离子注入铌酸锂晶体光波导切伦科夫倍频转换效率研究

论文摘要

光波导是集成光学的基本单元,同时也是全光网络传输的基础。光波导结构在现代光通信领域里具有十分重要的用途。光波导以其独特的性质,在各种光器件的制造中起着重要的作用。由于光波导的重要应用价值,人们一直在探索有效的方法来制备具有优良性质的光波导。近年来关于波导激光和波导放大器的研究成为热点之一,而它的必由之路就是在激光晶体上形成波导结构。离子注入技术已成为制备光波导的有效手段之一。迄今为止,人们已经利用离子注入技术在光学晶体、玻璃、半导体以及有机聚合物等大量光学材料中形成了光波导结构。目前国际上多采用能量为几兆电子伏的离子注入到光学材料内,在表面微米量级的范围内形成波导结构。在本论文中,我们即采用了离子注入方法来制备光波导,研究所制备的波导的性能,以优化制备条件。短波长的相干光源在许多领域中都有广泛的应用。（例如:光盘的写入和读出、海底光通信,激光医疗等方面）。而输出短波长的半导体激光器目前尚未成熟,因此,采用普通半导体激光器（输出波长为0.82μm-0.84μm）与一个波导倍频组合而得到短波长激光光源是一种可行的设想,波导倍频器较体倍频器而言,有其特有的优点。因为在波导区,基光光场被很好的压缩,在1mW的入射光功率下,导波区的基波光功率密度可达106W/cm2。而倍频的转换效率与基波的功率密度成正比。所以采用波导倍频方式有助于提高倍频的转换效率。其次,波导倍频的相位匹配也有很突出的优点。铌酸锂（LiNbO3）晶体是一种集电光、声光、弹光、光折变和激光活性等效应于一体的性质优良的光学晶体,已经成为重要的光波导材料,是光电子领域最基本和最重要的功能材料。由于铌酸锂晶体的巨大应用,对这种晶体的研究一直也没有间断过。目前,研究导波光学的经典理论主要有两种,一种是线光学理论,这种理论以光的直线传播及光在介质界面发生全反射,从而使光在波导内沿Z字型前进为基础,分析光在波导内传播的各种特性;另一种光波导理论是以麦克斯韦（Maxwell）方程组为基础的电磁场理论,通过解满足特殊条件下的Maxwell方程组,来研究波导的各种特性。本论文采用第二种方式对波导倍频特性进行了研究,主要工作总结如下:（1）介绍了X切离子注入铌酸锂晶体光波导TE模导波模式,从麦克思韦方程组出发,建立了理论计算模型,详细计算了切伦科夫辐射倍频过程,得出了切伦科夫倍频转换效率,并讨论了影响切伦科夫倍频转换效率的多种因素,比如注入深度,折射率,泵浦波长等,对优化离子注入晶体的制备提供了理论依据。（2）研究了Z切离子注入铌酸锂晶体光波导TM模导波模式,通过所建立的理论模型,详细计算了倍频转换效率,并讨论了切伦科夫倍频转换效率和波导注入深度,折射率,泵浦波长等参数的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 平板波导的模式理论
• 1.3 切伦科夫辐射及倍频
• 1.4 本文的研究内容及安排
• 参考文献
• 第二章 X切离子注入铌酸锂晶体光波导TE模切伦科夫倍频转换效率研究
• 概述
• 2.1 X切离子注入光波导TE模的理论分析
• 2.2 分析讨论
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 Z切离子注入铌酸锂晶体光波导TM模切伦科夫倍频转换效率研究
• 概述
• 3.1 离子注入光波导TM模理论分析
• 3.2 分析讨论
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 全文总结
• 一、研究内容和结论
• 二、不足之处
• 致谢
• 硕士期间参加的项目、获得的奖励及发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表