离子交换玻璃光波导器件制备技术研究

【摘要】：采用离子交换技术在玻璃上制备集成光学器件近年来引起了研究者们的广泛兴趣。原因在于它具有一些优异的性质，包括：传输损耗低，易于掺杂高浓度的稀土离子，与光纤的光学特性匹配，耦合损耗小，环境稳定性好，易于集成，成本低廉。 本研究报告针对熔盐离子交换技术制备玻璃集成光学器件的相关理论与技术问题进行了详细讨论，并且对离子交换技术在集成光学方面的进一步发展和应用进行了深入探讨。主要包括以下四个部分。 第一部分简要介绍了离子交换光波导器件及其制备技术，并对该项技术的发展现状进行了评述。 第二部分对玻璃光波导的研究方法进行了阐述，给出了从离子交换工艺参数研究光波导特性的一系列数学模型，并对光波导的测试方法进行了讨论。这部分中作者提出了一种采用迭代法重建平板光波导折射率分布的方法，与常用的IWKB法相比，这种方法不仅具有更好的自洽性，而且具有更高的准确性。 第三部分是实验部分，叙述了作者采用离子交换工艺在BK7玻璃基片上制作1×4光功分器的制作过程以及对这种器件的测试结果。 第四部分中给出了三种新型的离子交换集成光学器件，第一种是采用离子交换法制备的半导体激光器的耦合器件；第二种是采用离子交换法制备的平面集成Bragg光栅；第三种是新型的集成光学波导光栅器件，实质上是一种用于波长解复用器的计算波导全息。 通过本项目的研究，作者认为离子交换技术在集成光学器件制作方面的研究重点应放在两个方向：其一是对光波导器件性能的进一步优化，其二是充分利用离子交换工艺的特征，开发新型的集成光学器件。