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铜离子交换玻璃平面波导及其特性研究

何新  
【摘要】: 本论文主要研究了利用熔盐热离子交换法制备的铜离子交换玻璃平面波导折射率分布和发光特性以及金属铜膜电场辅助扩散法制备的铜离子交换玻璃平面波导的折射率情况。简单介绍了离子交换技术及其发展现状,较为详细的阐述了离子交换玻璃波导折射率变化的机理和常用的测量及表征技术。 首先,用Cu离子交换技术制备了Soda-lime玻璃平面光波导。通过棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,并用反WKB方法拟合得到了平面波导的折射率分布。研究发现离子交换时间和温度两个可控的制备参数对所制备的玻璃平面波导特性有较大影响。随着离子交换时间和温度的增加,波导的模式数和波导深度并非随之单调增加,波导模式数随着离子交换时间的增加先增加而后减小。而适当的离子交换时间可以使所制备的波导具有最大的模式数和波导深度,而且在该条件下增加离子交换温度可以提高铜离子交换波导的蓝-绿发光强度,宽带发光中心波长在520nm附近,发光强度取决于样品中Cu+浓度的高低以及Cu2+的影响。 之后,用金属铜膜电场辅助扩散法制备了Soda-lime玻璃平面光波导。同样通过棱镜耦合技术测得玻璃在不同时间下所得到的波导模式数量和有效折射率,通过和熔盐热离子交换法的对比,我们发现金属铜膜电场辅助扩散法制备铜离子平面波导需要的时间较长,这样使得时间这一参数很好控制,减小了误差;同时温度比较低,使得操作时温度变化不大,误差较小,比熔盐热离子交换法的时间和温度这两个参数更加准确。通过吸收光谱可以看到玻璃中只含有一价Cu+,但是未发现蓝绿发光特性,这点与熔盐热离子交换法有很大的不同,这种现象产生的原因还有待研究。


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