光學(xué)波導(dǎo)制備、表征和器件研究.pdf

1、近十幾年來，隨著信息量的劇增，光通訊產(chǎn)業(yè)也得到迅猛發(fā)展，存在著廣闊的市場前景。光學(xué)波導(dǎo)是光通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展集成工藝的基礎(chǔ)，人們努力對新材料，新方法，新思想，新器件進(jìn)行探索，以期獲得優(yōu)良的波導(dǎo)材料，理論處理方法和光通訊器件。 波導(dǎo)損耗決定了波導(dǎo)的實用性，低損耗的波導(dǎo)會帶來更大的工作范圍。本論文采用了一種新的有機(jī)酸材料，戊二酸，作為質(zhì)子源與Z切鈮酸鋰基板交換制作光波導(dǎo)。這種質(zhì)子交換源的交換速度快，在221℃達(dá)到0.275μm<,2>／h

2、。戊二酸不僅可以獲得大的波導(dǎo)折射率改變量，達(dá)到0.12，波導(dǎo)損耗也非常小，僅有0.2db／Cm。這種低損耗的光波導(dǎo)有很大的實用價值，可作為優(yōu)良的基板材料用于制作集成光波導(dǎo)器件。 光學(xué)波導(dǎo)根據(jù)基板材料的特性一般分為各向同性光波導(dǎo)和各向異性光波導(dǎo)。各向異性波導(dǎo)由于其復(fù)雜性使得其分析也更加繁瑣。數(shù)值方法可以很精確地獲得波導(dǎo)的模式解，可是卻很難有清晰的物理意義。而物理方法卻鮮有精確的解。本論文給出了一種基于轉(zhuǎn)移矩陣的新分析方法，對各種復(fù)

3、雜的各向異性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)均給出了精確的分析，物理意義清晰。針對各種分布，如三層波導(dǎo)，四層波導(dǎo)，漸變折射率波導(dǎo)，具有斷點的不連續(xù)分布波導(dǎo)，都給出了明確的色散方程。與數(shù)值方法的對比發(fā)現(xiàn)，這種方法的計算結(jié)果精確，精確度達(dá)到1×10<'-5>。我們對TE和TM模式也提供了歸一化的描述，使得模式的處理更加簡便，具有更高的適用性。 光波導(dǎo)折射率分布不但決定了波導(dǎo)的模式分布，也給波導(dǎo)的制備過程提供很好的反饋。漸變波導(dǎo)的折射率分布恢復(fù)采用的非破壞性

4、方法通常都采用直線連接模式點，這顯然違背了實際的波導(dǎo)漸變分布。對于實際的漸變折射率分布，都是曲線光滑的。數(shù)值方法中的樣條函數(shù)插值方法則可以很好的解決這個問題。本論文采用新的思想和方法，二次樣條函數(shù)插值法，對漸變折射率光波導(dǎo)的折射率分布進(jìn)行了逼真地恢復(fù)。三次樣條插值函數(shù)的兩階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，保證了曲線的光滑，使得模擬的分布與真實的折射率平滑分布非常接近。根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)對曲線凹凸性的判斷，加入合理分布的判斷準(zhǔn)則，本方法可以州作非典型分布的漸變折射率

5、恢復(fù)。針對各向異性波導(dǎo)材料的廣泛使用，本方法也第一次對復(fù)雜的漸變折射率各向異性波導(dǎo)折射率形狀進(jìn)行了恢復(fù)，同樣取得了非常好的結(jié)果。這種方法不但可以很的處理多模波導(dǎo)(人于4個導(dǎo)模)，而且也可以很好的處理少模波導(dǎo)(2-4個導(dǎo)模)。對于典型的實驗誤差1x10<,-4>本方法都可以很好的處理。這種方法的應(yīng)用將會給更多各向異性材料制作的光波導(dǎo)提供更加準(zhǔn)確的分析工具。結(jié)合表面等離子波和近表面折射率得測量，本方法實現(xiàn)了單模漸變波導(dǎo)的折射率恢復(fù)，結(jié)果也相

6、當(dāng)精確。 退火質(zhì)子交換波導(dǎo)具有制作工藝簡單，折射率調(diào)制大，損耗低等優(yōu)點，而m亮線裝置在雙棱鏡中間留下了很好的一塊可以用作調(diào)制的區(qū)域，可以在上面方便地鍍上電極，用作光調(diào)制。本論文提出了新的器件模型，退火質(zhì)子交換平面波導(dǎo)電光調(diào)制器。雙棱鏡耦合產(chǎn)生了m亮線，質(zhì)子交換鈮酸鋰波導(dǎo)材料由于電光特性在電場作用下折射率會發(fā)生改變，進(jìn)而引起m亮線的移動，引起輸出光強(qiáng)的變化，實現(xiàn)電光調(diào)制，調(diào)制電壓僅15V?；谄淞己玫墓饧s束特性，結(jié)合周期疇反轉(zhuǎn)工藝