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玻璃薄膜基离子交换光波导的制作与测试

何春梅  
【摘要】:集成光路是以光波导现象为基础的光电子系统,在此系统中光波导是传输信号的主要载波体,系统内部器件之间的连接主要是光纤和波导之间的连接,系统的基本元件是光波导器件。波导是由折射率高的波导层和波折射率比波导芯区低的介质组成的。光波导的实质是光在波导芯区内的全反射原理,因此,波导可将光波限制在波导层中传播。玻璃基离子交换光波导器件以其低损耗、与单模光纤良好的匹配性以及低廉的成本,在集成光学中有着无可比拟的重要性、实用性及商用价值,在光通信领域有极大的应用前景。而传统玻璃基离子交换法制作的波导端面需要精细的抛光,本文将薄膜技术和离子交换法相结合制作光波导,不仅免去了对波导端面的抛光,而且利用该技术可以很容易与目前比较成熟的硅基薄膜型有源、无源器件实现集成。 本论文首先利用磁控溅射法在Si02玻璃衬底上镀几μm厚的BK7玻璃薄膜作为基底,然后再在此基底上镀150nm的Al膜,旋涂光刻胶,光刻出波导图形,然后用腐蚀液腐蚀Al膜,在Al膜上开出窗口后,再除去抗蚀剂。把开有Al膜窗口的玻璃浸入1gAgNO3、3.8gNaNO3和15.2gKNO3混合盐熔融物中,在340℃下进行离子交换20分钟后。将交换后基底上的铝膜腐蚀掉,这样就形成了一个条形的导波腔。在一定条件下,光通过这个腔,实现由光密介质到光疏介质的全反射传播。 波导的折射率分布是光波导一个重要的特征,利用棱镜耦合原理与改进的反WKB理论,进行了BK7玻璃薄膜基离子交换平面光波导折射率分布的测定。另外,应用光纤—波导耦合测试对准系统和端面耦合技术,通过近场模式法对波导传输光斑进行分析。在此系统的基础上,在波导两端面增加两个完全相同3dB耦合器,测量了制作出的BK7玻璃薄膜基离子交换光波导的损耗。


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