摻鎂鈮酸鋰脊形光波導設計及制備工藝研究.pdf

1、鈮酸鋰光波導以其超快響應速度和超寬響應帶寬，無自發(fā)輻射噪聲以及非線性效應豐富等諸多優(yōu)點被廣泛應用于多種全光信號處理技術中，世界上已經有許多科研團隊都能制作鈮酸鋰光波導，但目前適用于全光信號處理的鈮酸鋰光波導制作在國內尚屬空白，制作具有自主知識產權的鈮酸鋰波導器件在全光通信中具有重要意義。
　　本論文以摻鎂鈮酸鋰晶體為研究對象，對直接鍵合鈮酸鋰脊形光波導，黏膠鍵合鈮酸鋰脊形光波導，退火質子交換鈮酸鋰脊形光波導的結構進行設計，優(yōu)化波導

2、結構參數，并實驗研究直接鍵合，黏膠鍵合，研磨拋光和ICP干法刻蝕脊形結構相結合制備鈮酸鋰脊形波導以及退火質子交換與金剛石劃片機精密切割脊形結構相結合制備鈮酸鋰脊形波導的制備工藝，并對所制備的鈮酸鋰光波導性能進行測試，得出具有較高二階非線性轉換效率的鈮酸鋰波長轉換器件。概括全文的研究成果主要有以下幾個方面：
　　(1)在非耗盡近似條件下推導出二階非線性倍頻轉換光輸出光功率的近似解析表達式。分析影響轉換光輸出光功率的波導參數，如波導長

3、度，波導光場有效作用面積，準相位匹配條件，晶體非線性系數等，得出提高轉換光輸出光功率的方法。并得出鈮酸鋰波導中中o光入射對應TE模式傳輸，e光入射對應TM模式傳輸。另外比較周期極化鈮酸鋰晶體與周期極化摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變性能，選取具有較高抗光折變性能的摻鎂鈮酸鋰晶體做為鈮酸鋰波導的襯底。從材料選取以及波導尺寸選擇方面為鈮酸鋰波導的設計提供理論依據。
　　(2)編寫有限差分法計算波導本征光場及有限差分光束傳播法計算波導傳輸光場的

4、Matlab程序，并對不同工藝方法制備摻鎂鈮酸鋰脊形波導結構進行模擬設計。模擬得到直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導最佳波導尺寸，以及在最佳尺寸下1550nm基頻光和775nm倍頻光的基模光場分布，基模有效折射率以及傳輸模場分布，從而得到直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導最佳設計參數(準相位匹配周期，波導寬度，波導高度等)。模擬常用制備退火質子交換波導工藝條件下，寬度為8μm的退火質子交換摻鎂鈮酸鋰脊形波導結構下，基頻光和倍頻光基模光場分布及有效折射率

5、，從而得到退火質子摻鎂鈮酸鋰脊形波導準相位匹配周期等設計參數。
　　(3)針對直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導的不足，利用黏膠鍵合中間膠層折射率與波導層較大折射率差，實現了特殊結構下黏膠摻鎂鈮酸鋰脊形波導基頻光和倍頻光的單模傳輸，同時降低波導中光場有效作用面積，增強轉換光的輸出光功率。
　　(4)對直接鍵合摻鎂鈮酸鋰脊形波導的制備工藝進行實驗研究。對直接鍵合法和ICP干法刻蝕相結合制備摻鎂鈮酸鋰脊形波導流程中的各項工藝，如摻鎂鈮酸

6、鋰晶體和鉭酸鋰晶體的直接鍵合工藝，鍵合晶圓片中摻鎂鈮酸鋰波導層的減薄拋光處理工藝以及ICP干法刻蝕摻鎂鈮酸鋰晶體工藝進行細致實驗研究，通過對工藝原理和影響因素分析，優(yōu)化實驗參數，初步制成脊形的摻鎂鈮酸鋰波導。并選取合適的黏合劑，實現了摻鎂鈮酸鋰/鉭酸鋰晶體的黏膠鍵合。
　　(5)對退火質子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導的制備工藝進行實驗研究。通過對退火質子交換法和金剛石劃片機精密切割相結合制備退火質子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導

7、流程中的各項工藝進行細致實驗研究，如摻鎂鈮酸鋰晶體的周期極化工藝，摻鎂鈮酸鋰晶體的退火質子交換工藝以及金剛石劃片機精密切割周期極化摻鎂鈮酸鋰晶體工藝，制備出具有波長轉換性能的退火質子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形波導器件。
　　(6)對制備的退火質子交換周期極化摻鎂鈮酸鋰脊形光波導性能進行測試。搭建精密光纖耦合對準平臺，用截斷法測試波導的傳輸損耗。然后用紫外點膠法將波導進行耦合封裝，測試封裝后波導器件的插入損耗及準相位匹配波長?；诖?/p>