王培勳

本論文利用負型光阻 SU-8 做成一個光波導的微環形諧振器，由於諧振器能過濾 特定波長的光波，因此可以透過使用多個微環形諧振器製造出高階數的光學濾波 器，光學諧振器有小尺寸、低損耗、可整合光學系統的優點。除此之外，由於可 以透過改變共振腔大小來改變共振波長，整個諧振器可以視為一個可調變的系統， 這個特性可以用來製作某些力學、生物及化學感應器。本論文主要討論由 SU8 所 製作之波導及其製程優化。研究的目的有三個，第一是以 SU-8 製程光波導的微 環形諧振器測量本身波導的損耗與品質因子(quality factor, Q)，第二是當作其他材 料製程光波導的微環形諧振器的擷取端(drop port)測量其損耗與品質因子。第三 是 SU-8 波導可以設計為晶載的干涉儀，而可量測的範圍則受限於 SU-8 波導的色 散。文中探討包括製程優化、光學量測、環形諧振器設計以及未來研究規劃，其 中 SU-8 分別使用了 SU-8 2000.5 與 SU-8 GM1040 兩種不同的光阻來比較。本篇論 文的模擬分析會在第二章製程當中討論，主要是探討不同厚度的 SU-8 與不同厚 度的埋入氧化層對雷射通過波導後所產生的損耗，以及不同寬度的 SU-8 波導對 能量的損耗，在單模的情況下，觀察其耦合的強弱。製程方面所使用的光刻技術 為紫外光光刻技術(UV optical lithography)，不使用電子束(E-beam)的原因為其耗 時過長，往往無法加快所需的產能與產量。光阻的選擇使用了 SU-8 2000.5 與 SU8 GM1040 這兩種，由於兩者光阻型號不同，因此旋轉塗佈後能疊出的厚度也受 到限制而會有所不同。曝光是以接觸式曝光(contact exposure)的方式，透過改變 曝光時間，觀察光罩上波導寬度、間距與顯影後波導寬度、間距的差異，因為曝 光存在著繞射效應的問題，因此本研究使用寬度尺寸為 5μm 的波導。量測的部 分則是根據製程後的結果，探討雷射光耦合進入波導內的損耗以及產生穿透諧振。 在橫向電場模態(Transverse Electric mode, TE mode)的情況下耦合進入微環形諧振 器，主要探討的是 100μm 的環形半徑，所製造出來的微環形諧振器具有~2.24nm II 的自由光譜範圍(Free Spectral Range , FSR)，約為 280 GHz。可以得到結論當 SU-8 的厚度越厚，光的損耗會越小；埋入氧化層的厚度越厚，也會使光的損耗越小。 除此之外，透過光耦合進入波導並在不同的波長下量測，發現經過穿透端(through port)的波形有規律振盪，則可以得知該光波導具有諧振。在未來研究上，由於過 去的研究中有擷取端設計之微環形諧振器，一般而言在腔內外累積之雷射能量可 藉由耦合進入擷取端以量測諧振器行為，然而此方法會對諧振器內產生較多的損 耗，因而造成較低的品質因子。因此本研究提供了利用後段製程的方式做出低損 耗、可後製的 SU-8 光波導之可行性，這種可後製的 SU-8 光波導可以利用後段曝 光製程，在量測完任意材料的微環形諧振器的品質因子後，再利用光阻去除的方 式將 SU-8 光波導移除，同時達到量測諧振器內參數以及降低在偵測端對微環形 諧振器之損耗。