飛秒激光在透明介質(zhì)材料內(nèi)部制備光波導(dǎo)研究.pdf

1、在集成光路中，光波導(dǎo)是最為基本的元件。光波導(dǎo)由折射率較高的芯層和折射率較低的包層構(gòu)成?；诨A(chǔ)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以在多種材料上面制備各種功能的光學(xué)器件裝置，例如，光柵，光耦合器，光分束器，光增強器和激光振蕩器等。在這些裝置中，光波導(dǎo)分束器能夠?qū)蝹€輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€信號輸出，是集成光路中至關(guān)重要的一種器件。液相外延，離子束曝光，離子/質(zhì)子交換和飛秒激光刻蝕等一些方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光波導(dǎo)的制備。在這些技術(shù)中，飛秒激光刻蝕是高效廉價的光波導(dǎo)制

2、備方法，并可應(yīng)用于不同材料中的加工。飛秒激光微加工的廣泛應(yīng)用是因為其獨有的幾大優(yōu)勢，例如:對加工區(qū)域外接近零損傷，高精度和三維加工能力等。通過將激光聚焦于樣品內(nèi)部，可以在不損傷樣品表面的情況下，直接與樣品表面之下形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在激光焦點處或焦點兩旁會產(chǎn)生折射率的上升，這樣就可以誘導(dǎo)出多種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。目前，使用飛秒激光微加工制備得到的光波導(dǎo)有4種類型，稱為一類，二類，三類，四類光波導(dǎo)。其中一類光波導(dǎo)為激光焦點與材料作用時，誘導(dǎo)該區(qū)域材料折射

3、率升高，形成波導(dǎo)芯層結(jié)構(gòu)?；谝活惒▽?dǎo)，人們已成功在熔融石英和聚合物PMMA中制備得到管狀波導(dǎo)，對稱波導(dǎo)，耦合器和分束器等一系列結(jié)構(gòu)。本文研究了飛秒激光作用參數(shù)（脈沖頻率，脈沖能量）和寫入速度對制備光波導(dǎo)的影響，并對其機理進(jìn)行了分析研究?；谥苽涞玫降囊活惒▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，我們成功設(shè)計并加工出不同分束比例的波導(dǎo)分束器。本文的工作主要集中在下面幾個方面:
　　(1)通過飛秒激光直寫在熔融石英玻璃內(nèi)部制備出一類光波導(dǎo)和1×2，1×4波導(dǎo)分束結(jié)

4、構(gòu)。實驗研究了5 mm/s掃描速度下，不同脈沖頻率，不同脈沖能量，狹縫修飾以及退火作用對波導(dǎo)端面的整形作用和損耗的影響。實驗在50 KHz脈沖頻率，5 mm/s掃描速度，2.28μJ脈沖能量下，得到最小插入損耗為2.84 dB的一類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?；谠摋l件，制備得到損耗為7.02 dB，分束比為1∶1的1×2波導(dǎo)分束結(jié)構(gòu)和損耗為8.18 dB，分束比為1∶0.95∶1∶0.95的1×4波導(dǎo)分束結(jié)構(gòu)。
　　(2)通過飛秒激光直寫在聚合物

5、PMMA內(nèi)部制備出一類光波導(dǎo)和分束比分別為1∶1和1∶2的波導(dǎo)分束結(jié)構(gòu)。實驗選用1MHz脈沖頻率，研究了不同脈沖能量和掃描速度對波導(dǎo)端面和損耗的影響。在1MHz脈沖頻率，185 nJ脈沖能量和4mm/s掃描速度下，得到最小插入損耗為4.32 dB的一類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?；诖藯l件，制備得到分束比為1∶1的1×2分束器和分束比為1∶0.93∶1∶0.95的1×4分束器。然后根據(jù)不同掃描速度下，所誘導(dǎo)波導(dǎo)區(qū)域折射率改變程度不同，進(jìn)而產(chǎn)生不同的波導(dǎo)損