光折變長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵耦合器的研究.pdf

1、基于波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的光耦合器在新一代高速通信系統(tǒng)中起著重要的作用，是實(shí)現(xiàn)大容量、集成化、高速率全光網(wǎng)通信的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)器件。本文以鈮酸鋰晶體(LiNbO3)作為基底材料，研究了基于光折變長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵的耦合器。
　　首先，設(shè)計(jì)了基于Ti∶LiNbO3波導(dǎo)的光折變長(zhǎng)周期光柵濾波器。理論分析了制作波導(dǎo)的初始條件，得到在第一次擴(kuò)鈦時(shí)的鈦條初始厚度τ=30nm，擴(kuò)散深度為d=7.3μm，第二次擴(kuò)鈦時(shí)的鈦條初始厚度和寬度τ=80nm和w=4μm。

2、在X和Y方向的擴(kuò)散深度分別為dx=3.9μm和dy=4.9μm的情況下，可以獲得單模波導(dǎo)和只存在一階模的包層結(jié)構(gòu)。計(jì)算得到了在上述條件下，TM模式條形波導(dǎo)導(dǎo)模和包層模的有效折射率分別為2.14169和2.13781。進(jìn)而計(jì)算得到長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵的光柵周期為400μm，兩束記錄光的夾角為0.076°。然后運(yùn)用耦合模理論，得到了光柵耦合系數(shù)κ=112.23m-1，100％耦合長(zhǎng)度L=1.4cm，該長(zhǎng)度符合光學(xué)器件小型化和集成化的要求。通過分析

3、在100％耦合位置的濾波光譜，可知其峰值半高寬為25nm且旁瓣很小，可以適用于粗波分復(fù)用系統(tǒng)。
　　其次，我們從實(shí)驗(yàn)角度研究了基于Ti∶LiNbO3波導(dǎo)的光折變長(zhǎng)周期光柵濾波器，設(shè)計(jì)了光柵制作和濾波檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方案。通過雙光束干涉法，實(shí)驗(yàn)制作了基于LiNbO3晶體的體全息布拉格光柵濾波器，得到了在1548nm波長(zhǎng)處峰值半高寬為4nm，衍射效率為10％的濾波效果。為之后具體開展基于Ti∶LiNbO3波導(dǎo)的光折變長(zhǎng)周期光柵濾波器的實(shí)驗(yàn)工

4、作奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　最后，對(duì)基于Ti∶LiNbO3波導(dǎo)的光折變長(zhǎng)周期光柵耦合器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過理論分析得到在兩根條形波導(dǎo)間距大于7μm時(shí)，倏逝場(chǎng)耦合效應(yīng)C可以忽略。在兩個(gè)長(zhǎng)周期光柵完全對(duì)齊的情況下，對(duì)長(zhǎng)周期光柵耦合方程進(jìn)行了求解，得到了兩根條形波導(dǎo)和包層中的歸一化功率，并且求出了最小100％耦合長(zhǎng)度Lmin=1.98cm。在復(fù)合信號(hào)光只從單根波導(dǎo)入射的初始條件下，得到了在100％耦合處發(fā)射波導(dǎo)和接收波導(dǎo)的傳輸光譜，以及滿足