摻鎂鈮酸鋰脊形光波導(dǎo)設(shè)計及制備工藝研究.pdf

1、鈮酸鋰光波導(dǎo)以其超快響應(yīng)速度和超寬響應(yīng)帶寬，無自發(fā)輻射噪聲以及非線性效應(yīng)豐富等諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于多種全光信號處理技術(shù)中，世界上已經(jīng)有許多科研團隊都能制作鈮酸鋰光波導(dǎo)，但目前適用于全光信號處理的鈮酸鋰光波導(dǎo)制作在國內(nèi)尚屬空白，制作具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈮酸鋰波導(dǎo)器件在全光通信中具有重要意義。
　　本論文以摻鎂鈮酸鋰晶體為研究對象，對直接鍵合鈮酸鋰脊形光波導(dǎo)，黏膠鍵合鈮酸鋰脊形光波導(dǎo)，退火質(zhì)子交換鈮酸鋰脊形光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，優(yōu)化波導(dǎo)

2、結(jié)構(gòu)參數(shù)，并實驗研究直接鍵合，黏膠鍵合，研磨拋光和ICP干法刻蝕脊形結(jié)構(gòu)相結(jié)合制備鈮酸鋰脊形波導(dǎo)以及退火質(zhì)子交換與金剛石劃片機精密切割脊形結(jié)構(gòu)相結(jié)合制備鈮酸鋰脊形波導(dǎo)的制備工藝，并對所制備的鈮酸鋰光波導(dǎo)性能進行測試，得出具有較高二階非線性轉(zhuǎn)換效率的鈮酸鋰波長轉(zhuǎn)換器件。概括全文的研究成果主要有以下幾個方面：
　　(1)在非耗盡近似條件下推導(dǎo)出二階非線性倍頻轉(zhuǎn)換光輸出光功率的近似解析表達式。分析影響轉(zhuǎn)換光輸出光功率的波導(dǎo)參數(shù)，如波導(dǎo)長

3、度，波導(dǎo)光場有效作用面積，準相位匹配條件，晶體非線性系數(shù)等，得出提高轉(zhuǎn)換光輸出光功率的方法。并得出鈮酸鋰波導(dǎo)中中o光入射對應(yīng)TE模式傳輸，e光入射對應(yīng)TM模式傳輸。另外比較周期極化鈮酸鋰晶體與周期極化摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變性能，選取具有較高抗光折變性能的摻鎂鈮酸鋰晶體做為鈮酸鋰波導(dǎo)的襯底。從材料選取以及波導(dǎo)尺寸選擇方面為鈮酸鋰波導(dǎo)的設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　(2)編寫有限差分法計算波導(dǎo)本征光場及有限差分光束傳播法計算波導(dǎo)傳輸光場的

4、Matlab程序，并對不同工藝方法制備摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行模擬設(shè)計。模擬得到直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)最佳波導(dǎo)尺寸，以及在最佳尺寸下1550nm基頻光和775nm倍頻光的基模光場分布，基模有效折射率以及傳輸模場分布，從而得到直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)最佳設(shè)計參數(shù)(準相位匹配周期，波導(dǎo)寬度，波導(dǎo)高度等)。模擬常用制備退火質(zhì)子交換波導(dǎo)工藝條件下，寬度為8μm的退火質(zhì)子交換摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)下，基頻光和倍頻光基模光場分布及有效折射率

5、，從而得到退火質(zhì)子摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)準相位匹配周期等設(shè)計參數(shù)。
　　(3)針對直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)的不足，利用黏膠鍵合中間膠層折射率與波導(dǎo)層較大折射率差，實現(xiàn)了特殊結(jié)構(gòu)下黏膠摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)基頻光和倍頻光的單模傳輸，同時降低波導(dǎo)中光場有效作用面積，增強轉(zhuǎn)換光的輸出光功率。
　　(4)對直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)的制備工藝進行實驗研究。對直接鍵合法和ICP干法刻蝕相結(jié)合制備摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)流程中的各項工藝，如摻鎂鈮酸

6、鋰晶體和鉭酸鋰晶體的直接鍵合工藝，鍵合晶圓片中摻鎂鈮酸鋰波導(dǎo)層的減薄拋光處理工藝以及ICP干法刻蝕摻鎂鈮酸鋰晶體工藝進行細致實驗研究，通過對工藝原理和影響因素分析，優(yōu)化實驗參數(shù)，初步制成脊形的摻鎂鈮酸鋰波導(dǎo)。并選取合適的黏合劑，實現(xiàn)了摻鎂鈮酸鋰/鉭酸鋰晶體的黏膠鍵合。
　　(5)對退火質(zhì)子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)的制備工藝進行實驗研究。通過對退火質(zhì)子交換法和金剛石劃片機精密切割相結(jié)合制備退火質(zhì)子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)

7、流程中的各項工藝進行細致實驗研究，如摻鎂鈮酸鋰晶體的周期極化工藝，摻鎂鈮酸鋰晶體的退火質(zhì)子交換工藝以及金剛石劃片機精密切割周期極化摻鎂鈮酸鋰晶體工藝，制備出具有波長轉(zhuǎn)換性能的退火質(zhì)子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導(dǎo)器件。
　　(6)對制備的退火質(zhì)子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形光波導(dǎo)性能進行測試。搭建精密光纖耦合對準平臺，用截斷法測試波導(dǎo)的傳輸損耗。然后用紫外點膠法將波導(dǎo)進行耦合封裝，測試封裝后波導(dǎo)器件的插入損耗及準相位匹配波長?；诖?/p>