利用電漿輔助化學氣相沈積法製作摻鍺二氧化矽平面波導及其非線性光學特性探討

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研究生：	詹博文 Bor-Wen Jan
論文名稱：	利用電漿輔助化學氣相沈積法製作摻鍺二氧化矽平面波導及其非線性光學特性探討 A study on the nonlinear optical properties of PECVD fabricated Ge-doped SiO2 planar waveguide
指導教授：	趙煦 Shiuh Chao
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	111
中文關鍵詞：	非線性、波導、電漿輔助化學氣相沈積、電光效應
外文關鍵詞：	mach zehnder, nonlinear, PECVD, E-O coefficient
相關次數：	點閱：2 下載：0
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玻璃是低損耗、價格低廉、極適合應用於光通訊與非線性領域的光學材料，其結構上為中心對稱結構，並無二階非線性光學特性，僅能成為被動元件，因此如何誘發其非線性特性，使應用在主動元件上為首要考量課題。
本篇論文內容為探討利用電漿輔助化學氣相沈積法沈積摻鍺二氧化矽波導於熔融石英玻璃，並研究其誘發的非線性效應、光學與波導特性，最後利用Mach Zehnder Interferometer量測平面波導內的電光係數，主要論文內容整理如下。

第一章：說明熱極化熔融石英玻璃產生二階非線性效應之機制與PECVD工作原理，並介紹與摻鍺二氧化矽研究相關之論文。
第二章：介紹本論文實驗流程與電漿輔助化學氣相沈積法製作摻鍺二氧化矽平面波導製程與特性探討。
第三章：利用光譜儀、稜鏡耦合儀與模擬軟體等實驗探討摻鍺二氧化矽平面波導相關的光學特性。
第四章：藉由實驗室現有設備(熱極化Thermal Poling技術)探討摻鍺二氧化矽平面波導相關的二階非線性效應與UV erase影響的相關性質探討，並找出對摻鍺二氧化矽平面波導最佳的熱極化條件。
第五章：Mach Zehnder Interferometer光路架設、原理與誤差探討，利用此架設量測波導涵蓋之電光係數，與Maker Fringe所得到之二階非線性強度作比較與探討，最後討論量測上調變電場造成的相位變化關係與未來相關應用方向。
第六章：由實驗所得結果與數據做總結，並且介紹摻鍺二氧化矽平面波導未來研究方向等。

摘  要    I
誌  謝  辭    II
內  容  目  錄    III
圖  目  錄    V
表  目  錄    IX
第一章 導論    1
1.1    前言    1
1.2    基本原理    2
1.2.1    熱極化熔融石英玻璃產生二階非線性效應之機制    2
1.2.2    電漿輔助化學氣象沈積法（PECVD）工作原理    5
1.3    相關文獻回顧    7
1.3.1    摻鍺二氧化矽薄膜相關文獻整理    7
1.3.2    電光係數量測相關文獻整理    10
第二章 摻鍺二氧化矽平面波導的製程特性分析    15
2.1    實驗流程簡介    15
2.2    PECVD製作摻鍺二氧化矽平面波導的特性分析與摻雜物對折射係數的關係    16
2.2.1    摻雜物濃度對折射係數之影響    16
2.2.2    波導製作之前置作業與條件    17
2.2.3    波導製程厚度分析    19
2.2.4    波導製程速率分析    21
2.2.5    波導製程均勻性分析    22
第三章 摻鍺二氧化矽平面波導的光學特性研究    24
3.1    穿透光譜量測與分析    24
3.2    波導特性量測與分析    26
3.2.1    稜鏡耦合量測原理與分析    26
3.2.1.1    穿透式稜鏡耦合量測原理與系統架設    26
3.2.1.2    反射式稜鏡耦合量測原理與系統架設    29
3.2.2    波導模態量測結果    31
3.2.3    波導相關光學參數計算與探討    38
第四章 摻鍺二氧化矽平面波導的非線性效應特性研究    43
4.1    不同的熱極化條件對二次非線性強度之探討    43
4.1.1    熱極化實驗架設系統    43
4.1.2    Maker Fringe實驗量測系統    45
4.1.3    不同熱極化電壓的特性探討    46
4.1.4    不同熱極化時間的特性探討    48
4.1.5    不同熱極化溫度的特性探討    50
4.2    UV 紫外光抹除對二階非線性強度的探討    53
4.2.1    實驗架設系統    53
4.2.2    UV光抹除二階非線性強度實驗結果    54
第五章 Mach Zehnder interferometer （MZI）電光係數量測系統架設與測量結果    56
5.1    MZI系統測量原理    57
5.2    MZI系統架設說明    62
5.3     MZI系統量測步驟    66
5.4    MZI誤差評估    67
5.5    測量結果與討論    71
第六章 結論與未來展望    77
參  考  文  獻    78
附錄A  PECVD操作流程    80
附錄B  摻磷二氧化矽平面波導的探討(補充陳建州學長摻磷二氧化矽平面波導未完成之相關實驗)    83
附錄C  Beam_Prop Simulation of Planar and Channel waveguide    104
附錄D  Quasi Phase-Matched period evaluation of Ge-doped SiO2 planar waveguide    105
附錄E  摻鍺二氧化矽 Channel waveguide 製作流程    111

                                

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18, 陳建州,” 以電漿輔助化學器相沈積摻磷二氧化矽平面波導與其非線性與光學特性之研究”,91級碩士論文,清華大學電機所光電組
19, 陳淮義,”熱極化熔融石英玻璃平面基版之非線性光學特性探討與準相位匹配倍頻產生元件之研製”,91級博士論文,國立清華大學電機工程學系
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22, 林毅軒,”真空熱極化光學級熔融石英玻璃所產生的二次非線性光學特性探討”,90級碩士論文,國立清華大學電機所光電組
23, 歐英列,”摻磷二氧化矽對UV 曝光後折射率變化之研究”,88級碩士論文,國立清華大學電機所光電組

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