光折变非线性表面光波导光学能带与导波特性研究

摘要

近年来，光波导作为集成光学器件的基本单元，引起了国内外学者越来越多的关注。光折变表面波是在扩散机制下的光折变非线性引起的自弯曲效应，光波被约束在光折变介质表面边界狭层内，并沿着表面传播而不被散射。
　　 本文提出了“光折变非线性表面光波导(Photorefractive Surface Optical Waveguide，PR SOWG)”的概念，这种波导是由光折变表面波在光折变晶体表面诱导形成的。具体来说，就是基于非线性光诱导过程使光折变晶体从表面到体内的折射率呈现出一种周期性震荡衰减的渐变分布，即写入了波导。这种由PR SW诱导形成的波导，可以通过光电固定的方法将其固定，也可以用热擦洗的方法对其进行擦洗。
　　 对该波导而言，包层的低折射率介质已不是必要条件。导波可以在空气和晶体的交界面处进行传播，并且光强会集中于晶体表面附近的一个很窄的区域内。相对于非线性介质中由空间孤子诱导的体波导，这种波导依附于表面存在，因而更加适用于集成光学领域。PR SW可以通过外加电场及背景光强调控，从而PR SOWG的波导结构和导波的模式也可以通过外部条件方便地调控。总之，PRSOWG具有非线性、可控性、表面敏感性、可固定和擦洗等特点，将会在集成光学领域中具有重要的发展前景。
　　 本文我们理论研究了光折变非线性表面光波导的光诱导形成；该波导结构的折射率分布，即具有渐变折射率与多沟道波导相结合的特性；基于这种波导的特殊结构，我们运用转移矩阵方法数值模拟分析了此波导的导波模式、色散关系及其光学能带结构。