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热离子交换光波导的制备和研究

罗薇  
【摘要】: 光波导作为集成光学器件的基础得到了广泛的应用和研究。离子交换是制备光波导的重要方法。其具有工艺简单、制备光波导损耗低、重复性好等优点。本文主要制备了基于K9玻璃和N31玻璃的平面光波导。本文主要内容包括以下几个方面: 首先介绍了离子交换的基本理论,分析了离子交换机制下Ag+浓度扩散方程和折射率改变的原因。并且计算了平面波导一维扩散方程。然后介绍了测量波导有效折射率和折射率分布的方法。用棱镜耦合法测量有效折射率,用WKB法计算波导的折射率分布和其他参数。 其次本文研究了基于K9玻璃和N31玻璃的离子交换工艺。在前人的基础上,通过大量的实验讨论了Ag+浓度、交换时间和交换温度对制备波导的性能的影响。并且得到波导性能和工艺参数的关系。Ag+浓度主要影响光波导的表面折射率和扩散深度,而交换温度和扩散时间主要与光波导的扩散深度相关。可以通过改变Ag+浓度、交换温度、扩散时间等工艺因素来制作特定表面折射率和扩散深度的光波导。 最后用MATLAB编程计算出折射率分布和其他参数,并通过紫外-可见光光度计测量波导的吸收光谱,从而分析波导中Ag+浓度大小。结果表明,当工艺为Ag+%(mol)=3%,T=350℃和t=3h时,吸收光谱基本不变,Ag+含量基本稳定。


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