可調(diào)諧的鈮酸鋰光波導(dǎo)模分復(fù)用器研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對光通信系統(tǒng)傳輸容量的需求越來越大，但傳統(tǒng)單模光纖傳輸技術(shù)因為容量限制問題最終將無法滿足人們的需求。而模分復(fù)用技術(shù)引入了空間正交模式作為一個新的自由度，能夠在很大程度上提高光通信系統(tǒng)的傳輸容量，而備受關(guān)注。模分復(fù)用器/解復(fù)用器是模分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分，其中基于平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模分復(fù)用器/解復(fù)用器則具有結(jié)構(gòu)靈活，材料眾多，易于實現(xiàn)可調(diào)諧特性，易于與光纖耦合等優(yōu)點。一方面，可調(diào)諧特性可以調(diào)整器件的耦合中心波長，

2、降低器件的制作難度。另一方面，可調(diào)諧特性還可用于實現(xiàn)模式開關(guān)或模式路由。目前，光波導(dǎo)器件的調(diào)諧方式主要有利用熱光效應(yīng)實現(xiàn)的熱光調(diào)諧和利用電光效應(yīng)實現(xiàn)的電光調(diào)諧。由于熱光調(diào)諧的速度較慢，因此在高速應(yīng)用的情況下，電光調(diào)諧是一個不錯的選擇。為實現(xiàn)電光調(diào)諧特性，應(yīng)采用電光材料來制作波導(dǎo)器件，而電光系數(shù)較大的鈮酸鋰晶體材料不失為最好的選擇。當(dāng)前，鈮酸鋰光波導(dǎo)的制作工藝主要有鈦擴散和退火質(zhì)子交換。其中退火質(zhì)子交換工藝可以通過匹配退火和質(zhì)子交換參數(shù)來

3、調(diào)整波導(dǎo)的折射率，其可控因素更多。
　　本論文提出采用退火質(zhì)子交換工藝來實現(xiàn)一種基于非對稱定向耦合器結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧的鈮酸鋰光波導(dǎo)模分復(fù)用器，由于該器件在電場作用下，其工作的中心波長及相應(yīng)的耦合效率均可以基于電光效應(yīng)進行調(diào)諧，因此該器件除了作為普通的模分復(fù)用器使用外，更重要的是可以用作可調(diào)諧的寬帶模式開關(guān)，從而極大地增大了該器件應(yīng)用的靈活性。
　　論文首先采用有效折射率分析方法，結(jié)合MATLAB仿真軟件求解出鈮酸鋰光波導(dǎo)的色散曲

4、線，繼而得出理論上可滿足相位匹配條件的單模波導(dǎo)和雙模波導(dǎo)的尺寸范圍。在此基礎(chǔ)上，利用退火質(zhì)子交換工藝來制作鈮酸鋰單模以及雙模光波導(dǎo)，使用棱鏡耦合儀來測量波導(dǎo)的折射率，根據(jù)測量結(jié)果分析了質(zhì)子交換和退火對波導(dǎo)折射率的影響，并得到實驗上大致滿足相位匹配條件的單模波導(dǎo)和雙模波導(dǎo)尺寸。進一步地，根據(jù)以上分析，設(shè)計器件的大致結(jié)構(gòu)，并采用BPM仿真軟件對波導(dǎo)非對稱定向耦合器結(jié)構(gòu)進行仿真分析，從而得出理論上可達到完全耦合時器件的耦合間距、耦合長度以及其

5、他參數(shù)。結(jié)合以上分析，設(shè)計合理的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)電極結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　其次，根據(jù)以上分析設(shè)計的參數(shù)制作了相應(yīng)的波導(dǎo)及電極掩膜版，并研究了交換及退火參數(shù)對相位匹配條件的影響，同時也研究了低損耗光波導(dǎo)的制作工藝及高質(zhì)量電極的制作工藝。接下來，根據(jù)這些工藝參數(shù)研制了本論文所提出的可調(diào)諧的鈮酸鋰光波導(dǎo)模分復(fù)用器。
　　最后，對制作成功的器件進行了測試及分析。主要測試的參數(shù)包括器件的傳輸光譜、近場輸出以及插入損耗等。測試結(jié)果表明器件不