[科普中國]-光波導(dǎo)路

集成光路基本結(jié)構(gòu)與光纖一樣將光波通過全反射的完全封閉于折射率高的芯部，形成波導(dǎo)，如圖為集成光路的波導(dǎo)路結(jié)構(gòu)。

玻璃波導(dǎo)路集成光路的基本結(jié)構(gòu)與光纖一樣將光波通過全反射完全封閉于折射率高的芯部，從而形成波導(dǎo)，而波導(dǎo)路按使用目的分為平面波導(dǎo)及隧道波導(dǎo)，也可以分類為單一波型與多波型，擴(kuò)散型與薄膜型。如圖為集成光路的波導(dǎo)路結(jié)構(gòu)。

離子交換波導(dǎo)路玻璃中的Na、K離子在高溫下成為可遷移的離子，可從外部與其他離子相互擴(kuò)散（交換）使組成產(chǎn)生變化。要使折射率提高，可通過與極化率大的K+、Rb+、Cs+、T1+、Ag+或離子半徑小的Li+進(jìn)行離子交換。

濺射薄膜波導(dǎo)路于基板材料上堆積不同材料的薄膜形成波導(dǎo)路，可以用很多其他材料，從而使功能擴(kuò)大使用高頻濺射制備波導(dǎo)路7059玻璃最為常用，基板常采用低折射率玻璃，在Si晶片利用加熱氧化制備SiO2/Si基板，具有制備光檢測器集成光路可能性，而且損耗低，用CO2激光退火使之損耗降至0.01dB/cm。

CVD玻璃薄膜波導(dǎo)路制備方法有：

1、火焰堆積法：向SiC4、TiC4加入摻雜劑的混合氣，在火焰中產(chǎn)生氧化反應(yīng)的玻璃微粒子，堆積于基板SiO2、SiO2/Si上，1250℃熱處理形成透明波導(dǎo)路，可通過混合氣體組成控制折射率，制備大范圍膜厚的波導(dǎo)路。

2、低壓CVD、等離子體CVD: Si3N4 薄膜可采用SiH4與NH3為原料制備，可用于高折射率低損耗的被導(dǎo)路。低壓CVD可在800℃下制膜，等離子體在200~ 300℃低溫即可成膜，在原料氣中加人N2O可制成SiOxNy膜，改變組成可控制折射率。此外，還有C中、P摻雜的SiO2膜，這種CVD方式可利用半導(dǎo)體設(shè)備及制備工藝進(jìn)行。

3、激光CVD：利用激光掃描在基板上選擇性成膜制備波導(dǎo)路，如用CO2激光制備SiON波導(dǎo)路。

其他的玻璃波導(dǎo)路擴(kuò)散型的如向SiO2基板上注入He+、Li+的離子波導(dǎo)路，As-S，As-Se-Ge等硫化物玻璃波導(dǎo)路的聲光效應(yīng)高，利用光電子束照射，可引起折射率的變化。

波導(dǎo)元件被動元件被動元件包括槽型波動元件、波導(dǎo)鏡頭、光柵元件等。

光控制元件許多需要采用光開關(guān)、變頻器、空間變頻器、偏向器等元件，靠外部信號控制被導(dǎo)光。為實(shí)現(xiàn)上述的電光效應(yīng)功能，有效的方法是采用強(qiáng)介電體結(jié)晶或半導(dǎo)體材料，而玻璃材料則不顯示這些效應(yīng)。

非線性光學(xué)元件用光信號對光波超高速控制的光一光開關(guān)，可以利用三階非線性光學(xué)效應(yīng)（折射率或吸收率與光強(qiáng)的關(guān)系），在各種玻璃材料中半導(dǎo)體摻雜玻璃（SDG）、 硫化物玻璃、鉛玻璃等顯示較大的非線性特性。

激光元件Nd摻雜玻璃作為基板通過Ag離子擴(kuò)散可制成槽型光波導(dǎo)，端面制成高反射率鏡，將半導(dǎo)體激光作為激勵光源可得到波長1 .054μm的激光振蕩，適宜光通訊的波長1.5μm帶顯示激光作用的Er摻雜玻璃已在纖維型方面取得較大成果，在Si基板上堆積Er摻雜SiO2形成光波導(dǎo)，可做成放大器。

集成光路實(shí)例1、通信用波長分波器WDM （Wavelength Divsion Multiple一xing） 光纖通信要擴(kuò)大傳輸容量，可采用波長多路系統(tǒng)，在接受信號的末端設(shè)置必要的波長分被器，由此出現(xiàn)各種器件。

2、高頻信號處理器裝置將波導(dǎo)型聲光布喇格元件與波導(dǎo)光推直，集成傅里葉變換波導(dǎo)鏡頭，可將高頻信號的波譜實(shí)時做出高速分析，實(shí)現(xiàn)光集成RF譜檢偏鏡等傅里葉變換信號處理器。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張尉 - 副教授 - 西南大學(xué)