掺铁铌酸锂晶体中光写入三维波导的实验研究

摘要

光波导作为集成光学系统的基本元件，在光通信、光互连和光学信息处理方面具有广泛的应用。制作光波导的方法有多种，其中传统的制作工艺，如质子交换、离子注入、刻蚀等，存在工艺繁杂、制作周期长、成本高等缺点，而且难于实现在材料体内制作波导结构。近年来，光写入技术被认为是一种直接、快速、低成本、高效益的三维波导制备技术，引起广泛关注。本文主要研究利用会聚激光扫描、结构光辐照以及空间光孤子技术在掺铁铌酸锂(LiNbO3：Fe)晶体中写入三维波导的方法。所完成的主要工作如下： (1)通过求解光折变动力学方程组，对会聚激光束沿不同方向扫描LiNbO3晶体写入波导结构时的最佳曝光间距进行了详细的理论分析及数值模拟，并在LiNbO3：Fe晶体中进行了实验验证。利用532nm的会聚激光束扫描LiNbO3：Fe晶体，采用最佳曝光间距曝光，制作了弯曲型和Y型分叉光波导，并进行了初步的导光测试。 (2)在LiNbO3晶体中对光诱导任意折射率变化分布进行了详细的理论分析和实验研究。推导了一维情况下光致折射率变化分布与写入光强度分布之间的解析关系式；通过数值模拟得出了与二维折射率变化分布(如高斯分布、平方律分布或环形分布)对应的写入光束的强度分布。分别对上述两种情况在LiNbO3：Fe晶体中进行了实验验证。 (3)利用结构光辐照技术并采用自制的掩模板在LiNbO3：Fe晶体中写入了2×2分叉型光波导；利用空间光调制器作为光学掩模板，在体块LiNbO3：Fe晶体中写入了马赫-曾德型光波导。 (4)分析了两种类型(即相位型和振幅型)的扰动对均匀入射光束的调制效果。利用上述两种扰动引起的光强调制，对相干暗光伏孤子诱导平面光波导、Y型分叉光波导进行了理论分析及数值模拟，并在LiNbO3：Fe晶体中得到了实验验证。同时利用非相干暗光伏孤子在LiNbO3：Fe晶体中写入了平面光波导、Y型分叉光波导。最后利用一维非相干暗光伏孤子通过两次正交曝光在块状LiNbO3：Fe晶体中写入了通道波导，并对其进行了初步的导光测试。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章理论基础

第3章会聚激光扫描技术

第4章结构光辐照技术

第5章光折变空间孤子技术

第6章总结与展望

参考文献

硕士期间发表和完成的学术论文

致谢

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