高重復(fù)頻率飛秒激光在熔融石英中制備光波導(dǎo)的實驗研究.pdf

1、光波導(dǎo)作為集成光學(xué)和光電子學(xué)的基礎(chǔ),具有廣泛的應(yīng)用。飛秒激光制備光波導(dǎo)技術(shù)具有制作工藝簡單、成本低、適用介質(zhì)廣、可實現(xiàn)三維體加工等優(yōu)勢,已成為最重要的波導(dǎo)制備技術(shù)之一。傳統(tǒng)的飛秒激光微加工技術(shù)大多基于低重復(fù)頻率的鈦寶石放大器,鈦寶石放大器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴、體積龐大,其較低的加工效率限制了飛秒激光制備法在實際中的大規(guī)模應(yīng)用。新一代的光子晶體光纖激光器具有較高的重復(fù)頻率,可以有效的解決這一問題。然而較高的重復(fù)頻率會引入嚴(yán)重的熱效應(yīng),如何有

2、效利用熱效應(yīng)對高重復(fù)頻率飛秒激光微加工技術(shù)至關(guān)重要。另外,飛秒激光制備的光波導(dǎo)還存在橫端面對稱性較差、光斑模式不可控、傳輸損耗大、模場面積較小等問題。
　　本論文圍繞利用熱效應(yīng)、改善波導(dǎo)對稱性、實現(xiàn)傳輸模式可控及增大模場面積,基于高重復(fù)頻率光子晶體光纖飛秒激光光源,在熔融石英中進(jìn)行了制備光波導(dǎo)的實驗研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　一、利用重復(fù)頻率為52 MHz的飛秒激光在熔融石英內(nèi)部進(jìn)行波導(dǎo)制備實驗。研究了水滴結(jié)構(gòu)、亮線結(jié)構(gòu)兩

3、種典型損傷結(jié)構(gòu)的制備參數(shù)及形成原因,獲得制備亮線波導(dǎo)的系統(tǒng)參數(shù)窗口;研究了數(shù)值孔徑、聚焦深度、寫入模式對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響;制備了具有偏振敏感性的單細(xì)線波導(dǎo),對653 nm、980 nm和1040 nm激光都能實現(xiàn)較好的基模傳輸,飛秒激光誘導(dǎo)折射率改變量約為5.4×10-5,傳輸損耗約為4.6 dB/cm;制備了雙細(xì)線波導(dǎo),對653 nm激光輸出強(qiáng)弱兩個光斑;最后從氣泡形核角度分析了周期性水滴結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。
　　二、利用重復(fù)頻率為6

4、50 kHz-2 MHz的飛秒激光在熔融石英內(nèi)部進(jìn)行波導(dǎo)制備實驗。分析了亮線、暗線及珍珠鏈三種典型損傷結(jié)構(gòu)的制備參數(shù);研究了Ⅱ類損傷閾值隨脈沖重復(fù)頻率、掃描速度的變化規(guī)律,闡明不同參數(shù)下熱擴(kuò)散效應(yīng)及熱累積效應(yīng)對燒蝕過程的主導(dǎo)作用;在最優(yōu)化條件下,制備了雙線光波導(dǎo),該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對1040 nm激光可實現(xiàn)單偏振圓形基模傳輸;定性模擬了雙線波導(dǎo)激光刻寫區(qū)周圍折射率分布,驗證雙線波導(dǎo)的偏振敏感性;設(shè)計并制備了六角橢圓晶胞微結(jié)構(gòu)波導(dǎo),該微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)對