用于集成光学频谱分析器的铌酸锂共线声光波导研究

摘要

随着电子技术的不断发展,作为信息载体的电磁波环境的日益复杂,声光器件以小体积、大带宽、高频率分辨率、低驱动功率的特点在频谱分析领域显出其独特的优势.质子交换工艺将引起铌酸锂材料中非寻常光折射率的显著增加以及声表面波速度的大幅下降,这样就使得用质子交换工艺在铌酸锂材料上形成的波导同时对光波和声波能量起到很强的约束作用.并且,在X切质子交换铌酸锂波导中,TE模为导模,TM模为泄漏模,因而在上述波导中的共线声光作用将引起从导模到泄漏模的转换.基于上述现象,该文提出用X切质子交换铌酸锂沟道波导作为声、光波导的结构方案,并利用波导中的共线声光作用实现频谱分析.该文分析了X切质子交换铌酸锂波导的声光特性、波导中共线声光作用原理及其耦合效率,在此基础上进行了参数设计,确定了质子交换工艺条件,并以叉指换能器的输出特性以及δ函数模型为依据设计了叉指换能器的指宽、指间距以及叉指对数.以苯甲酸为交换源进行了质子交换工艺实际操作,经过多次实验,对铌酸锂波导的声光特性受质子交换工艺以及退火条件的影响有了深入了解.先后采用三种不同的X切铌酸锂材料分别进行质子交换平板、沟道波导的工艺制作,并对部分波导进行了退火,交换、退火前后分别进行相关测试,整理实验数据,分析讨论后对工艺方法提出可行的改进意见.最终制作成功质子交换铌酸锂沟道波导.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1声光频谱分析技术的国内外发展现状

1.1.1块体声光频谱分析器研究进展

1.1.2非共线声光波导频谱分析器研究进展

1.1.3共线声光波导频谱分析器研究进展

1.2课题研究的目的和意义

1.3本文的主要工作及创新

第二章声光波导频谱分析器基本原理

2.1声光作用原理

2.1.1声光互作用基本原理

2.1.2质子交换LiNbO3波导中的共线声光作用

2.1.3质子交换LiNbO3波导中共线声光模式转换效率

2.2叉指换能器工作原理

2.2.1叉指换能器的基本结构及工作原理

2.2.2叉指换能器的输出特性及相关参数

2.2.3叉指换能器的δ函数模型

2.3共线声光波导频谱分析器工作原理

第三章器件设计

3.1结构设计

3.1.1总体方案设计

3.1.2衬底设计

3.2波导设计

3.2.1质子交换条件的确定

3.2.2波导设计

3.3叉指换能器的设计

第四章工艺及制作

4.1质子交换法概述

4.2波导制作工艺

4.3叉指换能器的制作

第五章相关测试方案

5.1棱镜耦合法

5.2波导折射率及厚度的计算方法

5.3反WKB法计算波导折射率剖面轮廓

5.4沟道波导通光测试

第六章工艺问题分析及讨论

6.1工艺各环节中遇到的问题及分析

6.1.1清洗

6.1.2镀膜与光刻

6.1.3质子交换和退火

6.2改进工艺方法及更换材料后制作结果

第七章结束语

参考文献

致谢

附录A 掩膜版图

附录B 波导层厚度及折射率求解程序代码

附录C 波导层折射率分布模拟程序代码

个人简历