30000字硕士毕业论文第二速度脉冲激光光波导技能
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：30000字
论点：波导,折射率,光学
论文概述：
第一章绪论 集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。它是在激光技术发展过程中，由于光通信、光学信息处理等方面的需要，而逐步形成和发展起来的。集
论文正文：
第一章绪论 集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。它是在激光技术发展过程中，由于光通信、光学信息处理等方面的需要，而逐步形成和发展起来的。集成光学元件的最大优点之一是它能将常规的具有各种功能的分立光学元件集成到同一光学衬底表面上，并且与多个分立光学元件所构成的庞大光学系统具有同样的光信号处理功能。与分立光学元件相比较，集成光学元件具有体积小、结构紧凑坚固、抗干扰能力强、稳定可靠、寿命长等优点川。 要想制作集成光路，首先必须能够制作其基本构件一光波导。光波导是集成光学器件的基础，光波导网络就构成了光子芯片，它具有电子芯片相同的优点:高集成度、高可靠性、低功耗和低成本，在光通信和光学信息处理中占据着重要地位。经过三十多年的发展，集成光波导器件的研究已从最初的单元件、单功能光波导器件，向多元件、多功能单片集成的方向发展。在这种情况下，就要求对于制备光波导的各种材料和各种工艺方法进行深入的研究和发展。本章概述了光波导的发展及制作工艺，重点讨论了飞秒激光制作光波导的技术优势，最后给出了本文的主要内容和结构安排。光波导的发展和制作技术研究进展光波导是集成光学中的一个重要元素，是平面光波回路里用以限制和传导光的基本结构。 光波导是由低折射率介质围着一个截面尺度为波长量级(几微米)的高折射率介质所形成的，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，并允许光波无衍射地在高折射率介质中传播。所以它可以通过全内反射方法将光波限制在一维或二维空间中，从而构成能把各分立元件连接起来的光通道。光波导在许多领域的应用获得了成功，如信号处理、光通信和光传感等。用集成光学工艺制成的各种平面光波导器件，有的还要在一定的位置上沉积电极，两端接上电压，用以控制在波导中传输的光波的相位或强度，有的光波导再与光纤或光纤阵列祸合，对其中的光信号进行祸合、传输与调制。而光波导制作技术也是光通讯产业最重要的支撑和核心技术之一，由于光波导器件稳定性好及易于集成等优点，国外许多知名研发机构如美国的AT&T,Bell实验室、日本的NTT、法国的LETI、英国的BNREurope等都在从事平面光波导(PlanarLightwaveCircuit}PLC)集成器件的研发工作。 本节主要从光波导材料和光波导制作工艺两个方面介绍了光波导方面的一些研究进展，着重对近年来光波导特别是平面光波导的制作工艺进行了概述。光波导制作材料制作材料和器件结构决定着光学器件的工作性能，其中材料是基础。根据制作材料的不同，光波导可分为硅基光波导、SOI光波导、锯酸铿(LiNb03)光波导和有机聚合物光波导等几种主要形式。下面对这几种光波导材料进行简要介绍。1)硅基光波导硅基光波导器件的结构决定了它的用途，其性能的差异决定于构成硅基光波导材料的微结构及其材料各层之间的界面，这与材料的加工及成型技术密不可分。当前的三层结构光波导，是利用各种薄膜沉积技术先在衬底生长过渡层再生长芯层，或者直接生长芯层，经过干法或者湿法腐蚀得到所需的波导芯后再沉积包层(或以空气作包层)。硅基光波导的上包层和下包层均为Si仇，芯层为sioz和Ge02。这三层都是采用沉积法制作而成的。通过反应离子刻蚀法得到所需的波导。硅基光波导具有成熟的技术条件和低成本等优点，且由于材料和光纤相同，硅基光波导的传输损耗以及同光纤的祸合损耗都较小，缺点是这种波导制作技术需要很昂贵的设备和复杂的制作工艺。 为了解决和光纤的匹配，硅基Si02也成为发展光波导的首选材料。Si基Si02光波导是20世纪90年发表展起来的新技术，国外此技术己比较成熟。这种光波导是应用工艺在Si衬底上沉积Si02层，Si02层作为波导层。由于其具有与现有成熟的半导体工艺技术兼容性好的优势受到广泛重视，其制作需要沉积较厚的二氧化硅层，通过加入锗等掺杂剂，或者是加入氮气生成氮氧化物，可以对膜层的折射率进行调整，还可以在氧化物中加入其它物质，如加入硼和磷即可生成硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。该波导的损耗很小，约为0.02dB/cmoSi基Si02光波导材料已广泛用于研制Mach-Zende光干涉仪、热光开关阵列、参考文献[1] K.Yamada,W.Watanabe,T.Toma,K.Itoh,and J.Nishii, In situ observation of photoinduced refractive-index changes in filaments formed in glasses by femtosecond laser pulses,Opt.Lett.,vo1.26, pp.19-Z1 C.Schaffer,A.Brodeur, and E. Mazur, Laser-induced breakdown a}}d damage in bulkransparent materials induced by tightly focused femtosecond laser pulses,Meas. Sci.Technol.,vo1.12,pp.1784-1794 .E.Yablonovitch,and N.BIoembergen,\"Avalanche ionization and the limiting diameter o filaments induced by light pulses in transparent media,\"Phys.Rev.Lett.,29:907 (1972) W.Watanabe,T.Asano,K.Yatnada,et al, Wavelength division with three-dimensional couplers fabricated by filamentation of femtosecond laser pulses,Opt.Lett.,vo1.28,pp.2491-2493 (2003) M.Wi11,S.Nolte,B.N.Chichkov,and A.Tunnermaim. Optical properties of waveguidesfabricated in fiised silica by femtosecond laser pulses.Appl.Opt,Vo1.41:4360-4364 (2002) A. Saliminia, I}T. T. Nguyen, M. C. Nadeau S. Petit, et a1. W riting optical waveguides in fi}sedsilica using 1 kHz femtosecond infrared pulses. Appl. Phys. 93, 3724-372$ (2003). C.B.Schaffer,A.Brodeur,J.F.Garcia,and E.Marur, Micromachining bulk glass by use ofemtosecond laser pulses with nanojoule energy,Opt.Lett.26,93-95 (2001).7..Bor, Distortion of femtosecond laserpulses in lenses,Opt.Lett.1.4,1 19(1989). R.Osellame,S.\"faccheo,M.Marangoni,et al. Femtosecond writing of active optical waveguides with astigmatically shaped beams汇J]. J.Opt.Soc.Am.B,2003,20:1559-1567.t10] Y.Cheng,K.Sugioka,K.Midorikawa,M.Masuda,K.Toyoda,M.Kawachi,et al, Control of thecross-sectional shape of a hollow microchaimel embedded in photostructurable glass by use of[1l]K.J.Moh,Y.Y.Tan and X.-C.Yuan, Influence of diffraction by a rectangular aperture on theaspect ratio of femtosecond direct-write waveguides,Opt. Express, vol.13:7288-7297 (2005)Swiji Sowa,Wataru Watanabe,et al, Symmetric waveguides in poly(methyl methacrylate)abricated by femtosecond laser pulses, Opt.Express, vo1.14,pp.291-297 (2006) G. Cerullo, R. Osellame, S. Taccheo, M. Marangoni,et al, Femtosecond micromachining ofsymmetric waveguides at l.SNm by astigmatic beam focusing,Opt. Lett. 27:1938-1940(2002)[14] M. Ams, G. D. Marshall, D. J. Spence, and M. J. Withford, Slit beam shaping method forfemtosecond laser direct-write fabrication of symmetric waveguides in bulk glasses, Opt.中文摘要 4-5 Abstract 5-6 第一章 绪论 9-31 1.1 光波导的发展和制作技术研究进展 9-20 1.1.1 光波导制作材料 10-14 1.1.2 光波导制作工艺 14-20 1.2 飞秒激光制作光波导的技术进展 20-27 1.2.1 飞秒激光加工光子器件的优点与特点 21 1.2.2 飞秒激光制作波导器件的发展现状 21-27 1.3 本论文的主要内容和结构安排 27 参考文献 27-31 第二章 飞秒激光与透明介质相互作用及折射率变化机理 31-45 2.1 自聚焦 31-33 2.2 自相位调制 33-34 2.3 非线性光电离 34-37 2.3.1 多光子电离和隧道电离 34-36 2.3.2 雪崩电离 36-37 2.4 飞秒激光诱导透明材料折射率变化机理 37-41 2.4.1 飞秒激光诱导折射率变化机理 38-40 2.4.2 折射率变化的分布 40-41 参考文献 41-45 第三章 横向写入二维圆形横截面波导的实现 45-71 3.1 飞秒激光写入光波导的方式 45-47 3.2.1 纵向写入方式 45-46 3.2.2 横向写入方式 46-47 3.2 圆形横截面波导的实现 47-56 3.3 波导类型和特征 56-60 3.4 波导特征及其测试 60-66 3.4.1 波导折射率分布测试 60-63 3.4.2 损耗测试 63-65 3.4.3 非线性系数测试 65-66 参考文献 66-71 第四章 飞秒激光在波导阵列中的传输的非线性效应 71-84 4.1 波导阵列加工 71-73 4.2 光在波导阵列中传输的线性效应 73-76 4.3 超短激光在波导阵列中传输的非线性效应 76-81 4.3.1 光在波导阵列中的传播方程 76-77 4.3.2 耦合常数和波导参数的关系 77-79 4.3.3 波导测试 79-81 4.4 结论和意义 81-82