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基于新型聚合物材料的微环谐振器的基础研究

李林科  
【摘要】: 首先运用光波导理论和耦合模理论,建立了微环谐振器传输特性的理论模型,分析了微环谐振器传输特性和各性能指标随耦合和损耗这两个重要参数的变化关系,并讨论了等几种常见微环谐振器结构的特点,为微环谐振器的设计提供了理论依据。 介绍了微环谐振器的两种数值模拟方法—时域有限差分法(FDTD)和光束传播法(BPM),对于FDTD方法,分析了模拟时间、数值色散对模拟结果的影响,从而给出了选取时间、时间步长和格点的基本原则;对于BPM方法,讨论了其模拟微环谐振器传输特性的基本思路,并详细讨论了弯曲波导的基本特性和微环谐振器耦合效率和传输损耗的计算方法,基于讨论的结果最后得到了微环谐振器的传输特性曲线。通过比较这两种方法发现FDTD适合于小尺寸微环的模拟分析,而BPM适合于大尺寸微环的模拟分析。 对新型聚合物光子材料PPESK的成膜工艺进行了系统的研究,通过旋涂法获得了厚度均一性和折射率一致性良好的薄膜,并分析了溶剂吸水性和挥发性对薄膜质量的影响。采用棱镜耦合仪测量分析了PPESK和氟化PPESK的折射率、双折射、热光系数和光学损耗等光学特性,结果显示该材料是一种具有良好前景的聚合物光子材料。 研究了新型有机无机杂化聚合物光子材料PSQ的成膜工艺,讨论了溶剂挥发性对薄膜质量的影响,获得了质量优良的薄膜,并测量了它们的基本光学特性。重点研究了PSQ-Ls(液态PSQ)的固化工艺,通过优化固化工艺使PSQ-Ls具备了较低的光损耗,同时讨论了PSQ-Ls折射率的调控方法,结果表明PSQ-Ls是一种性能良好的聚合物光子材料。 以液态PSQ(PSQ-Ls)为波导制备材料,设计了多种掩埋型微环谐振器结构和波导测试结构,用于微环谐振器和波导基本性能的测试、设计结果和实际器件性能的对比、以及波导制备工艺的考察等,设计中对微环谐振器的波导宽度、弯曲半径、耦合长度及耦合间隙(Gap)进行了优化,以期获得最小的插入损耗及大的消光比。给出了掩模版的设计思路和设计结果,并制备出了掩模版。


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