飛秒激光在玻璃和激光晶體中制備光波導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為集成光學(xué)和光電子學(xué)中最重要的基礎(chǔ)元件之一，光波導(dǎo)已廣泛應(yīng)用于光通訊和信號(hào)處理領(lǐng)域。飛秒激光制備技術(shù)具有加工設(shè)備簡單、無需復(fù)雜制備工藝并且可以進(jìn)行三維加工等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為最重要的波導(dǎo)制備技術(shù)之一。
　　近年來，人們對(duì)使用飛秒激光在玻璃和晶體材料中制備性能良好的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣。硅酸鹽玻璃折射率與光纖接近，因此各種以玻璃為基底的光學(xué)無源和有源器件廣泛的應(yīng)用于光電子領(lǐng)域。晶體不僅可以通過高濃度稀土金屬離子摻雜實(shí)現(xiàn)光放大和高功

2、率輸出，而且光損傷閾值非常高，滿足了對(duì)高功率小型化波導(dǎo)激光器和放大器的需求。
　　本文使用飛秒激光在硅酸鹽玻璃、摻釹鎢酸釓鉀和摻釹氟化釔鋰激光晶體中制備了光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，分析了波導(dǎo)的形成機(jī)制，模擬了波導(dǎo)的折射率分布，研究了光在波導(dǎo)陣列中的傳輸耦合性質(zhì)。本論文的主要研究工作如下：
　　采用飛秒激光在硅酸鹽玻璃中制備了光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。結(jié)合原子力顯微鏡討論了波導(dǎo)的形成機(jī)理，分析了波導(dǎo)截面不對(duì)稱的起源，計(jì)算了不同數(shù)值孔徑的聚焦透鏡在不同聚焦

3、深度下球差對(duì)焦點(diǎn)處光強(qiáng)分布的影響，這為飛秒激光微加工奠定了良好的基礎(chǔ)。研究了光在任意波導(dǎo)陣列中的傳輸性質(zhì)，在硅酸鹽玻璃中制備了一維1×5波導(dǎo)陣列和二維3×3波導(dǎo)陣列，采用端面耦合法測(cè)試了陣列輸出光強(qiáng)分布，并利用耦合波理論計(jì)算出了一維波導(dǎo)陣列耦合系數(shù)，二維波導(dǎo)陣列的橫向耦合系數(shù)、縱向耦合系數(shù)和對(duì)角線方向的耦合系數(shù)。
　　摻釹鎢酸釓鉀晶體具有低泵浦閾值、寬吸收帶寬和較強(qiáng)的自激勵(lì)拉曼效應(yīng)，是多波長激光晶體的理想選擇。本文在摻釹鎢酸釓鉀晶

4、體中采用雙線法制備了低損耗、模式分布對(duì)稱的光波導(dǎo)，分析了脈沖能量、寫入速度、雙線間距對(duì)波導(dǎo)模式分布對(duì)稱性和損耗的影響。利用原子力顯微鏡、微區(qū)熒光光譜和微區(qū)拉曼光譜分析了飛秒與摻釹鎢酸釓鉀晶體相互作用機(jī)制和波導(dǎo)的熒光特性和拉曼特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制備的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)晶體的熒光特性和拉曼特性保存良好，這有利于在波導(dǎo)激光器和自激發(fā)拉曼波導(dǎo)激光器方面的應(yīng)用?；诮鼒瞿Ｊ椒植挤ㄌ岢隽艘环N構(gòu)建光波導(dǎo)折射率分布的新方法，并利用光束傳播法計(jì)算了波導(dǎo)近場模式分布，

5、模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。
　　摻釹氟化釔鋰晶體因其具有較寬的熒光線寬、自然雙折射和較低的熱透鏡效應(yīng)，在低泵浦閾值的連續(xù)光和鎖模等各種激光器中有著廣泛的應(yīng)用。本文在摻釹氟化釔鋰晶體中首次實(shí)現(xiàn)了一維1×11波導(dǎo)陣列的寫入，基于輸出光強(qiáng)分布，計(jì)算了光波在陣列中的傳輸耦合系數(shù)。結(jié)合原子力顯微鏡分析了飛秒與摻釹氟化釔鋰相互作用機(jī)理，分析了周期性微孔洞結(jié)構(gòu)的形成原因。基于波導(dǎo)的近場模式分布，擬合了光波導(dǎo)的折射率分布。并使用共聚焦顯微鏡對(duì)波導(dǎo)結(jié)