Simulation und Herstellung siliziumbasierter integriert-optischer Sternkoppler

Diplomarbeit aus dem Jahr 1996 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Nachrichtentechnik / Kommunikationstechnik, Note: 1,0, Technische Universität Dortmund (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung: Die optische Nachrichtentechnik gewinnt in der Telekommunikation mit dem wachsenden Bedarf an hohen Übertragungsraten und der Globalisierung der Informationsverarbeitung an Bedeutung. Die Bauteile der integrierten Optik sind aufgrund ihrer Anwendungsmöglichkeiten innerhalb der optischen Nachrichtentechnik von großem Interesse, da bei Verteilungs- und Schaltfunktionen auf die Umwandlung in elektrische Signale verzichtet werden kann. Das im Rahmen dieser Diplomarbeit betrachtete Bauteil, der passive optische Sternkoppler, findet vorwiegend in lokalen Netzen seine Anwendung. Die hierbei verwendbaren Materialien müssen gewährleisten, dass die Lichtwellenleiter geringe Übertragungsverluste durch Dämpfung und Dispersion besitzen und reproduzierbar herzustellen sind. Die Möglichkeit der Kopplung an andere optische Komponenten wie Glasfasern, Lichtquellen und Photodetektoren ist ebenso wichtig. Diese Forderungen erfüllen verschiedene Substratmaterialien wie z. B. Glas, Polymere und nicht zuletzt Silizium. Die Herstellung des Sternkopplers auf Siliziumsubstrat hat verschiedene Vorteile. Standardsiliziumwafer besitzen eine qualitativ hochwertige Oberfläche und sind deshalb ein geeignetes Substrat für optische Wellenleiter. Die Siliziumtechnologie ist gut erforscht und zur Abscheidung und Strukturierung der Lichtwellenleiterschichten kann auf Verfahren der Halbleitertechnologie zurückgegriffen werden. Ein weiterer Vorteil ist das einfach herzustellende, arteigene Oxid des Siliziums mit guten optischen Eigenschaften. Aufgrund des großen finanziellen und zeitlichen Aufwandes ist es sinnvoll, vor der technologischen Realisierung eine simulatorische Opitimierung durchzuführen. Aus diesem Grund teilt sich diese Diplomarbeit zu etwa gleichen Teilen in einen simulatorischen und einen technologischen bzw. messtechnischen Teil auf. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen integriert optischen Sternkoppler auf Siliziumsubstrat herzustellen, der unabhängig von der Wahl des Einkoppelwellenleiters die eingekoppelte Leistung gleichmäßig auf alle Ausgangswellenleiter verteilt. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung4 2.Der passive, optische Sternkoppler5 2.1Verwendungsmöglichkeiten von optischen Sternkopplern5 2.1.1Einsatz in sternartigen Netzen5 2.1.2Aufbau eines integriert-optischen 8x8-Sternkopplers6 2.1.3Einsatz in integriert-optischen Frequenzmultiplexern9 2.1.4Aufbau eines in Multiplexern verwendeten 8x20 Sternkopplers10 3.Simulation der Sternkoppler13 3.1Simulationsverfahren13 3.1.1Wide-Angel Beam Propagation Method (WABPM)14 3.2Simulation von 8x8 Sternkopplern15 3.2.1Verschiedene Parameter der Simulation15 3.2.2Ausgangspunkt für die Simulation19 3.2.3Variation des Radius R1 bzw. R223 3.2.4Variation des Abstandes d zwischen den Wellenleitern26 3.2.5Variation der Taper27 3.2.6Der optimierte 8x8 Sternkoppler27 3.2.7Anpassung des optimierten 8x8-PECVD-Sternkopplers an technologische Bedingungen29 3.2.8Simulation von Sternkopplern mit S-Bends31 3.3Simulation von FHD-Sternkopplern zur Verwendung in optischen Multiplexern34 4.Maskenherstellung37 4.1Layouterstellung37 4.1.1Erzeugung einer AutoCAD lesbaren Script-Datei37 4.1.2Layout der Maskenstrukturen in den verschiedenen Feldern40 5. Technologie43 5.1Technologieübersicht43 5.2Herstellung der lichtführenden Schicht43 5.3Photolithographie45 5.4RIE-Ätzen der lichtführenden Schicht48 5.5Deposition der Deckschicht49 5.6Sägen der Wafer50 6.Messergebnisse54 6.1Dämpfungsmessung54 6.1.1Durchfüh...