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光折变波导阵列的结构光写入方法研究

张鹏  
【摘要】: 新千年伊始,人类社会已步入高速传输数据、语音、影像等信息的多媒体因特网时代。作为因特网发展基石的微处理器速度以及通信带宽正以Moore定律飞速发展,光通信系统中关键光电子器件的传统制造技术受到极大挑战。目前市场上还没有低成本的集成光学器件,因此人们必须寻求新的制作技术以适应发展的需求。近年来光辐照法被认为是一种直接、快速、低成本、高效益的集成光波导器件制作技术,备受关注。 本文主要研究利用不同的结构光在光折变晶体中写入各种波导结构的方法。所开展的工作以及得到的结论如下:①从光折变动力学方程组出发对光折变晶体中光致折射率变化进行了理论分析,并建立了由写入光的强度分布得到光致折射率变化分布的数值模拟方法。②在功率密度为毫瓦量级的连续激光辐照下,对LiNbO_3:Fe晶体中的光致折射率变化规律进行了详细的实验研究,并对实验结果进行了理论分析及数值模拟。结果表明:利用不同的结构光辐照LiNbO_3:Fe晶体可以在其中有效的写入波导结构。③对利用柱透镜和光学二元掩模板形成的结构光在光折变晶体中写入平面光波导、Y型光波导以及通道光波导的方法进行了详细的实验研究。并首次提出了利用空间光调制器制作光学掩模板,在光折变晶体中写入具有各种形状以及不同折射率分布的波导乃至整个集成光路的方法。研究结果表明:仅利用SLM形成的结构光辐照可以在薄片晶体或薄膜材料中写入高质量的波导器件。④从理论和实验两个方面对利用双光束和四光束干涉形成的光场在SBN:Cr、LiNbO_3:Fe和KNSBN:Ce晶体中写入平面波导阵列和通道波导阵列的方法进行了详细的研究。并提出了利用一个双光束干涉场以不同的角度两次辐照晶体,在光折变晶体中写入不同通道波导阵列结构的方法。研究结果表明:采用合适的光场强度分布以及合适的外加电场可以在不同光折变晶体中写入平面波导阵列和通道波导阵列。⑤基于马赫-曾德干涉仪光路研究了利用切片干涉法测量光折变晶体中光致折射率变化的方法,并首次提出了利用数字全息术对光折变晶体中光致折射率变化进行可视化的方法。此外,成功地利用上述方法对光写入波导结构的折射率分布进行了测量。 利用不同的结构光辐照光折变晶体,可以制作具有不同结构的光波导以及光波导阵列。这种方法对仪器条件要求很低,而且随着电/热固定以及光/热擦洗等技术的不断成熟,既可以得到永久的波导结构,也可以得到瞬时的波导结构。因此光折变晶体中结构光写入的波导器件可以被用于现有的光通信系统,并且有望被用于动态光互连以及光学神经网络系统。


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