23、光子器件在海底光放大器及硅光子学中的应用

光子器件在海底光放大器及硅光子学中的应用

1. 海底光放大器光子器件的高可靠性封装技术

传统将平面光波电路（PLC）与光纤阵列连接的封装技术是在所有接触界面（即光路中）使用光学环氧树脂。这种环氧树脂的折射率与玻璃相同，可避免界面反射。然而，由于环氧树脂是有机材料，因光吸收和连接损耗导致的局部发热，使其可靠性不高。

为解决这一问题，研发了一种适用于海底应用的高可靠性连接替代技术。CPqD基金会获得了一种在光路中不使用任何环氧树脂的PLC组装工艺专利。该工艺包括使用粘性粘合剂和适当的固定算法，并结合合适的固化技术，以防止粘合剂流入光路。具体来说，是仅在连接的顶面和底面涂抹环氧树脂来固定PLC和光纤阵列。为防止环氧树脂因表面张力进入光路，使用了高粘度（约180 Ps）和高精度（固化收缩率约0.5%）的环氧树脂。

但这种技术会在光纤和光子集成电路（PIC）之间形成气隙，从而导致界面反射，降低放大器性能。为避免这种反射，需要在光子芯片和光纤阵列上都应用抗反射（AR）涂层。设计这些AR涂层的主要挑战在于，它们需要在两个不同的波长波段（970 - 980 nm和1520 - 1580 nm）都呈现低反射。与外部供应商合作获得的AR涂层反射结果显示，在这两个工作波段都实现了低于0.25%的低反射。此外，由于光纤阵列的端面以8°角抛光，任何波长的回波损耗都非常低，低于 -45 dB。

2. 实验结果

PIC设计是一个迭代过程。首先通过模拟程序获得组件的初步设计，然后将这些组件送到代工厂进行首次制造。对这些样品进行实验，有助于验证模拟结果，并确定器件的实验参数，如直流模式耦合系数、等效长度、弯曲波导和光纤耦合损耗等。

为使PIC达到所有