亞毫米尺度雙面金屬包覆波導(dǎo)的直接耦合方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、自導(dǎo)波光學問世以來,由于它在未來信息社會巨大的應(yīng)用潛力,一直受到學術(shù)界和技術(shù)界的高度重視.經(jīng)過三十余年的發(fā)展,今天已初步成為一門體系完整的學科.以導(dǎo)波光學為理論基礎(chǔ)的光纖技術(shù)、平面型光波導(dǎo)技術(shù)、集成光電回路及集成光路技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展.半導(dǎo)體激光器、電光波導(dǎo)調(diào)制器和多路光電開關(guān)等一大批實用化光電元器件正在通信系統(tǒng)中越來越多地發(fā)揮著重要作用. 本文在一般介質(zhì)平板波導(dǎo)的基礎(chǔ)上,分析了雙面金屬包覆波導(dǎo)的特性.雙面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由導(dǎo)

2、波層、上下金屬包覆層組成,上層金屬比較薄,作為波導(dǎo)層覆蓋層,同時也作為耦合層.雙面金屬包覆波導(dǎo)的導(dǎo)模有效折射率范圍比一般介質(zhì)波導(dǎo)大得多,沒有比覆蓋層折射率大的限制,可以介于零和波導(dǎo)層折射率之間.根據(jù)亞毫米雙面金屬包覆波導(dǎo)的性質(zhì),提出了一種全新的自由空間直接耦合方法.與其他的波導(dǎo)耦合技術(shù),如棱鏡耦合、光柵耦合等相比,不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且有一些優(yōu)良的特性.本文從理論上推導(dǎo)、實驗上驗證了亞毫米尺度雙面金屬包覆波導(dǎo)中的超高階導(dǎo)模具有偏振無關(guān)性,并

3、對導(dǎo)波層的折射率、厚度以及入射光波長非常靈敏的特性,為下一步的光電子器件研究提供了理論基礎(chǔ). 光學濾波器是光學應(yīng)用的一個關(guān)鍵性器件,在激光光通信系統(tǒng)中,光學測量等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用.根據(jù)高階導(dǎo)模對入射波長敏感的特性,本文提出了基于雙面金屬包覆波導(dǎo)的光學窄帶濾波器應(yīng)用.本文介紹了基于亞毫米尺度雙面金屬包覆波導(dǎo)的窄帶濾波器的工作原理,并進行了實驗驗證,對器件的性能進行了測試和分析.初步實驗表明:濾波器的譜半寬達0.08nm,中心波長

4、可調(diào),可調(diào)諧范圍大,并具有偏振無關(guān)性,預(yù)計在波長鎖定,激光測試領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力. 根據(jù)超高階導(dǎo)模對導(dǎo)波層折射率敏感的特性,本文提出了基于雙面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的反射型電光調(diào)制器,該器件的結(jié)構(gòu)簡單,僅由上下兩層金屬和導(dǎo)波層三部分組成.金屬層既可作為包覆層又可作為電極.制備工藝非常簡單,加工要求也不高,因此成本相當?shù)土?與波導(dǎo)傳輸型電光調(diào)制器相比,本方法制作的反射型電光調(diào)制器的插入損耗很小.由于器件基于準直光反射原理工作,在無線光通信

5、、大孔徑激光調(diào)制方面將會得到應(yīng)用. 和棱鏡耦合一樣,雙面金屬包覆波導(dǎo)直接耦合還可用于薄膜參數(shù)測量領(lǐng)域.波導(dǎo)中導(dǎo)模的傳播常數(shù)與導(dǎo)波層的厚度以及折射率密切相關(guān),因此可以利用自由空間直接耦合技術(shù)測量波導(dǎo)中導(dǎo)模的傳播常數(shù),來同時求得導(dǎo)波層薄膜的折射率及厚度.由于雙面金屬包覆波導(dǎo)的特殊性質(zhì),還可以測量高折射率的材料,相比棱鏡耦合系統(tǒng)大大拓寬了測量范圍.由于采用金屬作為包覆層,可以很方便的在導(dǎo)波層兩側(cè)施加電壓,因此也可方便的測量材料的電光系