气相质子交换技术的研究

论文摘要

随着下一代全光通信网络的应用,光通信器件的研究越来越受到人们的重视。很多光通信器件都具有波导的结构,为了制作出优良性能的波导器件,我们就需要对波导制作技术进行研究。本文主要研究气相质子交换法制作铌酸锂光波导的技术。论文首先回顾了铌酸锂电光调制器的研究进展,阐述了对气相质子交换法进行研究的必要性,介绍了质子交换工艺研究的发展情况,指出了气相质子交换法波导的特点,以及采用此方法制作波导的优势。论文对各种材料及使用的制作波导方法进行介绍,在了解铌酸锂晶体基本物理性质的基础上,阐述了气相质子交换法的交换机理和波导层折射率分布的理论模型,还介绍了一种分析波导层折射率分布情况的方法-WKB 法。作者设计气相质子交换法的实验装置和工艺流程,通过一系列实验制备光波导,用反WKB 法获得气相质子交换波导的模折射率分布情况,并和液相质子交换法制作的波导做了比较,得出气相法波导折射率分布呈高斯型而液相法波导折射率分布呈阶跃型的结论。作者还研究了气相法波导的稳定性和易于精确控制制作出单模波导的优点。作者对气相质子交换法的波导层进行分析,研究其红外吸收光谱特性,并且通过X-射线衍射的探测手段来研究其波导层晶体结构的变化,最后对气相质子交换法波导的损耗特性进行了初步探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 3 电光调制器研究进展'>1.1 LiNbO₃电光调制器研究进展
• 1.2 气相质子交换法的发展状况
• 1.3 本论文的工作
• 1.4 本论文的章节安排
• 第二章 光波导制作原理
• 2.1 光波导的典型材料和制作方法
• 2.1.1 各种材料常用的波导制作方法
• 2.1.2 铌酸锂晶体的制作工艺
• 2.2 铌酸锂晶体的特性
• 2.2.1 铌酸锂晶体概述
• 2.2.2 铌酸锂晶体的物理特性
• 2.3 质子交换法
• 2.3.1 质子交换法概述
• 2.3.2 质子交换基本理论模型
• 2.3.3 液相质子交换法和气相质子交换法
• 2.3.4 气相质子交换波导折射率分布模型
• 2.4 平面光波导的模场解析
• 2.4.1 渐变型波导中模场的波动方程
• 2.4.2 导模的 WKB 法解析
• 2.5 小结
• 第三章 气相质子交换光波导的制作
• 3.1 气相质子交换法工艺流程
• 3.1.1 铌酸锂晶体材料的清洗
• 3.1.2 气相质子交换容器的设计
• 3.1.3 气相质子交换法实验流程
• 3.1.4 铌酸锂晶体气相质子交换法的实验
• 3.2 波导折射率分布的确定
• 3.2.1 导模有效折射率的计算
• 3.2.2 平面光波导折射率分布的确定
• 3.2.3 实验结果分析
• 3.2.3.1 气相质子交换工艺实验结果
• 3.2.3.2 液相质子交换工艺实验结果
• 3.3 气相法波导的两个优点
• 3.3.1 波导的稳定性研究
• 3.3.2 易于制作出稳定单模波导的优点
• 第四章 气相质子交换波导的结构和特性
• 4.1 探测方法简介
• 4.2 气相质子交换波导的X-射线衍射的分析和讨论
• 4.2.1 X-射线衍射的测量原理
• 3 波导的 X-射线衍射的分析和讨论'>4.2.2 质子交换 LiNbO₃ 波导的 X-射线衍射的分析和讨论
• 3 波导红外吸收谱的分析和讨论'>4.3 质子交换 LiNbO₃波导红外吸收谱的分析和讨论
• 4.4 气相法波导的损耗
• 4.4.1 损耗的各种产生原因
• 4.4.2 两种测损耗的方案
• 第五章 结论
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录