集成光子器件耦合封装的失效机理研究

集成光子器件是21世纪信息技术的支撑，耦合封装界面是集成光子器件最为薄弱的环节，它的失效机理和规律成为制约信息技术发展的瓶颈问题之一。本项目选择集成光子器件这一光电子技术发展的前沿，以其耦合封装界面为核心，研究热、力、湿等环境因素导致器件耦合封装结构破坏、对准精度丧失、界面介质畸变导致性能急剧劣化等失效形式的机理与规律，探索胶层特性、胶层厚度等封装结构和参数影响器件可靠性的规律，阐明集成光子器件封装界面应力分布规律、建立折射率畸变的定量分析模型，以及器件耦合界面的微裂纹、微位移、光传输分析模型，为集成光子器件的可靠性分析与寿命预测提供理论基础，为集成光子器件封装工艺优化提供理论指导。

集成光电子器件的可靠性成为制约21世纪光纤通信技术发展的瓶颈问题，本项目选择集成光电子器件中的基础性部件阵列波导器件作为研究对象，对阵列波导器件耦合固接界面的光学性能和机械性能进行了理论研究和实验分析。研究了模场失配、模场耦合对准误差、模场分布对模场耦合耗损效率的影响规律，并提出了其理论计算公式；基于力学理论、有限元仿真技术研究了阵列波导器件受力形变、固接界面胶层分布等因素影响固接界面机械性能的规律；基于可靠性实验研究了热、热湿、热循环对器件结构性能和光学性能的影响，并基于Arrhenius理论模型预测器件的可靠性寿命进行了分析。研究发现模场失配、模场耦合对准误差、模场分布对不同波长通信光的模场耦合耗损效率的影响规律不并完全相同；阵列波导器件采用中间固定的封装方式能提高整个器件的机械性能；固接界面胶层少量溢出能改善固接界面的机械性能和热稳定性，但过量胶层溢出对改善热稳定性没有显著效果；相对于高温实验和机械性能实验等，温度循环更显著地影响器件结构性能和光学性能；此外，弯曲作用和温度循环改变光路应力分布的值不大， 对阵列波导器件光路光学性能影响比较小。