新型高速波导声光调制器的理论和实验研究

论文摘要

高速波导声光调制器具有开关速度快、体积小、插入损耗小、驱动功率低、机械稳定度高、设计灵活方便、便于集成等优点,可以应用在全光纤激光器中作为最佳的开关元件之一,还可以满足未来高速发展的光通信事业的需要。本文对一种新型的高速波导声光调制器进行了理论和实验研究。论文的主要工作包括以下几个方面:1.介绍了高速波导声光调制器的研究背景、国内外研究现状和发展趋势。2.声表面波器件的性能在很大程度上决定于声表面波的传播特性,而压电材料的切割方向和声波导的厚度都对声表面波的传播特性有很大影响。本文从压电介质中声波的耦合波方程出发,利用边界条件,提出了声表面波矩阵求解法,该方法可以用于调制器基底切向的选择和声波导厚度的设计。3.用Matlab数学模拟软件根据上述的声表面波求解理论编写程序,模拟了不同角度旋转Y切X传播的LiNbO3中声表面波的传播特性,最终确定了机电耦合系数最大、声表面波传输速度较大的128°旋转Y切X传LiNbO3作为调制器的基底,另外还模拟了声表面波在不同厚度声波导中的传播特性,确定了声波导厚度为0.15个声表面波波长。4.选择光束传播法(BPM)对新型高速波导声光调制器进行分析。利用OptiBPM软件对调制器进行了模拟,优化了锥形波导的参数和声光互作用区长度,同时还分析了声表面波驱动功率对调制器光场的影响。5.在理论研究的基础上对新型的高速波导声光调制器进行了试制。测试了调制器的性能,并对测试结果进行了分析,提出了改进意见。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 声光器件的发展
• 1.2 集成光学和光波导器件的发展
• 1.3 高速波导声光调制器研究的意义
• 1.3.1 光纤激光器调Q技术概述
• 1.3.2 通信中光调制器的现状
• 1.4 波导声光调制器的国内外研究现状
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 声表面波在压电介质中的传播
• 2.1 声表面波
• 2.1.1 声表面波技术发展的过程
• 2.1.2 压电介质中声表面波的特点
• 2.1.3 声表面波器件的特点
• 2.2 压电介质中的声表面波
• 2.2.1 压电介质中的耦合波方程
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 声表面波波速的求解
• 2.3 压电薄膜中的声表面波
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型高速波导声光调制器的设计
• 3.1 新型高速波导声光调制器的整体设计
• 3.2 声表面波传播坐标系
• 3.3 声表面波在铌酸锂中的传播特性
• 3.3.1 铌酸锂晶体概述
• 3.3.2 铌酸锂的参数
• 3.3.3 声表面波波速的求解方法
• 3.3.4 高速波导声光调制器中铌酸锂切向的选择
• 3.4 声波导厚度的设计
• 3.4.1 氧化锌的参数
• 3.4.2 声波导厚度的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于光束传播法的模拟优化
• 4.1 光束传播法
• 4.1.1 BPM算法的发展概况
• 4.1.2 BPM算法的基本理论
• 4.1.3 边界条件
• 4.2 OptiBPM软件简介
• 4.3 高速波导声光调制器光波导的设计
• 4.4 锥形波导的优化
• 4.5 SAW驱动功率和声光互作用长度对光场分布的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 新型高速波导声光器件的制作、测试与分析
• 5.1 新型高速波导声光器的制作工艺
• 3 光波导的制作'>5.1.1 LiNbO₃光波导的制作
• 5.1.2 叉指换能器和声波导的制作
• 5.2 新型高速波导声光调制器的测试
• 5.2.1 测试光源的选择
• 5.2.2 光波导的测试及分析
• 5.2.3 衍射效率的测试
• 5.2.4 开关速度的测试
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢