用于光互連的體波導(dǎo)光柵耦合器：分析、制備和應(yīng)用.pdf

1、波導(dǎo)光柵在集成光學(xué)發(fā)展中扮演著重要的角色，提供了一種將光耦合輸入或輸出波導(dǎo)的便捷方式，這種十分具有吸引力的耦合方式可以有效減小光學(xué)系統(tǒng)、波導(dǎo)及電子器件的體積和重量。聚合物體波導(dǎo)光柵與表面浮雕光柵不同，前者通常位于波導(dǎo)層內(nèi)。在這個(gè)位置，導(dǎo)模特別是零階導(dǎo)模的振幅最大，導(dǎo)波光與光柵作用更強(qiáng)烈，因此有望獲得更高的耦合效率。同時(shí)，體波導(dǎo)光柵還具有制備工藝簡(jiǎn)單、波導(dǎo)表面平整等優(yōu)點(diǎn)。因此，制備可以實(shí)際應(yīng)用的具有較高分辨率的聚合物體波導(dǎo)光柵受到各國(guó)研究

2、者的重視。迄今，聚合物體波導(dǎo)光柵的制備方法基本上屬于物理方法，并沒有在材料內(nèi)部引發(fā)本質(zhì)性的化學(xué)變化，因此所制備的器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性難以保證。利用雙光子引發(fā)光聚合反應(yīng)可以在材料內(nèi)部引起本質(zhì)性的化學(xué)變化，致使材料折射率發(fā)生永久性變化，這種技術(shù)為制備體波導(dǎo)光柵帶來(lái)了極大的便利。本文研究了體波導(dǎo)光柵耦合器的泄漏特性并提出利用雙光子引發(fā)光聚合反應(yīng)制備體波導(dǎo)光柵的新方法。主要取得以下幾個(gè)方面的進(jìn)展： 基于等效傳輸線理論和微擾理論分析了體波導(dǎo)光

3、柵的導(dǎo)波特性。體波導(dǎo)光柵做輸入輸出耦合器時(shí)，泄漏參數(shù)是一個(gè)重要的因子，它決定了進(jìn)入光柵各衍射級(jí)中能量的大小。本文從理論上推導(dǎo)了泄漏參數(shù)同體波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)如光柵常數(shù)、光柵高度以及折射率調(diào)制深度之間的函數(shù)關(guān)系。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果有助于設(shè)計(jì)具有較高耦合效率的體波導(dǎo)光柵。 利用棱鏡耦合法測(cè)量了由三元材料體系構(gòu)成的聚合物平面波導(dǎo)的光傳輸模式和傳輸損耗。通過(guò)控制聚合物材料體系溶液的濃度，可以得到高質(zhì)量的單模、雙模和多模波導(dǎo)。利用光纖掃描的方法

4、測(cè)量了聚合物薄膜波導(dǎo)TE和TM偏振模式的光傳輸損耗，分別只有0.38dB/cm和0.41dB/cm。 首次證實(shí)雙光子聚合反應(yīng)能夠在三元材料體系構(gòu)造的固態(tài)聚合物薄膜中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)雙光子吸收上轉(zhuǎn)換熒光的特點(diǎn)，給出了飛秒脈沖激光經(jīng)高數(shù)值孔徑顯微物鏡聚焦后正好位于波導(dǎo)層中的判據(jù)。研究了體波導(dǎo)光柵制備過(guò)程中加工系統(tǒng)的性能參數(shù)包括平臺(tái)震動(dòng)、掃描速度等對(duì)體波導(dǎo)光柵質(zhì)量的影響。 利用相襯顯微鏡研究了制備的體波導(dǎo)光柵，并利用原子力顯微鏡對(duì)體