王維新臺灣大學：電子工程學研究所陳奕寰Chen, Yi-HuanYi-HuanChen2007-11-272018-07-102007-11-272018-07-102006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/57230我們以新溼式蝕刻法為基礎，改良脊形光波導與可調式光極化分離器。過去在鈮酸鋰基板上製作脊形結構時，我們通常使用苯甲酸作為質子交換源。現在本實驗室提出了一種新的溼式蝕刻法，這種蝕刻法是以苯甲酸和己二酸加以混合作為蝕刻酸源。這種方法提供了我們一個改良極化分離器的契機。 新式蝕刻法的重點在於改變質子交換源。這種蝕刻法可以得到較好的脊形結構外觀，比較大的高寬比，以及較深的蝕刻深度，所以在製作極化分離器時，我們可以得到較小的調變電壓。 我們所提出的可調式極化分離器係製作在Z切往Y方向傳播的鈮酸鋰基板上，其基本架構為一Y形分岔波導，分枝係由一條鎳的直波導與一條簡式同調耦合結構的退火式質子交換波導所組成。指狀電極則加在元件前端以作調變之用。 最後我們成功地用250伏特的調變電壓得到70%的轉換效率，這比之前所發表的結果高A tunable optical polarization splitter with a ridge structure fabricated by a new wet etching method is presented. In the past, when a ridge structure was to be fabricated on a lithium niobate substrate, benzoic acid was often used as the source of proton exchange. In this work, a new wet etching method that uses a mixture of benzoic acid and apidic acid as the proton exchange source is demostrated. As the etched ridge structure has a larger depth-to-width ratio, a lower tuning voltage can be achieved for the improvement of the splitter. The tunable mode splitter, fabricated on a z-cut y-propagation lithium niobate substrate is essentially a Y-branch waveguide with a nickel-indiffused waveguide and an annealed proton-exchanged (APE) waveguide. In particular, the APE waveguide is composed of simplified coherently-coupled (SCC) segments. For tuning, finger-type electrodes are deposited on the front-end of the device. When a tuning voltage of 250V is applied to the electrodes, a tunability of 70% is achieved, which is greater than those reported.目錄 　第一章 緒論................................................................................1 1-1 研究背景與動機................................................................1 1-2 鈮酸鋰的基本特性............................................................2 1-3 鈮酸鋰上光波導的製作....................................................4 1-4 論文內容概述...................................................................4 第二章 脊形結構與新溼式蝕刻法..........................................5 2-1 脊形結構的簡介.............................................................5 2-2 新溼式蝕刻法.................................................................6 2-3 脊形結構上的光波導製作.............................................7 2-4 質子源.............................................................................8 第三章 模態分離器與模態轉換器........................................11 3-1 各種不同的模態分離器...............................................11 3-2 模態分離器的原理..................................................12 3-3 本實驗各種模態分離器之比較...................................15 3-4 鎳與質子交換光波導..................................................16 3-5 模態分離器之製程設計...............................................19 第四章 元件設計、製作與量測............................................27 4-1 元件設計......................................................................27 4-2 一般積體光學的基本製程........................................28 4-3 可調式脊形結構TE/TM模態分離器之製作說明..35 4-4 元件製作量測圖........................................................38 4-5 光學量測架設............................................................42 4-6 光學量測結果............................................................44 第五章 結論和未來展望 5-1 結論..........................................................................47 5-2 未來展望..................................................................48 參考文獻..............................................................................49 附表目錄 表1-1 鈮酸鋰的基本特性.......................................................2 表2-1 苯甲酸與己二酸的基本特性.......................................9 表2-2 苯甲酸與己二酸的混合酸配方比................................9 表2-3 在Z-cut晶片上製作脊形結構的蝕刻外觀比............10 表3-1 不同極化分離器的比較………………......................12 附圖目錄 圖 2-1 平面波導與脊形波導光場電場重疊積分值之比較..5 圖 3-1 極化模態轉換器的基本架構.....................................11 圖 3-2 耦合型極化分離器.....................................................12 圖 3-3 Y形分岔極化分離器...................................................14 圖 3-4 鎳擴散波導折射率差對時間趨勢圖(左) 鎳擴散波導濃度對時間變化圖(右) ..........................16 圖3-5 三段式同調耦合型彎曲光波導...................................20 圖3-6 三段式彎曲結構模擬結果...........................................20 圖3-7 同調耦合相位振盪機制...............................................21 圖3-8彎曲光波導 (a)傳統型 (b)簡式同調耦合型……...... 22 圖3-9 電極示意圖....................................................................25 圖4-1 元件結構設計示意圖....................................................27 圖4-2 Y形分岔結構設計圖......................................................27 圖4-3 擴散過程之溫度變化圖................................................34 圖4-4 元件製作流程圖............................................................35 圖4-5 脊形結構的SEM量測圖............................................38 圖4-6 蝕刻深度對蝕刻時間趨勢圖........................................39 圖4-7 以表面輪廓儀測量蝕刻深度圖 ..............................39 圖4-8　顯微鏡底下所見之脊形結構..................................40 　　　圖4-9　顯微鏡底下所見之鎳金屬圖....................40 圖4-10 顯微鏡下簡式同調耦合結構圖形掀離圖..41 圖4-11 電極蝕刻前後對照圖(1) .........................41 圖4-12 電極蝕刻前後對照圖(2) .......................................42 圖4-13 量測架設圖(1) .........................................................42 圖4-14 量測架設圖(2) .........................................................43 圖4-15單導TE之單模態鎳直波導光場量測圖.................43 圖4-16 光極化分離器之量測結果.......................................44 圖4-17 光極化轉換器之量測結果.......................................451432623 bytesapplication/pdfen-US極化分離器脊形結構溼式蝕刻法Ridge WaveguideTE/TM Mode SplitterWet Etching Methodthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/57230/1/ntu-95-R94943060-1.pdf