铒镱共掺磷酸盐玻璃波导激光器的设计和波导制作的研究

摘要

本文首先论述了铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导激光器的发展概况,阐述了铒镱共掺磷酸盐玻璃以及铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导激光器的特点和在光通信技术中的应用,简要介绍了制作光波导的几种方法。接下来主要从三个方面对本毕业设计的主要工作进行了详细的论述,并通过理论计算、数值模拟及实验验证得到了一些相关的结论。用二维线性有限元法对均匀掺杂的矩形介质光波导进行了数值计算,分析出了矩形介质光波导中的模式分布求出了其相应的传播常数,做出了不同长宽比的矩形介质光波导的色散曲线,计算了矩形介质光波导横截面内的归一化光场分布。对铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导激光器的理论进行了介绍和分析,在忽略放大自发辐射、考虑损耗的情况下,用龙格-库塔(RK)算法对连续运行激光器的稳态速率方程和传输方程进行了求解;分析了波导内信号光和泵浦光的功率传输特性和不同的铒镱离子掺杂浓度比对激光器功率输出特性的影响,得出了当用980nm波长的光进行泵浦,镱离子和铒离子的掺杂浓度比率在8.5～25之间时,激光器的输出功率和斜率效率较高;优化了波导长度和激光器耦合输出镜的反射率。在实验室允许的条件下,采用离子交换法对铒镱共掺磷酸盐玻璃、K9玻璃和载波片玻璃平板波导和沟道波导进行了制作,并提出了两种清洗玻璃基片的方法,取得了较好的清洗效果。利用m线技术得到了632.8nm波长的激光在离子交换平板波导中传播的模折射率。由实验得到的数据,用WKB方法求出了离子交换平板波导中折射率的轮廓。并测试了632.8nm波长的光通过离子交换沟道波导后的近场图。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导激光器的发展

1.2 基质材料的选择

1.3 光波导的制作技术

1.4 铒镱共掺磷酸盐光波导激光器的特点

1.5 本论文的工作

1.6 本论文的章节安排

第二章 矩形介质光波导的有限元分析

2.1 二维有限元方法

2.1.1 区域离散

2.1.2 线性插值函数

2.1.3 里兹方法的计算公式

2.2 矩形介质光波导的有限元分析

2.2.1 单元矩阵方程

2.2.2 矩形介质光波导的模式分析

第三章 铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导激光器的理论分析和设计

3.1 光波导激光器的基本结构与工作原理

3.1.1 光波导激光器的基本结构

3.1.2 光波导激光器的工作原理

3.2 光与原子的相互作用

3.2.1 自发辐射、受激吸收和受激辐射

3.2.2 泵浦与粒子数反转

3.3 影响铒镱共掺磷酸盐光波导激光器性能的主要因素

3.3.1 能量上转换

3.3.2 铒离子的浓度淬灭

3.3.3 能量的损耗

3.4 铒镱共掺磷酸盐光波导激光器的理论分析

3.4.1 铒镱共掺磷酸盐玻璃波导激光器速率方程的分析

3.4.2 铒镱共掺磷酸盐玻璃波导激光器传输方程的分析

3.4.3 归一化光强的计算

3.5 铒镱共掺波导激光器的数值计算及其讨论

3.6 铒镱共掺磷酸盐玻璃波导激光器的设计

3.6.1 泵浦方式的选择

3.6.2 谐振腔反射镜的选择

3.6.3 耦合方式的选择

3.6.4 激光器结构的设计

第四章 光波导的制作

4.1 铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作

4.1.1 离子交换的原理

4.1.2 铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作

4.2 铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的参数测试

4.2.1 平面波导折射率和厚度的测定

4.2.2 沟道波导近场模斑测试

第五章 结论

参考文献

研究生期间发表论文

致谢

附录

附录一四阶龙格-库塔法

附录二 反WKB 法计算折射率分布程序

个人简历