PLC(光分路器)技術(shù)以及制作工藝大全
PLC更廣為人知的是在電子技術(shù)領(lǐng)域,它是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)的簡稱。在光通信技術(shù)領(lǐng)域,PLC是平面光路(Planar Lightwave Circuit)的簡稱,它是基于集成光學(xué)技術(shù)制備的各種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),在技術(shù)上,可實(shí)現(xiàn)的功能性器件有方向耦合器DC、Y分支器、多模干涉耦合器MMI、陣列波導(dǎo)光柵AWG、光學(xué)梳狀濾波器ITL、馬赫-增德爾MZ電光調(diào)制器、熱光可調(diào)衰減器TO-VOA、熱光開關(guān)TO-SW等。
在光通信產(chǎn)業(yè)界,得到廣泛應(yīng)用的PLC器件主要有光分路器、AWG、MZ電光調(diào)制器、TO-VOA等,其中光分路器是基于Y分支串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的分光器件,比如一個(gè)1×16端口的光分路器,需要15個(gè)Y分支器。AWG是一種1×N端口器件,它可以將輸入的數(shù)十個(gè)波長分開到不同輸出端口;阝壦徜嚬獠▽(dǎo)制備的MZ調(diào)制器,是目前最主流的調(diào)制器方案;而硅光調(diào)制器技術(shù)業(yè)已發(fā)展成熟,成為50G以上高速調(diào)制器的首選方案;赑LC技術(shù)的TO-VOA與AWG結(jié)合,構(gòu)成具備信道均衡功能的波分復(fù)用/解復(fù)用器VMUX模塊。 基于PLC技術(shù)、得到廣泛應(yīng)用的光通信器件有多種,但是在產(chǎn)業(yè)界,PLC通常指的是光分路器,它是一種在FTTH網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多的光無源器件。在2000年的互聯(lián)網(wǎng)泡沫之后,光通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入蕭條期;2004年左右,在應(yīng)用場(chǎng)景還沒出現(xiàn)的情況下,日本率先將FTTH作為基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行投資建設(shè);2008年后隨著中國的加入,F(xiàn)TTH建設(shè)在2012年左右達(dá)到高峰。FTTH通常采用無源光網(wǎng)絡(luò)PON,其核心就是PLC光分路器,在各種商業(yè)樓宇和住宅中被廣泛敷設(shè)。在生活體驗(yàn)中,離我們最近的就是,入戶調(diào)制解調(diào)器的“貓”尾巴,由早期的雙絞線升級(jí)至目前的光纖跳線,就是引自PLC光分路器的一個(gè)端口,光纖入戶通常能支持100-200M的網(wǎng)速,這比電纜所能支持的4M傳輸速率高得多。 光分路器(PLC)制作工藝大全 在光通信領(lǐng)域,PLC是平面光路的簡稱,它是基于集成光學(xué)技術(shù)制備的各種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)某種功能性器件。光波導(dǎo)的制備工藝,主要有四種:離子交換,離子注入,化學(xué)氣相沉積和火焰水解法。 1) 離子交換 離子交換工藝的原理,是將含有A+離子的玻璃材料浸泡在含有B+離子的溶液中,利用離子會(huì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散的性質(zhì),以溶液中的B+離子將玻璃中的A+離子交換出來。由于含A+離子的玻璃材料比含B+離子的玻璃材料具有更高的折射率,從而在發(fā)生離子交換的區(qū)域獲得高折射率,作為光波導(dǎo)的芯層,未發(fā)生離子交換的區(qū)域作為光波導(dǎo)的包層,得到所需的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 通過離子交換制備光波導(dǎo)的大致工藝流程如圖1所示: 1)通過蒸鍍或者濺射工藝,在玻璃基底上覆蓋一層掩模層; 2)通過光刻和腐蝕工藝,在掩膜層開出一個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的窗口; 3)將制備好掩模層并開窗口的玻璃材料,浸泡在溶液中進(jìn)行離子交換; 4)通過電場(chǎng)驅(qū)動(dòng),將分布在表層的交換離子驅(qū)動(dòng)到一定深度,形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 實(shí)際工藝中,為了更好的保證離子交換效果,上述3-4兩步需要同時(shí)進(jìn)行,這有賴于具體的工藝設(shè)計(jì)。 圖1. 離子交換制備光波導(dǎo)的工藝流程 為了提高離子交換效率并獲得良好的光波導(dǎo)特性,需要適當(dāng)選擇兩種相互交換的離子,優(yōu)化玻璃配方,控制溶液的濃度和溫度,并適當(dāng)?shù)氖┘与妶?chǎng)。 2) 離子注入 離子注入是一種材料表面改性技術(shù),屬于半導(dǎo)體行業(yè)中的一種標(biāo)準(zhǔn)加工工藝。離子注入光波導(dǎo),是通過離子加速器將離子加速到數(shù)萬至數(shù)十萬電子伏特的高能量,轟擊基片材料表面,通過原子或者分子之間的相互作用,在材料表面引起損傷或者缺陷,改變折射率,形成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 典型的離子注入制備光波導(dǎo)工藝如圖2所示,離子注入機(jī)通常由離子源、離子提取與預(yù)加速、磁分析器、后道加速器、電子掃描系統(tǒng)、離子注入腔及真空系統(tǒng)構(gòu)成。在離子源的腔體中,通過氣體放電產(chǎn)生的離子;被離子提取器中的電極導(dǎo)出并進(jìn)行預(yù)加速;磁分析器控制離子束的質(zhì)量,獲得方向性較好的離子束;經(jīng)后道加速后的離子束,在電子偏轉(zhuǎn)器的控制下,注入腔體中的樣品。 圖2. 離子注入制備光波導(dǎo)的工藝 放入離子注入腔體中的基片材料需要預(yù)處理,根據(jù)光波導(dǎo)圖形制備掩膜層,在離子注入之后,還需要后道處理,比如退火工藝,減小注入產(chǎn)生的材料缺陷對(duì)損耗的影響。 3) 化學(xué)氣相沉積 化學(xué)氣相沉積CVD工藝也是半導(dǎo)體行業(yè)中的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝,CVD工藝制備光波導(dǎo)的流程如圖3所示,它是在硅基片(或者石英基片)上相繼沉積具有不同摻雜層的光波導(dǎo)層,比如芯層通過摻磷、硼來提高折射率,包層通過摻鍺來降低折射率。在沉積芯層之后與沉積上包層之前,需要通過光刻工藝來制備掩膜層,定義光波導(dǎo)圖形。在每一層沉積之后,都需要退火硬化工藝來增強(qiáng)沉積層的致密度和均勻性,并減小應(yīng)力。 圖3. 化學(xué)氣相沉積制備光波導(dǎo)的工藝流程 4) 火焰水解法 火焰水解法FHD制備光波導(dǎo)的工藝流程與化學(xué)氣相沉積CVD類似,差別僅在生成薄膜層的工藝條件不同。CVD是將含有膜層元素的各種單質(zhì)和化合物通入腔體,在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而在襯底表面沉積所需薄膜層。FHD是將含有膜層元素的揮發(fā)性鹵化物如四氯化硅,以及含有各種摻雜元素如磷、硼、鍺的鹵化物,通入氣體燃燒器,在高溫火焰中與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成摻有各種雜質(zhì)元素的二氧化硅薄膜層。 5) 工藝比較 離子交換和離子注入工藝,可以制備出低成本的光波導(dǎo),但對(duì)波導(dǎo)橫截面形狀的控制稍差,主要用來制作光分路器,其中離子注入工藝的生產(chǎn)效率較離子交換高得多。CVD和FHD對(duì)波導(dǎo)橫截面形狀的控制要好得多,可用來制作高端光波導(dǎo)器件如陣列波導(dǎo)光柵AWG,其中FHD較CVD更利于厚膜的制備。 關(guān)于億源通科技 億源通科技憑借多年的光通信無源基礎(chǔ)器件OEM ODM制造經(jīng)驗(yàn),不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新,建立了完善的從芯片后工序處理到整體耦合封裝技術(shù)、高精密全波長測(cè)試技術(shù),為客戶提供各種規(guī)格類型的PLC光分路器產(chǎn)品。 |