声表面波驱动布拉格型波导声光调制器的研究

摘要

布拉格型波导声光调制器具有体积小、驱动功率低、开关速度快、设计灵活方便、便于集成等优点,在光频域反射测量、调Q光纤激光器和光通信等领域中都有很好的应用前景。
　　本论文首先对LiNbO3和LiTaO3中的波导声光互作用进行了系统的理论研究,为高效波导声光器件的设计提供了理论基础。同时,针对一种新型的波导声光调制器进行了实验研究和理论设计。论文的主要工作和创新点如下:
　　1、首次对LiNbO3中的波导声光互作用进行了系统的理论研究,分析了LiNbO3的切割方向、光波导参数、声表面波频率和传播方向、导光波波长和模式等因素对波导声光互作用的影响。研究发现在128°旋转Y切X传LiNbO3(128°YX-LiNbO3)中用200MHz的声表面波调制光场分布集中的TM模导光波时波导声光互作用的效率最高,因此128°YX-LiNbO3是波导声光调制器的最佳衬底材料之一。另外,XZ-LiNbO3拥有很大的波导声光互作用带宽且对导光波偏振状态不敏感,可以作为波导声光偏转器的衬底材料。
　　2、对AlN/128°YX-LiNbO3结构中的波导声光互作用进行了理论研究,研究发现AlN薄膜材料可以提高128°YX-LiNbO3中波导声光互作用的温度稳定性和调制速率。当导光波为光场分布分散的TM模时,AlN薄膜还可以大幅度提升波导声光互作用的效率。
　　3、提出将LiTaO3作为高功率波导声光互作用的衬底材料,从理论上研究了LiTaO3中的波导声光互作用效率,发现在X切136°旋转Y传LiTaO3(X136°Y-LiTaO3)中调制光场分布集中的TE模导光波时的效率最高。
　　4、对1.06μm的新型波导声光调制器进行了初步的实验研究,得到了6dB的插入损耗和4.3％的衍射效率。在实验研究的基础上对调制器的设计参数进行了改进。改进后的调制器在理论上的衍射效率达到82.8%,插入损耗降低到3dB。研究了不同边界条件锥形波导在调制器中的应用,其中指数凸型锥形波导的应用很好的解决了调制器尺寸和衍射效率之间的矛盾。
　　5、在理论上对1.55μm的新型波导声光调制器进行了设计,调制器的开关速率为几十ns,衍射效率为80.8%。研究了调制器在多波长同时运转下的情况,当使用质子交换光波导时,调制器在C、L和S波段的衍射效率在79.5%~80.8%之间。论文还提出了网格型、梳型和改进梳型三种N×N波导声光开关的设计思路。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光波导调制技术概述

1.3 波导声光调制器的研究意义

1.4布拉格型波导声光器件的国内外研究现状

1.5本论文的主要内容及创新点

第二章 布拉格型波导声光调制器的基本原理

2.1 声表面波

2.2 光波导

2.3 表面波声光效应

2.4 布拉格型波导声光器件的特性参数

第三章 波导声光互作用的研究

3.1 声光材料

3.2 LiNbO3中的声表面波

3.3 128°YX-LiNbO3中的波导声光互作用

3.4 AlN/128°YX-LiNbO3中的波导声光互作用

3.5 LiNbO3中的波导声光互作用

3.6 LiTaO3中的波导声光互作用

第四章 新型波导声光调制器的实验研究

4.1 新型波导声光调制器的结构

4.2 波导声光调制器的制作

4.3 叉指换能器匹配网络的设计

4.4 调制器性能的测试

4.5 总结与展望

第五章 新型波导声光调制器的设计

5.1 导光波的衍射

5.2 1.06μm新型波导声光调制器

5.3 1.55μm新型波导声光调制器

5.4 本章小结

参考文献

发表论文和科研情况说明

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