论文题目: 玻璃光波导功分器理论、技术及其光学特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 凝聚态物理
作者: 周自刚
导师: 刘德森
关键词: 离子交换波导,型光功分器,近高斯函数分布,损耗,分光比
文献来源: 苏州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文详细介绍离子交换法制作玻璃波导的研究进展,对常用几种离子对交换产生折射率分布进行比较,发现用Tl + ? Na+进行离子交换所得波导具有实际的研究价值。然后对光功分器的产业前景、结构、技术指标和关键技术进行了具体介绍,得到在新一代功分器具有微型化、高性能、阵列化和集成化等优点下,提出研究玻璃光波导功分器的必要性和重要性。在该论文理论部分,详细地研究玻璃离子交换过程和形成光波导的微观机理,分析Tl + ? Na+交换的扩散动力学。由于Tl + ? Na+离子半径相差较大,在交换过程中产生的应力会引起折射率的变化。通过实验证明应力与折射率分布之间存在一定的关系式。而以往Fick 定律只考虑离子交换极化率和离子交换半径差,所得的折射率分布解释Tl + ? Na+交换存在一定偏差。从而必须考虑包括应力在内的三个因素所共同产生的折射率分布方程,并对Fick 定律所得方程加入修正项。通过WKB 法,得到折射率分布近似为“改进”的高斯函数分布。用二维矢量WKB法分析了渐变折射率光波导中基模的模场分布情况。采用平面光波形态的光波激励波导,借助计算机进行数值求解,得到的光场分布图在光场传播达到稳定时,波导的模传输只与波导结构和光波波长有关,结果直观、精确、快速。同时对掩埋式波导模的截止提出一种简便方法,得到波导基模分布图。该论文还介绍利用BPM 方法如何设计、模拟和分析光波导功分器。从对称和非对称S 型分支波导出发,得到满足低损耗对称S 型分支波导的设计思想。本文给出关于1×4 功分器的光路设计方案,解释光波导弯曲损耗的产生机理,综合波导弯曲的纯弯曲损耗和过渡损耗以及分支耦合损耗的特点,得出结构函
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 离子交换玻璃波导研究现状
1.3 光功分器的发展状况
1.3.1 产业前景
1.3.2 结构
1.3.3 技术指标
1.4 本论文的目的和主要内容
1.4.1 本论文的目的和意义
1.4.2 本论文的主要内容
参考文献
第二章 玻璃波导离子交换理论
2.1 前言
2.2 离子交换玻璃过程和产生折射率变化的机理
2.2.1 熔盐与玻璃之间离子交换平衡
2.2.2 熔盐对 Tl~+-Na~+之间离子交换平衡有影响
2.2.3 离子置换作用引起的折射率变化
2.2.4 扩散方程
2.3 玻璃波导形成理论分析
2.3.1 折射率分布
2.3.2 折射率分布与浓度分布之间的关系
2.3.3 Tl~+-Na~+离子交换的扩散动力学
2.3.4 应力和扩散之间的关系
2.3.5 内电场的起源及其对离子交换的影响
2.4 小结
参考文献
第三章 光在掩埋式波导中的传输
3.1 前言
3.2 平面介质光波导传输理论
3.2.1 平面介质光波导的线光学模型
3.2.2 渐变折射率分布光波导的电磁理论
3.3 光在掩埋波导中传输分析
3.3.1 掩埋波导的传输特性
3.3.2 掩埋波导的损耗
3.3.3 掩埋波导模的定解问题及解
3.4 掩埋S型波导模的传输
3.5 小结
参考文献
第四章 光功分器光路优化设计
4.1 前言
4.2 离子交换波导功分器整体设计
4.2.1 离子交换分支波导
4.2.2 对称S型分支波导
4.2.3 不对称 S 型分支波导
4.2.4 定向分路设计
4.3 低损耗功分器S型弯曲路径的优化设计
4.3.1 S 型波导结构损耗的理论分析
4.3.2 S 型波导弯曲路径设计
4.3.3 S 型波导结构模拟实验
4.4 小结
参考文献
第五章 玻璃光波导功分器的工艺制作
5.1 前言
5.2 波导的制备
5.2.1 BPM 模拟设计
5.2.2 模版制作
5.2.3 玻璃板制备
5.2.4 掩钛膜制备
5.2.5 钛膜基片光刻
5.2.6 Tl~+-Na~+离子交换
5.3 波导功分器的精细加工
5.4 小结
参考文献
第六章 光波导功分器光学特性的测试
6.1 前言
6.2 六个区域浓度分布
6.3 插入损耗测试
6.4 近场模式测试
6.5 低损耗波段测试
6.6 分光比测试
6.7 附加损耗测试
6.8 小结
参考文献
第七章 结论
附录
攻读博士期间科研成果
致谢
详细摘要
发布时间: 2006-03-24
参考文献
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