基于集成光学的磁光波导调制器研究及Ce:YIG薄膜制备

摘要

光调制器是光通信和光信息处理的重要元件，近年来随着高速光纤传输系统的迅速发展，迫切要求高速光波导调制器与之相适应。典型的调制器是利用电光效应的电光调制器和利用声光效应的声光调制器，但是电光调制器光吸收大，而声光调制器带宽小，磁光调制器由于缺乏好的磁光材料而很少被研究。近年来，由于掺Bi和掺Ce石榴石的研究成功为磁光调制器研究提供了广阔的前景。
　　本文首先介绍了石榴石的发展现状以及石榴材料的具体应用，介绍了钇铁石榴石结构和元素替代，并重点研究了Ce替代钇铁石榴石，指出Ce:YIG具有（1）大法拉第旋转，在相同波长、相同取代量的条件下是Bi:YIG的6倍；（2）Ce:YIG温度系数较小；（3）Ce:YIG材料成本低廉；（4）Ce:YIG易磁化方向平行于膜内取向等优点，是制作波导器件的良好材料。
　　详细介绍了磁光波导仿真计算的有限差分光束传输法(FD_BPM)的基本原理，以及边界条件的理论。并通过与文献的比较证明了仿真的正确性。
　　对模式转换磁光波导调制器进行了理论研究，并推导了模式耦合磁光波导调制器的模式转换效率，提出增大转换效率的两种途径：（1）增大材料的法拉第旋转；（2）消除相位失配。设计了以硅为衬底的用于集成光学的磁光波导调制器，对调制器的各个环节进行了设计，并为调制器设计集成的波导偏振器。通过仿真得到48％的转换效率。
　　对薄膜制作方法进行了研究，认为磁控射频溅射法是在非晶态衬底上制作Ce:YIG的比较好的方法。对制成的薄膜进行了厚度、表面形态的测试。

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第一章 引言

1.1 集成光学简介

1.2 光调制器的基本概念

1.3磁光调制器原理

1.4 磁光调制器的分类及现状

1.5调制器的质量指标

1.6 本课题的研究意义及论文结构

第二章 磁致旋光材料介绍

2.1磁光材料研究现状

2.2 磁光材料的主要应用

2.3 钇铁石榴石的研究

2.4 掺铈钇铁石榴石的研究

第三章 耦合波方程的FD_BPM算法

3.1 BPM算法概况

3.2 耦合波方程推导

第四章 波导磁光调制器的研究

4.1光波导的简明理论

4.2 磁光波导调制器研究

第五章 Ce:YIG薄膜制备

5.1石榴石制备方法介绍

5.2 射频溅射法的基本原理

5.3溅射陶瓷靶的制作

5.4基片选择及清洗

5.5 薄膜制备

5.6 样品测试

第六章 结论

致谢

参考文献