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光波导型偏振器设计与研究

长春理工大学摘要

在光纤通讯和光纤陀螺光集成回路系统中使用的集成光路都必须

在单一偏振态工作,因此,精确控制光波导中光波的偏振态是系统正常

工作的首要条件。利用质子交换波导中寻常光折射率减小,非寻常光折

射率增大这一特性,制作出具有偏振选择性的质子交换波导偏

振器。该器件因其尺寸小,偏振消光比特性好,抗电磁干扰强,便于与

其他光波导器件集成而日盏受到重视。基于对商品质偏振器件的需求,

本文设计并研制出.波段质子交换波导偏振器,其偏振

消光比大于,偏振插入损耗小于.,达到了集成光路中对器件

的偏振要求。

该质子交换波导偏振器在衬底上采用质子交换与钛扩散相

结合的方法制作。为了得到尽可能高的偏振消光比和尽可能低的偏振插

入损耗,本文对钛扩散波导和质子交换波导的宽度,厚度和长度等尺寸

以及钛扩散波导和质子交换波导的工艺过程进行了探讨与研究。将质子

交换波导位于钛波导正中间,构成结构,从而使器件具有最小的

损耗。在偏振器尺寸上进行了理论计算和优化设计,使能量耦合和模式

耦合处于最佳状态,从而降低了器件整体的插入损耗。同时采用提高折

射率增量和扩展模式阶数来提高器件的消光比。

对制作的器件进行了消光比和插入损耗测量,其消光比大于,

偏振插入损耗小于.,这一结果对光纤通信,光纤陀螺和光传感技

术中光无源器件的应用提供了理论和实验方面的数据和资料。

关键词:光波导偏振器设计与研究消光比插入损耗,

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:Ⅱ长春理工大学硕士或博士学位论文原创性声明

本人郑重声明:所呈交的硕士或博士学位论文,《论文题

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作者签名:彗趟童塑年玉月尘醴

指导导师签名:碰速翻年办三盔第一章绪论

§.

引言

上世纪年代,随着微波、激光、半导体、薄膜光学和集成电路

与技术的迅速发展,逐渐形成了集成光学的雏形。当时有很多名称,如

“集成光路”、“光集成”、“集成光学信息处理器”等。年美

国贝尔实验室的..首先提出了“集成光学”

的概念。年,.和丸提出了在同一半导体衬底上同

时集成光器件和电子器件的构想。从那时到现在,集成光学无论在理论

与应用方面都得到了长足的发展。现在的“集成光学”已经不再是当初

把几个光学元件集成在一起的简单概念,而是一个集光学、激光、微电

子学、光电子学、通讯、薄膜技术等为一体的独立的边缘学科。随着信

息高科技时代的到来,在“集成光学”自身理论、材料、工艺、器件及

应用等诸方面飞速发展的同时,又不断地从光学、激光、微电子学、光

电子学、通讯、薄膜技术等相关学科的发展中汲取丰富的营养,使得“集

成光学”日益充满活力和生机,成为世纪诸多新兴边缘学科中一颗

耀眼的新星。

目前“集成光学”的概念涵盖广泛的内容。从集成方式上划分,可

分为光子集成和光电集成;从集成形式上划分,可分为单

片集成和混合集成。所谓单片集成,是指在半导体或光学晶体衬底上,

只经过制作工艺,把所有元件集成在一起。而混合集成,是指用不同的

制作工艺制作一部分元件以后,再装在半导体或光学晶体衬底上。从研

究内容上划分,可将其划分为导波光学和集成光路两部分。导波光学主

要研究光在波导介质中的产生、耦合,传播和损耗等物理现象和性质,

以及与之相应的光波导器件,比如光耦合器、光路分支器及合波器、光

开关、光放大器、光调制器等。集成光路主要研究如何把各种光波导器

件集成在同一衬底上,形成具有一定功能的微型光学系统,以改进和提

高这些微型光学系统的性能。目前的集成光学器件种类繁多,新器件、

新工艺层出不穷,应用也