提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法，介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料，采用氧气作为刻蚀气体，研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程，采用改变单一工艺参数的方法，分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化，对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明: 在天线射频功率为300 W，偏置射频功率为30 W，气体压强为0.5 Pa，氧气流速为50 cm3/min的条件下，可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。

利用有效折射率的数值解法，计算出了SiGe-OI脊形光波导的有效折射率.通过对SiGe-OI光波导结构参量的理论分析和计算，得到了SiGe-OI脊形光波导传输单模光波时内外脊高H，h及脊宽W的尺寸.通过Optiwave软件对SiGe-OI脊形光波导进行建模仿真，验证了理论分析和计算的正确性.

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率, 将各区域中的光场分布近似用分段函数表达。基于导模满足的标量波动方程, 利用变分法确定变分参量, 以求得准确的横向光场分布。对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析, 研究了波导结构参数对色散特性的影响, 计算出TM基模和高阶模的光场分布, 得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件。研究表明, 该方法计算量小、精度高, 对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法。

利用有效折射率法(EIM)理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围.光波导结构中分别选用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)与PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构.首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题.研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w/d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗.

表面散射损耗与菲涅耳反射损耗是SOI(Silicon-on-msulator)脊形光波导的主要损耗机理.通过降低光波导损耗的研究,在厚膜SOI材料上制备了长度为20 mm,插入损耗小于2.15 dB的单模脊形光波导.

用平面射映边界条件的伽辽金法分析耦合脊形光波导的结果表明,耦合脊形光波导的耦合能力随脊高增加而减小,随波导间距增加呈指数衰减.给出了耦合脊形光波导所承载的偶、奇模电场分布,其结果与采用其它方法得出的结果吻合得较好,可以优化波导光电子器件的结构参数.另外,平面映射边界条件避免了非物理反射,待求矩阵小,计算效率高.

用有效折射率方法对SOI(绝缘体上硅)及GeSi/Si脊形光波导的单模条件进行了模拟,与Soref的单模条件进行了比较,将两者与实验结果进行了比较,得到了与实验结果符合得非常好的单模条件。同时对多模波导进行了模拟,得到了波导承载一阶和二阶模的条件。

根据脊形光波导的基本设计要求，分析了锗硅合金脊形波导的结构参数对其光传播特性的影响，并优化设计了结构参数，其合理性得到了实验验证。