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随着下一代高容量、高速光通讯网络的发展,DWDM技术已经成为以光纤为基础的光信息数据传输中的关键技术。DWDM信道数目的增加,需要对波长进行监控,对光网络进行迅速的重新配置。波长可调谐器件在DWDM系统中,有着广泛的应用,如MOEMS可调谐激光器、MOEMS可调谐探测器、以及波长可控的收发集成芯片等。将垂直腔MOEMS可调谐滤波器,分别与VCSEL,RCE探测器集成在一起,就可以制成MOEMS可调谐VCSEL,和MOEMS可调谐RCE探测器,而MOEMS可调谐VCSEL与RCE探测器的集成,可以得到垂直腔波长可控收发集成芯片。以上各种波长可调谐垂直腔器件的可调谐部分都是基于一个MOEMS可调谐滤波器,而MOEMS可调谐滤波器最主要的结构为一个FP腔空气隙。本论文主要围绕MOEMS垂直腔可调谐光电器件的理论设计,和FP腔空气隙结构的工艺制备系列开展研究。
MOEMS垂直腔可调谐光电器件的工作原理可以从现有的光学、机电学模型得到解释。结合光学中的传输矩阵法和机电学中悬臂梁的弯曲理论,利用Matlab编程,对影响MOEMS垂直腔可调谐光电器件光学性能和机械性能的因素进行了计算和模拟。依据理论计算,设计了一个MOEMS可调谐滤波器,在此设计中,将牺牲层的厚度设计得比传统的一个波长的厚度1300nm厚100nm,使得模式峰偏向高反带的长波边缘,增大了模式峰可移动的波长空间。
针对MOEMS垂直腔可调谐光电器件制作中的三个关键工艺:台面的垂直刻蚀、牺牲层的选择腐蚀和悬臂结构的安全释放,进行了研究,成功制作出了一个单悬臂型的FP腔空气隙结构。采用ICP干法垂直刻蚀,以及在下DBR之上设计一个厚GaAs层的方法,可以保证刻蚀准确停止在下DBR之上。利用稀盐酸溶液对含铝量不同的AlxGα1-xAs材料腐蚀速率的差异,可选择性的将AlAs牺牲层腐蚀掉,而不损伤器件的其它部位。研究了粘连现象对悬臂结构的影响,对器件几何结构的优化设计可以提高悬臂结构的机械稳定性,采用乙醇、丙酮等低表面张力的液体涮洗器件可以减少粘连现象对器件的损坏,在一定程度上提高器件的成品率。