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二氧化硅光波导单元

更新时间:2026-07-26 10:22:45 大小:14K 上传用户:江岚查看TA发布的资源 标签:二氧化硅 下载积分:2分 评价赚积分 (如何评价?) 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

基本定义与核心特性

二氧化硅光波导单元是基于二氧化硅(SiO₂)材料制备的,能够约束并引导可见光、红外波段电磁波传输的基本光学结构单元,是集成光子学芯片、光通信器件的核心基础构件。二氧化硅材料因自身优异的光学特性,成为光波导制备的经典材料:

1. 光学透过范围宽:在0.2~2.5μm波段范围内具有极低的光损耗,覆盖光通信常用的1310nm1550nm两个核心通信窗口,满足绝大多数光通信、光传感应用需求。

2. 化学与热稳定性好:材料性质稳定,耐酸碱腐蚀,工作温度范围宽,与半导体工艺兼容性强,适合大规模制备与长期稳定工作。

3. 折射率可调性:通过掺杂(如掺入锗、磷、硼等元素)可以精准调控二氧化硅材料的折射率,方便构造芯层-包层的折射率差结构,实现对光场的有效约束。

4. 传输损耗低:成熟制备工艺下二氧化硅光波导的传输损耗可低至0.01dB/cm以下,远低于其他聚合物、半导体光波导材料,适合长距离光传输与复杂光子回路集成。

基本结构分类

根据光场约束机制与结构形态的不同,常见的二氧化硅光波导单元可以分为以下几类:

1. 条形光波导

条形光波导是最经典的二氧化硅光波导结构,芯层为高折射率掺锗二氧化硅,包层为低折射率纯二氧化硅,芯层横截面为矩形结构,通常宽度在3~10μm之间,高度在2~6μm之间,芯包折射率差一般控制在0.2%~2%之间,与单模光纤的模场匹配度高,耦合损耗可以低至0.1dB以下。这类结构加工工艺成熟,是目前阵列波导光栅、光分插复用器等商用光通信器件中最常用的结构。

2. 脊型光波导

脊型光波导的结构为:在平整的二氧化硅下包层上,先生长一层高折射率芯层,再通过刻蚀工艺加工出凸起的脊型结构,芯层上方覆盖低折射率上包层。这类结构的光场约束通过横向的折射率差与脊型结构的横向折射率台阶共同实现,适合制备大横截面、低非线性效应的光波导,也便于和有源光器件(如激光器、光电探测器)耦合集成。


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