基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究
发布时间：2022-04-26 18:20
传统的以电子为媒介的芯片系统将人们带入了信息与互联网的时代,数十年蓬勃的发展过后,一方面随着摩尔定律与香农定律逐渐逼近极限,信息载体的存储密度与运算速度的提升愈发困难。另一方面,随着物联网与5G的新纪元崭露头角,人们对信号的传播、调制、探测各方面都提出更高的要求。光子,相比于电子有更快的响应速度,在信息传输方面有大容量、低串扰的优势。随着微纳加工技术的不断进步,以光子为媒介的集成光学芯片逐渐从理论走向实践,硅基的光子学芯片技术已经较为成熟,并逐渐出现在大规模的商用舞台。铌酸锂被誉为“光学中的硅”。它对光有声、光、电、热各个方面的响应,是一种优秀的光学芯片基底材料。随着铌酸锂薄膜的出现,将光场束缚在亚微米尺度的结构中成为可能,引发了铌酸锂领域的一场革命。本文中,我们首先对铌酸锂各方面的性质进行简要介绍,然后重点回顾基于铌酸锂薄膜上主要的微纳器件及其制备方法。现有的半导体加工技术在铌酸锂的图形化、刻蚀、金属薄膜等方面已经有了重要进展,为以后直接制备铌酸锂基集成光学芯片打下坚实的工艺基础。飞秒激光因为具有极高的峰值功率,极小的热影响区域,是精密加工的一种重要手段。而波导和微腔是光芯片中的重要...
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 铌酸锂晶体简介
1.2 铌酸锂薄膜的研究进展和应用
1.2.1 铌酸锂薄膜的结构和制备方法
1.2.2 基于铌酸锂薄膜的微纳器件
1.2.3 铌酸锂基的集成光学芯片
1.3 论文研究内容和创新点
第二章 飞秒激光直写铌酸锂波导和微腔
2.1 飞秒激光加工透明介质的原理
2.2 飞秒激光加工平台
2.3 飞秒激光直写光波导
2.4 飞秒激光直写铌酸锂微腔
2.5 飞秒激光直写钽酸锂微腔
2.6 本章小结
第三章 飞秒激光提高光学微腔品质因子
3.1 光学微腔简介
3.1.1 回音壁光学模式
3.1.2 回音壁微腔中的光学模式
3.1.3 回音壁微腔的基本参数
3.2 微腔光场耦合方案
3.2.1 倏逝波耦合理论
3.2.2 拉锥光纤的制备
3.3 飞秒激光提高微腔品质因子
3.3.1 提高微腔品质因子的方法
3.3.2 利用飞秒激光提高微腔品质因子
3.3.3 飞秒激光与微腔作用过程中的模式演化
3.4 本章小结
第四章 光学芯片中的非线性频率转换器件
4.1 频率转换和相位匹配
4.1.1 二阶非线性频率转换
4.1.2 相位匹配方式
4.2 光学芯片中的非线性器件
4.2.1 波导中的频率转换
4.2.2 微腔中的频率转换
4.3 铌酸锂和钽酸锂微腔中的频率转换
4.3.1 铌酸锂微盘中的倍频实验与结果分析
4.3.2 钽酸锂微盘中的倍频实验与结果分析
4.4 本章小结
第五章 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频研究
5.1 宽带频率转换
5.1.1 群速度匹配
5.1.2 周期性极化铌酸锂中的宽带倍频
5.2 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频
5.2.1 周期性极化铌酸锂薄膜中宽带倍频的理论分析
5.2.2 周期性极化铌酸锂薄膜的制备
5.2.3 周期性极化铌酸锂薄膜中的宽带倍频实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sum-frequency generation in on-chip lithium niobate microdisk resonators[J]. ZHENZHONG HAO,JIE WANG,SHUQIONG MA,WENBO MAO,FANG BO,FENG GAO,GUOQUAN ZHANG,JINGJUN XU. Photonics Research. 2017(06)
[2]Second harmonic generation in a high-Q lithium niobate microresonator fabricated by femtosecond laser micromachining[J]. LIN JinTian,XU YingXin,FANG ZhiWei,WANG Min,WANG NengWen,QIAO LingLing,FANG Wei,CHENG Ya. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(11)
本文编号：3648494
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 铌酸锂晶体简介
1.2 铌酸锂薄膜的研究进展和应用
1.2.1 铌酸锂薄膜的结构和制备方法
1.2.2 基于铌酸锂薄膜的微纳器件
1.2.3 铌酸锂基的集成光学芯片
1.3 论文研究内容和创新点
第二章 飞秒激光直写铌酸锂波导和微腔
2.1 飞秒激光加工透明介质的原理
2.2 飞秒激光加工平台
2.3 飞秒激光直写光波导
2.4 飞秒激光直写铌酸锂微腔
2.5 飞秒激光直写钽酸锂微腔
2.6 本章小结
第三章 飞秒激光提高光学微腔品质因子
3.1 光学微腔简介
3.1.1 回音壁光学模式
3.1.2 回音壁微腔中的光学模式
3.1.3 回音壁微腔的基本参数
3.2 微腔光场耦合方案
3.2.1 倏逝波耦合理论
3.2.2 拉锥光纤的制备
3.3 飞秒激光提高微腔品质因子
3.3.1 提高微腔品质因子的方法
3.3.2 利用飞秒激光提高微腔品质因子
3.3.3 飞秒激光与微腔作用过程中的模式演化
3.4 本章小结
第四章 光学芯片中的非线性频率转换器件
4.1 频率转换和相位匹配
4.1.1 二阶非线性频率转换
4.1.2 相位匹配方式
4.2 光学芯片中的非线性器件
4.2.1 波导中的频率转换
4.2.2 微腔中的频率转换
4.3 铌酸锂和钽酸锂微腔中的频率转换
4.3.1 铌酸锂微盘中的倍频实验与结果分析
4.3.2 钽酸锂微盘中的倍频实验与结果分析
4.4 本章小结
第五章 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频研究
5.1 宽带频率转换
5.1.1 群速度匹配
5.1.2 周期性极化铌酸锂中的宽带倍频
5.2 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频
5.2.1 周期性极化铌酸锂薄膜中宽带倍频的理论分析
5.2.2 周期性极化铌酸锂薄膜的制备
5.2.3 周期性极化铌酸锂薄膜中的宽带倍频实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sum-frequency generation in on-chip lithium niobate microdisk resonators[J]. ZHENZHONG HAO,JIE WANG,SHUQIONG MA,WENBO MAO,FANG BO,FENG GAO,GUOQUAN ZHANG,JINGJUN XU. Photonics Research. 2017(06)
[2]Second harmonic generation in a high-Q lithium niobate microresonator fabricated by femtosecond laser micromachining[J]. LIN JinTian,XU YingXin,FANG ZhiWei,WANG Min,WANG NengWen,QIAO LingLing,FANG Wei,CHENG Ya. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(11)
本文编号：3648494
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3648494.html