基于磁光薄膜波导的集成光隔离器的研究

【摘要】： 光隔离器是一种非常重要的非互易无源器件,它能消除光通信系统中反射光对激光光源、光放大器等有源器件的影响。 目前商用中的隔离器都是块状型的分立器件,但随着集成光路的发展,对集成型光隔离器的需求日益迫切。虽然人们在上世纪七十年代就开始着手研制集成型光隔离器,但由于其设计及制备技术的复杂性,导致其目前的研制仍处于实验室阶段,如何将其实用化,是当前研究的一个热点。模变换型隔离器是集成磁光隔离器设计中的模型之一。随着对非对称波导用作互易模变换器的深入研究,模变换型隔离器模型又成为人们研究的热点。因此,文中就选择了模变换型集成磁光隔离器模型为研究对象,这种模型要求TE-TM在互易及非互易模变换器中各转化50%。主要的研究工作及创新性如下: 首先根据电磁波理论,从麦克斯韦方程组出发,推导了光波在磁光介质及磁光波导中传输的基本结果,得出了法拉第磁光效应非互易的原因,同时推出了设计模变换器的耦合波方程。求解耦合波方程的基本方法是有限差分光束传输法,计算程序是用MATLAB编写的。 其次是对基于硅基材料的集成磁光隔离器进行了设计和仿真。在此过程中,推导出了用45°互易模变换器与45°非互易模变换器构成磁光隔离器时两者须满足的相位依赖关系,这种关系使互易模变换器与非互易模变换器连接后能发生设计中所需要的模式转化。利用这个结果文中设计了几种不同结构的隔离器,用三维全矢量FDBPM对其进行优化后,获得了较好的仿真结果。 在二氧化硅基片上用射频磁控溅射法制备Ce:YIG薄膜,也是论文的一部分工作。在实验中,初步探索了射频磁控溅射法的工艺过程,详细讨论了基片温度、溅射气氛、溅射功率密度及靶基距等溅射参数对薄膜结构的影响。通过调整这些参数,可以得到膜厚均匀性较好的非晶态薄膜。