氧化硅光波导侧壁角测量精度的提高

尚鸿鹏; 孙德贵; 李天成; 于汀; 曾春红; 姜会林

doi:10.37188/OPE.20202812.2588

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氧化硅光波导侧壁角测量精度的提高

现代应用光学 | 更新时间：2021-01-04

- 氧化硅光波导侧壁角测量精度的提高
- Effective method to improve measurement accuracy of sidewall angle of silica optical waveguides
- 光学精密工程 2020年28卷第12期页码：2588-2595
- 作者机构：
  
  1.长春理工大学理学院光电工程学院，吉林长春 130022
  2.中国科学院苏州纳米所，江苏苏州 215125
  3.渥太华大学光子学中心，加拿大渥太华 ONK1N6N5
- 作者简介：
  
  [ "尚鸿鹏（1987-），男，内蒙古锡林郭勒盟人，博士研究生，2015年于长春理工大学获得硕士学位，主要从事光通信芯片设计，平面光波线路器件加工工艺与测量技术的研究。E-mail：shanghongpeng@126.com通讯作者：" ]
  [ "孙德贵（1960-），男，加拿大人，教授，博士生导师，加拿大渥太华大学光子学技术实验室访问教授，主要研究方向为硅基光波导与光电子集成器件；微纳米光波导加工质量的精确检测及其与器件性能的关系；高速电光调制器等。E-mail：sundg@cust.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  吉林省科技厅项目(20180101223JC);长春理工大学专项基金重点支持项目(129954)
- DOI：10.37188/OPE.20202812.2588
  中图分类号： TN256;O439
- 收稿日期：2019-11-19，
  
  修回日期：2020-01-15，
  
  纸质出版日期：2020-12-15
- 稿件说明：
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尚鸿鹏,孙德贵,李天成等.氧化硅光波导侧壁角测量精度的提高[J].光学精密工程,2020,28(12):2588-2595.

SHANG Hong-peng,SUN De-gui,LI Tian-cheng,et al.Effective method to improve measurement accuracy of sidewall angle of silica optical waveguides[J].Optics and Precision Engineering,2020,28(12):2588-2595.
尚鸿鹏,孙德贵,李天成等.氧化硅光波导侧壁角测量精度的提高[J].光学精密工程,2020,28(12):2588-2595. DOI： 10.37188/OPE.20202812.2588.

SHANG Hong-peng,SUN De-gui,LI Tian-cheng,et al.Effective method to improve measurement accuracy of sidewall angle of silica optical waveguides[J].Optics and Precision Engineering,2020,28(12):2588-2595. DOI： 10.37188/OPE.20202812.2588.

摘要

氧化硅波导芯层的侧壁粗糙度和角度是导致器件产生光损耗的主要原因之一。为精确测量沉积包层后氧化硅波导芯层侧壁角，研究了一种利用光学成像显微镜测量波导侧壁角度的方法，并详细分析了引起测量误差的显微物镜放大倍数与成像特征之间的关系。根据理论分析对波导侧壁角度的测量值进行了校正，获得的实验结果与激光共聚焦测量结果相一致。利用该测量方法对10组已沉积包层波导芯层侧壁角度进行了测量并与未沉积包层时激光共聚焦的测量结果进行对比，得出测量精度在±1°以内。该方法为沉积包层后氧化硅波导器件芯层侧壁角度测量提供了一种精确可行的方案。

Abstract

Optical losses of silica waveguides are mainly caused by the core sidewall angle and roughness of the silica waveguides. In this study， to accurately measure the sidewall angle of an upper-cladded waveguide core， we investigate a method using an optical image microscope. Further， we thoroughly analyze the relationship between the magnification of the microscope objective and the imaging features that cause measurement errors. Then， we compensate the experimental measurement results of the waveguide sidewall angle with the intrinsic systematic errors based on a theoretical analysis， which agree with the values obtained via confocal laser microscopy measurements. Furthermore， by comparing the sidewall angle measurement results of 10 sets of cladded waveguides with the confocal laser microscopy measurements of the waveguides before being cladded， we demonstrate that the measurement error is controlled within ±1°. This provides a feasible method to quickly and accurately measure the sidewall angle of the core layer of cladded silica waveguides， i.e.， after deposition of the cladding.

关键词

Keywords

references

CHROSTOWSKI K and HOCHBERG M . Silicon Photonics： Fueling the Next Information Revolution ［M］. 1st ed .. New York ： Elsevier ， 2017 .

OKAMOTO K . Planar Lightwave Circuits （PLCs）［M］// Photonic Networks . New York ： Springer ， 1997 ： 118 - 132 .

ORCUTTJASON S ， MOSSBENJAMIN ， et al . . Open foundry platform for high-performance electronic-photonic integration ［J］. Opt. Express ， 2012 ， 20 （ 11 ）： 12222 - 12232 .

SAKAMAKI Y ， YAMAZAKI H ， MIZUNO T ， et al . . Dual polarisation optical hybrid using silica-based planar lightwave circuit technology for digital coherent receiver ［J］. Electronics Letters ， 2010 ， 46 （ 1 ）： 58 .

MIYA T . Silica-based planar lightwave circuits： passive and thermally active devices ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics ， 2000 ， 6 （ 1 ）： 38 - 45 .

KASAHARA R ， YANAGISAWA M ， GOH T ， et al . . New structure of silica-based planar lightwave circuits for low-power thermooptic switch and its application to 8 /spl times/ 8 optical matrix switch ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2002 ， 20 （ 6 ）： 993 .

王军，付秀华，郭丽君 . 二氧化硅波导马赫-泽德型2×2 热光开关损耗对设计与加工精度的依赖性研究［J］. 长春理工大学学报：自然科学版， 2016 ， 39 （ 2 ）： 10 - 13 .

WANG J ， FU X H ， GUO L J . Study of the precision dependence of 2×2 silicon-on-insulator Mach-Zehnder thermo-optical switch performance ［J］. Journal of Changchun University of Science and Technology： Natural Science Edition ， 2016 ， 39 （ 2 ）： 10 - 13 . （in Chinese）

SUN C ， WADE M T ， LEE Y ， et al . . Single-chip microprocessor that communicates directly using light ［J］. Nature ， 2015 ， 528 （ 7583 ）： 534 - 538 .

杨景豪，刘巍等，刘阳，等 . 双目立体视觉测量系统的标定［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 2 ）： 300 - 308 .

YANG J H ， LIU W ， LIU Y ， et al . . Calibration of binocular vision measurement system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 2 ）： 300 - 308 . （in Chinese）

何宝凤，丁思源，魏翠娥，等 . 三维表面粗糙度测量方法综述［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 1 ）： 78 - 93 .

HE B F ， DING S Y ， WEI C E ， et al . . Review of measurement methods for areal surface roughness ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 1 ）： 78 - 93 . （in Chinese）

蒋向前， Blunt L . 三维表面测量的发展［J］. 工程设计， 2000 ， 7 （ 4 ）： 98 - 100 .

JIANG X Q ， BLUNT L . Advance in the three-dimensional surface metrology ［J］. Engineering Design ， 2000 ， 7 （ 4 ）： 98 - 100 . （in Chinese）

SHANG H P ， SUN D G ， YU P ， et al . . Analysis for system errors in measuring the sidewall angle of a silica waveguide with confocal laser scanning microscope （CLSM）［J］. Measurement Science and Technology ， 2019 ， 30 （ 2 ）： 025004 .

VILLARRUBIA J S ， VLADAR A E ， POSTEK M T . Simulation study of repeatability and bias in the CD-SEM ［J］. SPIE ， 2003 ， 5038 ： 138 - 149 .

OKAMOTO K . Progress and technical challenge for planar waveguide devices： silica and silicon waveguides ［J］. Laser and Photonics Reviews ， 2012 ， 6 （ 1 ）： 14 - 23 .

吴晓波，安问斗，杨钢 . 图像测量系统中的误差分析即提高测量精度的途径［J］. 光学精密工程， 1997 ， 5 （ 1 ）： 133 - 142 .

WU X B ， AN W D ， YANG G . Error analyzing and approaches of improving measuring precision in image measuring system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 1997 ， 5 （ 1 ）： 133 - 142 . （in Chinese）

章慧贤，胡钰 . 显微镜——相对机械参考平面的成像距离第1部分：筒长160 mm ［J］. 光学仪器， 2005 ， 27 （ 6 ）； 94-95 .

ZHANG H X ， HU Y . Microscopes-imaging distance relative to the mechanical reference plane. Part 1： tube length 160 mm ［J］. Optical Instruments ， 2005 ， 27 （ 6 ）： 94 - 95 . （in Chinese）

DAVIDSON M W ， ABRAMOWITZ M . Optical Microscopy ［M］. New York ： John Wiley & Sons ， 2002 ： 1106 - 1140 .

毕革平，雷闽，刘文静，等 . 光学显微镜总放大倍数自校准方法及测量结果的不确定度评定［J］. 理化检验-物理分册， 2010 ， 46 （ 2 ）： 89 - 93 .

BI G P ， LEI M ， LIU W J ， et al . . Method of total magnifying power calibration for optical microscope and evaluation of uncertainty in measurement ［J］. Physical Testing And Chemical Analysis Part A：Physical Testing ， 2010 ， 46 （ 2 ）： 89 - 93 . （in Chinese）

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