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基于LiNbO_3的波导及光栅的研究

【摘要】:近些年,光通信技术快速发展,构建全光通信网络的集成光学器件成为研究热点,而波导器件,是许多集成光学器件的重要组成部分,仅波导光栅这一种单一结构就具有耦合、分束、反射、滤波、聚焦、衍射分光等各种功能。Li Nb O3晶体具有电光、非线性、光折变效应等光学性质于一身,具有稳定性好,易生长和抛光,成本低,在0.4~5?m波长范围通光性良好等优点,是十分优质的电光材料。而且Li Nb O3波导的制作技术已经十分成熟,目前应用较为广泛的Li Nb O3波导工艺是Ti扩散法以及质子交换法(Proton Exchange:PE),波导光栅的制作工艺目前较为常用的则有电子束刻蚀、聚焦粒子束蚀刻、光折变法以及飞秒激光器刻写等。本文采用X切Li Nb O3晶体作为波导的基底材料,对制作的波导进行分析研究,并在其表面进行光栅刻写的初期实验研究。具体工作如下:第一,通过理论分析给出单模传输条件及有效折射率,对不同的波导尺寸对损耗大小的影响进行分析,得出结论:波导损耗随尺寸的增大而减少的;利用Ti扩散法制备X切Li Nb O3波导,制备的波导长13.5mm,宽8?m,对制备的波导进行有效折射率,膜厚,损耗测量。在制备过程中发现匀胶时样品与光刻胶间具有较高温度差,对波导的损耗产生影响,对此进行对比实验,实验结果发现降温后的波导具有更低的损耗。第二,在制备的Ti扩散Li Nb O3波导上刻写布拉格光栅,由于Ti扩散的Li Nb O3波导可同时传输TE模式和TM模式,所以该波导光栅具有双波长滤波的功能。分析光栅的蚀刻占空比,蚀刻角度及蚀刻深度对其性能的影响,得出结论:在占空比为1/2,蚀刻角度小于15度时,波导光栅有最大反射率,波导光栅的反射率及带宽随着蚀刻深度的增加而增加。第三,提出了一种利用飞秒激光器刻写光栅的装置及方法,该装置简单灵活,可以刻写不同类型的光栅,而且详细介绍了刻写不同类型光栅的方法,基于上面提出的刻写装置,在Li Nb O3上进行了初期实验研究,对光功率以及照射时间进行对比,并对得到数据的进行采集以及分析,最终得出刻写光栅较为合适的参数。

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