Fabrication of Wide-Angle Optical Power Splitter Using Benzocyclebutene Waveguide with Simplified Coherently-Coupled Segments

本研究以波長248 nm的KrF準分子雷射，透過石英光罩直接將紫外光雷射照射在高分子材料benzocyclobutene上改變折射率製作光波導元件，製作出1.55 μm光源之下的簡式同調耦合的彎曲結構、一分二光功率分離器(Y形分岔)、以及一分四光功率分離器，使用的彎曲角度依序為0.5°、1.5°、2.5°、3°、2.5°、1.5°、1°。模擬結果顯示，與傳統彎曲方式比較，簡式同調耦合彎曲除了可以縮短元件的長度外，也有較高的傳輸效率。實作時採固定雷射強度及重複率，並選用不同的紫外光雷射發數。首先利用S形結構量測光功率值以求不同雷射發數下的同調耦合長度，再用一分二光功率分離器求其分岔長度，最後再將製程條件應用在一分四光功率分離器的設計上。實驗所得到的總傳輸率可達81.86%，輸出不均勻率為0.81 dB。而模擬的總傳輸率為85.6%，輸出不均勻率為0.57dB，此與實驗所得到的數據相當的吻合。Benzocyclobutene (BCB) optical waveguide devices fabricated by 248 nm krypton fluorine excimer laser illumination are demonstrated. The optical devices of interest are S-bend, 1×2 optical power splitter (Y-branch), and 1×4 optical power splitter with simplified coherently-coupled (SCC) segments. The bend angles of these segments are designed as 0.5°, 1.5°, 2.5°, 3°, 2.5°, 1.5°, and 0.5° for the 1.55 μm wavelength. Simulated results show that with use of SCC structure, the device length is shortened and the transmission efficiency is enhanced as compared with those of the traditional bending structures. Using various numbers of laser shots, the coherent length is determined by the S-bend structure, and the split length is determined by the 1×2 optical power splitter. Based on the coherent length and the split length, a 1×4 optical power splitter is fabricated. The measured transmission efficiency is 81.86%, and the maximum imbalance is 0.81 dB, which agree quite well with the simulation results 85.6%, and 0.57 dB respectively.中文摘要 i 英文摘要 ii 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 1 1-3 內容概述 2 第二章 簡式同調耦合彎曲光波導 5 2-1 傳統彎曲光波導種類 5 2-1.1 稜鏡型彎曲光波導 5 2-1.2 圓弧型彎曲光波導 6 2-1.3 截角型彎曲光波導 7 2-1.4 耦合型彎曲光波導 7 2-2 同調耦合效應 8 2-3 簡式同調耦合彎曲光波導 12 第三章 BCB光功率分離器之設計 14 3-1 BCB高分子材料之簡介 14 3-2 光功率分離器之設計 17 3-3 光束傳播法 19 3-4 模擬與結果 20 3-4.1 簡式同調耦合S形彎曲結構 22 3-4.2 簡式同調耦合彎曲一分二光功率分離器 24 3-4.3 簡式同調耦合彎曲一分四光功率分離器之元件設計 26 第四章 BCB光功率分離器之製作 27 4-1 傳統BCB光波導之製作 27 4-2 製作流程 27 4-2.1 晶片備製 27 4-2.2 雷射照射 30 4-2.3 重新塗膜 31 第五章 量測與結果 36 5-1 量測架設 36 5-1.1 稜鏡耦合系統 36 5-1.2 光場與功率之量測 38 5-2 量測結果 39 5-2.1 雷射照射發數對BCB折射率變化關係 39 5-2.2 同調耦合長度 41 5-2.3 分岔長度 43 5-2.4 一分四光功率分離器 45 5-3 實驗結果探討 47 5-3.1 輸入位置偏移之影響 47 5-3.2 無輸入偏移時第二段輸入長度之影響 49 5-3.3 簡式同調耦合彎曲與傳統彎曲模擬比較 52 第六章 結論與未來展望 54 6-1 結論 54 6-2 未來展望 55 參考文獻 56 中英文名詞對照表 5