面向光集成的光波导材料制备与参数测量方法研究

【摘要】：集成光波导器件作为光通信中最重要的基础性部件之一,随着光通信技术的飞速发展,受到人们越来越多的重视,而集成光波导材料是器件的基础,其光学性能很大程度上决定了器件性能。新型电磁材料—负折射率介质的出现又为集成光波导器件中的突破提供了重要的途径。负折射率介质是当前光学与材料领域中热门新型人工电磁介质,虽然目前在可见光波段还没有制作出来,但是由于其在光波段具有非常重要的潜在应用价值,近年来引起了越来越多科研人员的兴趣。 本论文以集成光波导材料为研究对象,重点研究了集成光波导材料的参数测量方法及制备技术,主要作了如下工作: 1.棱镜耦合法和泄漏波导法的理论基础方面研究了倏逝波和光学隧道效应,棱镜耦合法和泄漏波导法的测量理论依据是平板波导模式理论,波导模式理论方面重点研究了含有正负折射率介质多层平板波导中的转移矩阵法,第一次推导出了适用于正负折射率介质材料的转移矩阵,以此分析了多层平板波导的模式色散特性;模拟理论方面重点研究了传输矩阵法,从严格电磁理论推导出同时适用于正负折射率介质材料的传输矩阵; 2.对于集成光波导材料参数测量方法,着重研究了棱镜耦合法和泄漏波导法,给出了一般棱镜耦合法和泄漏波导法的理论误差分析,从测量理论上提出了改进方法,首次建立了棱镜耦合法和泄漏波导法的精确测量模型,用传输矩阵法从理论上进行了模拟论证,进而从实验上论证了改进方法的精确性,并利用改进的棱镜耦合法和泄漏波导法分别对甩胶法和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制作的薄膜进行了参数测量; 3.对于假定在光频波段制作出来的负折射率介质材料,第一次从理论上研究了测量负折射率介质材料参数的棱镜耦合法,研究了测量原理,给出了测量装置、测量模型和参数计算方法,并且用传输矩阵法从理论上进行了模拟论证: 4.集成光波导材料制备方面重点研究了二氧化硅光波导的等离子体增强化学