[科普中国]-光波导路

集成光路基本结构与光纤一样将光波通过全反射的完全封闭于折射率高的芯部，形成波导，如图为集成光路的波导路结构。

玻璃波导路集成光路的基本结构与光纤一样将光波通过全反射完全封闭于折射率高的芯部，从而形成波导，而波导路按使用目的分为平面波导及隧道波导，也可以分类为单一波型与多波型，扩散型与薄膜型。如图为集成光路的波导路结构。

离子交换波导路玻璃中的Na、K离子在高温下成为可迁移的离子，可从外部与其他离子相互扩散（交换）使组成产生变化。要使折射率提高，可通过与极化率大的K+、Rb+、Cs+、T1+、Ag+或离子半径小的Li+进行离子交换。

溅射薄膜波导路于基板材料上堆积不同材料的薄膜形成波导路，可以用很多其他材料，从而使功能扩大使用高频溅射制备波导路7059玻璃最为常用，基板常采用低折射率玻璃，在Si晶片利用加热氧化制备SiO2/Si基板，具有制备光检测器集成光路可能性，而且损耗低，用CO2激光退火使之损耗降至0.01dB/cm。

CVD玻璃薄膜波导路制备方法有：

1、火焰堆积法：向SiC4、TiC4加入掺杂剂的混合气，在火焰中产生氧化反应的玻璃微粒子，堆积于基板SiO2、SiO2/Si上，1250℃热处理形成透明波导路，可通过混合气体组成控制折射率，制备大范围膜厚的波导路。

2、低压CVD、等离子体CVD: Si3N4 薄膜可采用SiH4与NH3为原料制备，可用于高折射率低损耗的被导路。低压CVD可在800℃下制膜，等离子体在200~ 300℃低温即可成膜，在原料气中加人N2O可制成SiOxNy膜，改变组成可控制折射率。此外，还有C中、P掺杂的SiO2膜，这种CVD方式可利用半导体设备及制备工艺进行。

3、激光CVD：利用激光扫描在基板上选择性成膜制备波导路，如用CO2激光制备SiON波导路。

其他的玻璃波导路扩散型的如向SiO2基板上注入He+、Li+的离子波导路，As-S，As-Se-Ge等硫化物玻璃波导路的声光效应高，利用光电子束照射，可引起折射率的变化。

波导元件被动元件被动元件包括槽型波动元件、波导镜头、光栅元件等。

光控制元件许多需要采用光开关、变频器、空间变频器、偏向器等元件，靠外部信号控制被导光。为实现上述的电光效应功能，有效的方法是采用强介电体结晶或半导体材料，而玻璃材料则不显示这些效应。

非线性光学元件用光信号对光波超高速控制的光一光开关，可以利用三阶非线性光学效应（折射率或吸收率与光强的关系），在各种玻璃材料中半导体掺杂玻璃（SDG）、 硫化物玻璃、铅玻璃等显示较大的非线性特性。

激光元件Nd掺杂玻璃作为基板通过Ag离子扩散可制成槽型光波导，端面制成高反射率镜，将半导体激光作为激励光源可得到波长1 .054μm的激光振荡，适宜光通讯的波长1.5μm带显示激光作用的Er掺杂玻璃已在纤维型方面取得较大成果，在Si基板上堆积Er掺杂SiO2形成光波导，可做成放大器。

集成光路实例1、通信用波长分波器WDM （Wavelength Divsion Multiple一xing） 光纤通信要扩大传输容量，可采用波长多路系统，在接受信号的末端设置必要的波长分被器，由此出现各种器件。

2、高频信号处理器装置将波导型声光布喇格元件与波导光推直，集成傅里叶变换波导镜头，可将高频信号的波谱实时做出高速分析，实现光集成RF谱检偏镜等傅里叶变换信号处理器。1

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张尉 - 副教授 - 西南大学