K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征.pdf

第40卷第12期 光子学报 V01．40No．12 201 Deccnlber2011 1年12月 ACTAPH()T()NICASINICA 文章编号：1004—4213(2011)12—1785—4 K—Na离子交换单模平面波导的制备及其表征 鲁庆，夏洪运，郑杰 (集成光电子学国家重点联合实验室(吉林大学实验区)，吉林大学电子科学与T程学院。长春130012) 摘 要：通过K—Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导．采用棱镜耦合技术测量了波导的有效 折射率，用1wKB方法拟合得到K—Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布，由色散曲线得到 单模波导的制备条件(即扩散深度范围)，从而得出单模波导的离子交换时间范围，制备出单模波 导，并通过求解wKB色散方程得出单模波导的表面折射率．用普通数码相机，通过对离子交换平 面玻璃光波导传输线进行数字成像，根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线，计算出单 模波导的传榆损耗大约为0．4dB／cm． 关键词：离子交换；单模玻璃光波导；1wKB法；折射率分布；传输损耗 中图分类号：TN252 文献标识码：A 况下)模式数在3个或3个以上，无法分析同等条件 O 引言 下荤模平面波导的情况．现有的单模平面波导折射 随着集成光学技术的发展。人们对光波导的研 率分析方法，有些是通过破坏波导结构来获得的；虽 究越来越深入．在众多种类的光波导中，玻璃衬底的 然有些方法不破坏波导结构，但是方法和实验条件 价格比较廉价，玻璃光波导的折射率与光纤很接近， 却比较复杂，如所用的光束干涉法[6J、多波长法【7j以 适宜与光纤的耦合．选择合适的工艺．可以制得低损 及匹配液法∞‘等；另外，可以采用不同偏振态法进行 耗、能承受高功率密度的玻璃光波导．在诸多的光波 单模波导折射率分布的分析和拟合。但大多数离子 导制备技术中，离子交换是制作玻璃光波导的重要 交换单模玻璃平面波导中传输的两个偏振态(TE 技术手段[1]．在各种离子交换工艺中，K—Na离子交 和TM模式)的有效折射率相差很小，所以此方法 换扩散速度小、易于控制、重复性好、成本低廉．制备 多数情况不适用．显然，研究一种简单方便且非破坏 的玻璃波导传输损耗低、折射率及模场分布与光纤 性的离子交换单模玻璃平面波导折射率分布【9J的确 匹配良好、便于集成，并且有较高的双折射。在光通 定方法很有必要．本文先通过lWKB法确定在一定 信和光学传感等领域有着广阔的应用前景．尽管大 离子交换温度下制备的多模波导的折射率分布并确 多数离子交换波导的研究都致力于实现掩埋型波 定此温度下的扩散系数，假定在此制备温度下缩短 导[2]，但是在离子交换玻璃波导传感器的应用方面 交换时间得到的单模波导折射率分布函数不变的情 有时仍然需要非掩埋型波导【3]．离子交换玻璃光波 况下确定其扩散深度，并通过求解WKB色散方程 导的制备过程虽然简单，但是对已制成光波导的参 确定单模波导的折射率分布． 量测量和质量评估却相对比较复杂，而离子交换平 离子交换光波导传输损耗的高低不仅与所选玻 面光波导参量(如折射率分布、传输损耗等)的确定 璃衬底的质量有关，同时也体现了制备工艺的好坏， 和了解是筛选玻璃衬底和进一步设计与优化器件的 对这一波导参量的实时测量，对于评估波导质量和 基础．