【摘 要】
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光通信和信息网络是二十一世纪信息化和智能化时代的主要特征,随着科学技术水平的提高,人们对于各种信息的获取、传输、处理、存储提出更高的要求,因此发展微型化（Smaller）、智能化（Smarter）、简易化（Simpler）、高速化（Swifter）、节约化（Saving energy and cost）的“5S”方向是光子器件发展的必然趋势。近年来,由于硫系玻璃具有超宽的红外透过范围,超快的非线性
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光通信和信息网络是二十一世纪信息化和智能化时代的主要特征,随着科学技术水平的提高,人们对于各种信息的获取、传输、处理、存储提出更高的要求,因此发展微型化（Smaller）、智能化（Smarter）、简易化（Simpler）、高速化（Swifter）、节约化（Saving energy and cost）的“5S”方向是光子器件发展的必然趋势。近年来,由于硫系玻璃具有超宽的红外透过范围,超快的非线性响应,较高的线性和非线性折射率等性能特点,片上信号处理集成光子器件的基质平台受到了极大的关注。本文以熔融淬冷法制备的Ge11.5As24S32.25Se32.25和Ge30As15S55玻璃作为原材料,利用热蒸发技术在具有2μm氧化层的硅片上沉积Ge30As15S55薄膜作为底部包层,再沉积Ge11As24S25Se35薄膜作为芯层,采用紫外光刻和电感耦合等离子体刻蚀技术在芯层上制备脊型结构,并测量了波导的表面形貌及传输特性。主要研究内容如下:（1）对硫系光波导器件进行了概述,介绍了硫系材料特性和薄膜制备方法、硫系光波导发展和应用,并对本课题的研究内容和意义进行了概述。（2）对波导模式理论及各种参数计算方式进行了阐述,采用仿真软件COMSOL Multiphysics对不同结构（共8组）的波导进行设计,计算波导的模场分布,并比较不同尺寸波导的色散、零色散点位置以及有效模场面积。结果表明6（脊宽）×3（脊高）μm~2的波导具有相对较短波长的零色散点（～2.05μm）,且TM模式和TE模式对色散影响差异可忽略,为制作波导提供依据。（3）对Ge-As-S-Se玻璃和薄膜材料特性进行研究,结果表明热蒸发制备的沉积态薄膜经过220℃热处理3 h后粗糙度降低至2.43 nm。热处理降低了沉积态薄膜中的残余应力,增强了薄膜的致密性,有利于提高其光传输的效率。（4）采用紫外曝光和电感耦合等离子体干法刻蚀制备脊型波导,热处理工艺增强了薄膜与硅片之间的粘附能力。使用CHF3和CF4气体进行刻蚀,刻蚀环境中等离子体包含CFx基团,该基团产生碳氟聚合物附着在波导表面和侧壁,防止氟自由基的进一步刻蚀。扫描电镜测试结果表明CHF3和CF4的流量分别为20sccm和10 sccm时,制备的波导表面光滑、侧壁垂直度较好。（5）研究了波导的传输损耗。通过截断法,利用1.55μm激光光源以端面耦合的方式,测量了6μm和4μm波导宽度下的传输损耗。测得的两种典型尺寸波导的传输损耗分别为1.91±0.21 d B/cm和2.13±0.26 d B/cm。最后,总结了本论文主要工作并指出今后的研究方向。本工作为今后非线性集成光器件的发展提供了重要的理论参考。
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