿大北电网络、MetroPhotonics等。
据市场调研公司ElectroniCast（美）在2002年末的一项市场分析报告称，2010年前，平面波导光器件的增长率将会达到两位数，而到2006年前，将持续30多个百分点之高的增长率。