光纤陀螺用Y分支光波导的质子交换及退火研究

论文摘要

Y分支是集成光学中的重要器件单元，广泛应用于调制器，光开关，光分路器的器件中，尤其是作为中高精度光纤陀螺系统的核心器件。首先，文章简要阐述了干涉式光纤陀螺仪（I-FOG）的基本工作原理；然后，利用有效折射率法，讨论得到高斯型渐变折射率波导在单模传输条件。在Y分支光波导的设计方面，针对两种不同弯曲Y分支的弯曲损耗，分别用光波导的弯曲损耗理论和时域有限差分光束传输法（FD-BPM）仿真，得出了一组最优化的Y分支光波导设计参数。然后结合扩散反应动力学理论中的空位与间隙扩散机制，分析了质子交换、退火质子交换、缓冲源质子交换波导的折射率变化。并对交换后铌酸锂波导的晶相特性进行分析，从晶体结构和H+浓度的角度来解释其特性变化。对交换过程添加缓冲质子源（苯甲酸锂）从而导致表面扩散系数发生改变进行了理论分析。讨论了质子交换和退火工艺的原理及制作技术，利用常用工程解法对质子交换深度和交换时间等诸多因素影响下得到的结果进行了比较，提出先进行质子交换，期间加入少量苯甲酸锂，然后在一定条件的退火，这样可以缩短节省制作周期，得出生成α相波导的最佳工作条件。最后通过大量的试验和实际工艺制作，验证了前面的理论分析，得到了可工作的光波导片。然后进行精密光学测试，得到实验数据。最后通过讨论这些实验数据，得出Y分支波导的主要性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 简缩字表
• 第一章 引言
• 1.1 集成光学简介
• 1.2 退火质子交换工艺的国内外研究现状
• 1.3 集成光学器件在光纤陀螺中的应用
• 1.4 本课题的目的和所做的工作
• 第二章 光纤陀螺用Y分支波导的设计和优化
• 2.1 光纤陀螺的基本原理
• 2.2 Y分支波导原理分析
• 2.3 Y分支波导优化设计
• 2.3.1 理论分析
• 2.3.2 Y分支的BPM仿真
• 第三章 退火质子交换理论分析
• 3.1 扩散反应动力学
• 3.1.1 扩散机制
• 3.1.2 扩散系数
• 3.1.3 影响扩散系数的因素
• 3.2 铌酸锂的晶体结构
• 3.2.1 氢离子在铌酸锂晶格中的占位
• 1-xH_xNbO₃晶相特性'>3.2.2 Li_1-xH_xNbO₃晶相特性
• 3.2.3 质子交换及退火理论模型
• 3.2.4 退火质子交换LiNbO3光波导的物理机制和传输损耗
• 3.2.5 α相波导
• 第四章 质子交换及退火工艺
• 4.1 质子交换及退火
• 4.1.1 质子交换概述
• 4.1.2 质子交换（PE）波导
• 4.1.3 退火质子交换（APE）波导
• 4.1.4 缓冲质子交换波导
• 4.2 Y分支波导制作过程
• 4.3 器件的测试
• 4.3.1 Y分支光学指标检测原理
• 4.3.2 Y分支波导测试现象和结果
• 第五章 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历