基于飛秒激光刻寫的微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)特性研究.pdf

1、基于光子晶體的微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)具有優(yōu)越的導(dǎo)光特性和靈活的設(shè)計自由度,是當今世界范圍內(nèi)光通信和光電子領(lǐng)域研究的熱點之一。與傳統(tǒng)的光波導(dǎo)制作技術(shù)相比,飛秒激光刻寫技術(shù)具有操作簡單、加工精度高等優(yōu)點,因此利用飛秒激光制備微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)并對其特性進行研究具有重要意義。
　　論文在對微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)的理論研究方法和制備工藝進行總結(jié)分析的基礎(chǔ)上,對大模場面積37芯波導(dǎo)的模式特性進行了仿真和實驗研究。之后,運用平面波展開法對反諧振反射光波導(dǎo)的帯隙特性進行

2、了理論計算,為進一步開展飛秒激光刻寫實驗提供了理論依據(jù)。具體如下:
　　1.在飛秒激光加工光波導(dǎo)允許的折射率差范圍內(nèi),利用高精度全矢量有限元法深入分析了倏逝場耦合37芯波導(dǎo)的模式特性。在此基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬了單根波導(dǎo)數(shù)值孔徑和波導(dǎo)間距對模式特性的影響。結(jié)果表明,基模(LP01)的模場面積均大于577μm2(數(shù)值孔徑為0.1,單根波導(dǎo)直徑為2μm,波導(dǎo)間距為5μm以及工作波長為980nm時對應(yīng)的LP01模的模場面積)。
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3、利用低重復(fù)頻率飛秒激光(1kHz)在熔融石英玻璃內(nèi)通過平行寫入37根I類軌跡(各向同性均勻正折射率變化),在不同刻寫條件和不同間距下制作了多組37芯波導(dǎo)。測量的近場光強度分布表明該波導(dǎo)不僅支持單模(LP01)傳輸,而且支持雙模(LP01和LP11)傳輸,且間距5μm、寫入速度600μm/s時,LP01模的模場面積分別為1190μm2(2.5μJ脈沖能量)和790μm2(5.0μJ脈沖能量),從而驗證了37芯波導(dǎo)的仿真結(jié)果。
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4、.運用平面波展開法研究了波導(dǎo)參數(shù)對反諧振反射光波導(dǎo)能帶結(jié)構(gòu)、光子帯隙的影響。結(jié)果表明,反諧振反射光波導(dǎo)的帯隙特性與包層單根軌跡的直徑、折射率、軌跡間距以及填充率有關(guān)。在折射率為2.398的硫化物玻璃(Gallium-lanthanum-sulphide,GLS)中,固定相鄰軌跡之間的距離為8μm,飛秒激光刻寫的軌跡折射率為2.418,當單根軌跡直徑為3.0~7.0μm時出現(xiàn)的光子帯隙較寬。研究結(jié)果對飛秒激光在GLS玻璃中制作反諧振反射光