铌酸锂薄膜光波导与光子器件研究

发布时间：2023-08-10 17:49

　　铌酸锂(LiNbO₃)晶体是一种具有优异的电光与声光效应的光学材料。因其良好的物理、化学稳定性、宽的光学低损耗窗口(0.4μm-4.5μm)、较大的电光系数(γ₃₃=30 pm/V)以及优异的二阶非线性效应,近几十年来在光子器件领域一直受到广泛的关注。截止目前,利用成熟的退火质子交换或钛扩散工艺在晶片型铌酸锂体材料上制作的各种光子器件已经在光纤通信、量子通信、光纤陀螺、以及微波光子领域得到了广泛的应用。但遗憾的是,通过上述工艺制作得到的铌酸锂扩散型光波导的折射率差较小,难以实现微小型铌酸锂光子器件进而实现高集成度的光子芯片,导致晶片型铌酸锂体材料不能支持光子器件的集成化这一重要发展方向。幸运的是,铌酸锂薄膜可以很好地弥补晶片型铌酸锂体材料这一缺点。铌酸锂薄膜作为一种全新的集成光学材料,可以很好地将材料优异的电光、声光、非线性等性能与结构紧凑的光波导相结合,同时,基于铌酸锂薄膜的光子器件具有波导截面尺寸小、电场密度高、非线性效应强、半波电压长度积低、尺寸小等优点。因此,实现高质量的光波导进而实现微小型高性能光子器件以及高集成度的光子芯片是基于铌...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
简缩字表
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 铌酸锂薄膜光波导与光子器件国内外研究现状
        1.2.1 铌酸锂薄膜光波导制作工艺
        1.2.2 铌酸锂薄膜电光/声光器件
        1.2.3 铌酸锂薄膜非线性光学器件
        1.2.4 铌酸锂薄膜光波导与光纤的耦合
    1.3 本论文的主要内容
    1.4 本论文的章节安排
第二章 铌酸锂薄膜光波导与电光效应基本理论
    2.1 铌酸锂薄膜上典型的光波导结构
    2.2 光波导分析方法
        2.2.1 平板波导分析方法
        2.2.2 条形光波导分析方法
            2.2.2.1 有效折射率法
            2.2.2.2 有限元分析法
    2.3 传输矩阵
    2.4 MMI功率分配器
    2.5 铌酸锂的电光效应
    2.6 本章小结
第三章 铌酸锂薄膜光波导制作工艺研究
    3.1 研究背景
    3.2 质子交换与干法刻蚀相结合的光波导制作工艺
    3.3 测试光波导的设计
    3.4 测试样品的制作
    3.5 测试结果及分析
        3.5.1 近场输出光斑的测量
        3.5.2 损耗测量
            3.5.2.1 弯曲波导的弯曲损耗
            3.5.2.2 直波导的传输损耗
    3.6 弯曲波导中线偏振输入光的偏振旋转研究
    3.7 本章小结
第四章 微小型铌酸锂薄膜电光调谐光交错滤波器
    4.1 研究背景
    4.2 器件设计
        4.2.1 器件的整体结构及工作原理
        4.2.2 MMI3 dB功率分配器的设计
        4.2.3 器件设计参数
    4.3 器件制作
    4.4 器件测试
        4.4.1 器件的传输性能
        4.4.2 器件的电光调谐性能
        4.4.3 器件温度特性测试及电光调谐补偿机制验证
    4.5 本章小结
第五章 单片集成可重构的1×4电光调谐光交错滤波器
    5.1 研究背景
    5.2 器件设计
        5.2.1 器件的整体结构及工作原理
        5.2.2 MMI3dB功率分配器的设计
        5.2.3 器件设计参数
    5.3 器件制作
    5.4 器件测试
        5.4.1 器件的光学性能
        5.4.2 器件的电光可重构性能
        5.4.3 器件的电光响应测试
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作不足与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3840958