第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

波導(dǎo)（waveguide）是用來引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)。在廣義的定義下，波導(dǎo)不僅是指空金屬管，同時也包括其他波導(dǎo)形式如脊形波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、介質(zhì)波導(dǎo)等；還包括雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶和鏡像線、單根表面波傳輸線等。但如不附加說明，一般說到波導(dǎo)就是指空心金屬管。根據(jù)波導(dǎo)橫截面的形狀不同，可分為矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)等。盡管已存在很多不同波導(dǎo)形式，且新的形式還不斷出現(xiàn)，但直到目前，在實(shí)際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)仍是兩種最主要的波導(dǎo)形式。

第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程

1、光波導(dǎo)

光波導(dǎo)的 研究 條件與當(dāng)前科技的飛速發(fā)展是密不可分的，隨著技術(shù)的發(fā)展，新的制備方法不斷產(chǎn)生，從而形成了各種各樣的制備方法，如離子注入法、外延生長法、化學(xué)氣相沉淀法、濺射法、溶膠凝膠法等。

光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

圖中共有三層平面相層疊的光學(xué)介質(zhì)，其對應(yīng)折射率n0,n1,n2。其中白色曲折線表示光的傳播路徑形式。可以看出，這是依靠全反射原理使光線限制在一層薄薄的介質(zhì)中傳播，這就是光波導(dǎo)的基本原理。為了形成全反射，圖中要求n1>n0,n2。

一般來講，被限制的方向微米量級的尺度。

光波導(dǎo)模型

選擇適當(dāng)?shù)慕嵌?theta;（為了有更好的選擇空間，一般可以通過調(diào)整三層介質(zhì)的折射率來取得合適的取值），則可以將光線限制在波導(dǎo)區(qū)域傳播。

現(xiàn)在離子注入的方法應(yīng)用和 研究 較多，并且發(fā)展也相對成熟。離子注入可以改變固體表面及近表面的特性，是近代科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)，離子注入光波導(dǎo)是核技術(shù)與材料科學(xué)、信息科學(xué)交叉的新領(lǐng)域。

簡單來講離子注入就是將重離子或者輕離子（技術(shù)及性質(zhì)有一定差別，所以分開說）加速后注入事先制作好的晶體或者其他物質(zhì)中，以引起注入位置的性質(zhì)（包括折射率）有一定分布。

對于光波導(dǎo)制備來講，離子注入方法主要有以下幾個優(yōu)勢，

1）適用范圍廣，100 多種光學(xué)材料。

2）在常溫或低溫下完成。

3）準(zhǔn)確控制光波導(dǎo)的特征參數(shù)。

4）可以形成“晶體”波導(dǎo)，晶體保持原有的屬性。

5，重復(fù)性好。

6，可以與其它技術(shù)相結(jié)合等等。

2、波導(dǎo)元件

波導(dǎo)元件可以按等效電路的“路”數(shù)（即元件的分支數(shù)或“端對”數(shù)）來區(qū)分；也可以按元件中所充物質(zhì)的性質(zhì)來區(qū)分；還可以按元件的用途來區(qū)分。表中所列為主要的波導(dǎo)元件。但從使用的角度來看，其中不少元件往往兼有幾種用途，很難截然劃分。 

主要的波導(dǎo)元件

波導(dǎo)元件一般有兩個以上的端口，通過某種不均勻性或某種耦合機(jī)構(gòu)來控制電磁波，即對電磁波進(jìn)行各種變換。常用的不均勻性有波導(dǎo)階梯（波導(dǎo)截面尺寸突然改變）、膜片、銷釘和諧振窗等；常用的耦合機(jī)構(gòu)有耦合小孔、裂縫和耦合環(huán)等。

1）法蘭

焊在波導(dǎo)的端面，用于延伸或插入元件，使波導(dǎo)或波導(dǎo)元件互相連接。法蘭有平法蘭和抗流式法蘭兩種。①平法蘭：靠兩個法蘭平滑表面的機(jī)械接觸而連接；②抗流式法蘭:端面切出四分之一波長深的抗流槽，槽口距波導(dǎo)內(nèi)壁也是四分之一波長，也就是槽底距波導(dǎo)內(nèi)表面為二分之一波長。這樣即可在機(jī)械接觸處造成電流波節(jié)，即使在兩波導(dǎo)端面間略有間隙或錯扭，其間仍會呈現(xiàn)短路電抗，達(dá)到對直流開路、對射頻短路的微波耦合。

抗流式法蘭

彎波導(dǎo)和扭波導(dǎo)

2）彎波導(dǎo)和扭波導(dǎo)

在雷達(dá)或波導(dǎo)干線中常采用彎波導(dǎo)，以便按要求的角度改變波導(dǎo)的方向。在電場平面內(nèi)彎曲的波導(dǎo)稱為 E面彎波導(dǎo)，在磁場平面內(nèi)彎曲的波導(dǎo)稱為H面彎波導(dǎo)。使用扭波導(dǎo)可以改變傳輸波型的極化平面而保持波導(dǎo)的原方向不變。波導(dǎo)彎曲或扭轉(zhuǎn)部分的截面略有變形就會使傳播常數(shù)與未變形波導(dǎo)有所不同，從而引起失配。為使失配影響最小，彎波導(dǎo)或扭波導(dǎo)的長度可選為半波長的整數(shù)倍。

3）軟波導(dǎo)

在波導(dǎo)線路中的某些位置有時采用彎波導(dǎo)或扭波導(dǎo)等作剛性連接不很方便，則可采用軟波導(dǎo)，以起“軟關(guān)節(jié)”連接的作用。它在饋線系統(tǒng)中還能調(diào)節(jié)因溫度變化引起的饋線伸縮，對振動、轉(zhuǎn)動起緩沖和穩(wěn)定作用，使傳輸線路有一定的靈活性。軟波導(dǎo)常用波紋金屬管制成，其截面形狀有圓、橢圓和矩形等，其中橢圓軟波導(dǎo)也常作為主饋線使用。

4）阻抗變換元件

最基本的波導(dǎo)電抗單元有波導(dǎo)階梯、膜片、銷釘和螺釘?shù)?。波?dǎo)中的不均勻性類似于能量存儲器。膜片配置于波導(dǎo)橫截面上，有對稱、不對稱和單片等型式。電容膜片可存儲電能，等效電納為容性。電感膜片和銷釘可存儲磁能，等效電納為電感性。螺釘是可調(diào)電抗性元件，調(diào)節(jié)插入波導(dǎo)的深度可使電納從電容性到電感性連續(xù)改變（圖3）。但螺釘插入過深會引起損耗、擊穿和打火等現(xiàn)象，因而這種可調(diào)螺釘一般只作為可調(diào)容抗元件使用。 

波導(dǎo)不均勻性電抗元件

5）波導(dǎo)接頭

在眾多的波導(dǎo)元件之中，各種類型的波導(dǎo)接頭常常起核心作用。它可以將多個波導(dǎo)元件連接在一起構(gòu)成微波電路，使電磁波的幾種波型的功率按一定比例關(guān)系分配在各種元件之間。由波導(dǎo)元件連接成的微波電路不僅取決于它所包含的元件及其連接方式，還與接頭的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。

第三節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析

1、石英光波導(dǎo)以其優(yōu)良的特性受到了光通信市場的青睞，特別是在主干網(wǎng)上，而且隨著價格的不斷下降和FTTX的發(fā)展，石英光波導(dǎo)的前景也是很光明的。但是其生產(chǎn)難度較大，成膜工藝較難，主要有火焰堆積法和化學(xué)汽相沉積法制備的，所以這樣的公司比較少，主要有日本的NTT下屬公司NEL，NHK公司（現(xiàn)已被歐姆龍公司購買），Hitachi Cable，Woorio等，韓國的PPI公司（日本NHK的技術(shù)），美國的Neophotonics，ColorChip，JDSU，Gemfire ，英國Bookham ，法國的TeemPhotonics等等。

2、基于磷化銦（InP）的InGaAsP/InP的半導(dǎo)體光波導(dǎo)的 研究 也比較成熟，它可與InP基的有源與無源光器件及InP基微電子回路集成在同一基片上，但其與光纖的耦合損耗較大。

3、聚合物光波導(dǎo)是近年來 研究 的熱點(diǎn)，該波導(dǎo)的熱光系數(shù)和電光系數(shù)都比較大，很適合于研制高速光波導(dǎo)開關(guān)、AWG等。采用極化聚合物作為工作物質(zhì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是材料配置方便、成本很低。目前國內(nèi)用于光波導(dǎo)的聚合物材料很少，而且性能上還處于較低的水平。聚合物光波導(dǎo)開發(fā)的公司也不少，日本有歐姆龍，Center Class，SENKO，美國有DuponPhotonics ，Gemfire，德國HHI公司等等。

4、LiNbO3晶體是一種比較成熟的材料，它有極好的壓電、電光和波導(dǎo)性質(zhì)。除了不能做光源和探測器外，適合制作光的各種控制、耦合和傳輸元件。鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)開發(fā)較早，其主要工藝過程是：首先在鈮酸鋰基體上用蒸發(fā)沉積或?yàn)R射沉積的方法鍍上鈦膜，然后進(jìn)行光刻，形成所需要的光波導(dǎo)圖形，再進(jìn)行擴(kuò)散，可以采用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、質(zhì)子交換和離子注入等方法來實(shí)現(xiàn)。并沉積上二氧化硅保護(hù)層，制成平面光波導(dǎo)。該波導(dǎo)的損耗一般為0.2-0.5dB/cm。調(diào)制器和開關(guān)的驅(qū)動電壓一般為10V左右；一般的調(diào)制器帶寬為幾個GHz，采用行波電極的LiNbO3光波導(dǎo)調(diào)制器，帶寬已達(dá)50GHz以上。LiNbO3光波導(dǎo)在軍事上的用處是非常重要的，大家都知道導(dǎo)航系統(tǒng)需要有光纖陀螺，光纖陀螺最主要的器件就是LiNbO3光波導(dǎo)，他影響著光纖陀螺的精度。導(dǎo)彈的精度就是靠光纖陀螺來控制的，目前國內(nèi)的光纖陀螺的精度與國外還有很大的差距。




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