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《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》 2001年
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波导光栅的制备及其特性研究

马少杰  
【摘要】: 线性和非线性波导光栅是集成光学领域中研究最多的器件之一。自从集 成光学产生的初期阶段,人们就一直在不断的研制各种结构的波导光栅,并 探索它在光通信、光计算和光信息处理等方面的广泛应用。本文的目的是改 进波导光栅制备工艺、提出新的制备方法以及研究线性和非线性波导光栅器 件的新特性。 本文从麦克斯韦方程出发,推导了由于波导光栅的微扰作用引起导模同 辐射模、导模同导模之间的耦合方程以及相位匹配条件。根据线性波导的耦 合方程,定性的分析了非线性波导光栅作用引起的导模同辐射模、导模同导 模之间的非线性耦合过程。 采用干法蚀刻成功的刻蚀了槽深为1.6μm的皱折式波导光栅。实验发 现,由于离子轰击使样品表面的厚抗蚀剂光栅温度升高导致碳化,大大增加 了抗蚀性,从而获得了较深的波导光栅槽形,用制备的波导光栅获得了布拉 格衍射效率达90%;提出了单反镜制备波导光栅的改进方案,即通过调节单 反镜与样品表面间的夹角,获得非对称槽形或倾斜条纹的波导光栅。采用该 系统成功的在红敏光致聚合物薄膜中制备了倾斜条纹全息波导光栅;提出了 采用全息光栅相位掩模技术复制波导光栅的新方法,并用该方法在波导表面 制备了光致抗蚀剂波导光栅耦合器;首次将常规的面光栅复制技术应用于非 线性波导光栅耦合器的制备中。 首次制备了单个波导光栅和两个波导透镜的单片集成平面光波导器件。 从理论上设计了单片集成光波导器件的结构,并成功的制备单片集成光波导 器件。用半导体激光器测试单片集成光波导器件,观测到器件的布拉格衍射, 汉导光栅的制合及甚特快研咒 一 其衍射效率为 30%。用该器件将单根光纤中传输的双波长(632.8。m和 785.5 urn)光束成功地分离。 在非线性波导光栅的研究方面,在透射和反射结构的非线性波导光栅耦 合器上,观察到皮秒响应时间的光双稳和光限幅;首次提出并制备了非线性 有机膜聚苯胺/PMMA包覆波导光栅结构,并用该器件观察到皮秒响应时间功 率相关的非线性波导光栅布拉格衍射现象,采用该方法测量有机膜的三阶非 线性折射率同Z-扫描测试结果相符合。
【学位授予单位】:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN252

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