基于铌酸锂的长周期波导光栅与可调谐滤波器的实验研究

摘要

随着光纤通信和光纤到户的发展以及数字化、信息化社会的来临，人们对光电子器件也提出了更高的要求，如可调谐滤波器、可调谐色散补偿器、可控的光任意波形发生器等。这些器件的关键技术在于能够对其光谱响应进行动态调谐。研究低成本、小型化、光谱响应可动态调谐功能的器件，对未来光通信向高速、大容量和智能化方向发展起着关键作用。 光栅作为一种常用的光滤波器，其光谱响应特性是由其本身的材料性质及折射率分布决定的。理论上，通过改变光栅的折射率调制的幅度、周期和相位的分布，可以产生不同滤波特性（方形顶部、陡峭边、低旁瓣、平坦色散）的光谱响应。以铌酸锂晶体为基底制作的波导光栅，因其较大的电光系数，调谐速度快，热稳定性好，成本低廉等优势，故得到了广泛研究及应用。因此，探索和研究基于铌酸锂波导光栅的可调谐光滤波器，将具有重要的理论意义和实用价值。本文的主要工作如下： 1、提出一种长周期波导光栅制备方法，该方法利用图案化的长周期光栅振幅掩膜板，结合光刻和退火质子交换波导制备工艺，在x切铌酸锂基底上制备长周期波导光栅。仿真分析了长周期波导光栅的光栅长度、波导宽度差和光栅周期对其光谱特性的影响。设计了长周期波导光栅的振幅掩膜板，阐述了APE工艺制备波导及波导光栅的流程，制备出实验用波导及长周期波导光栅，并进行了光谱测量。 2、以均匀相移长周期光栅为基础，利用铌酸锂晶体的电光效应，设计并制备出电压调谐的波导光栅滤波器。在利用APE工艺制备的长周期波导光栅样品上，利用溅射法在长周期波导光栅两侧溅射金电极，通过改变施加电场的大小，实现了滤波器对波长、幅度以及透射率的调谐。 3、分析了级联长周期波导光栅的干涉光谱特性，提出利用铌酸锂晶体的电光效应，实现可调谐梳状滤波器的设想。根据铌酸锂晶体的光折变效应，利用振幅掩模版在钛扩散铌酸锂波导上进行了长周期波导光栅光刻实验制备，得到了初步实验结果。

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第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2铌酸锂波导及波导光栅的研究现状

1.2.1 铌酸锂波导的研究现状

1.2.2 铌酸锂波导光栅的研究现状

1.3铌酸锂波导光栅滤波器的研究现状

1.4主要研究内容及各章节安排

1.4.1 本文主要内容

1.4.2 各章节安排

1.5本文的主要创新点

第二章 铌酸锂晶体及波导光栅理论分析

2.1铌酸锂晶体概述

2.1.1 铌酸锂晶体结构

2.1.2 铌酸锂晶体的电光效应

2.1.3 铌酸锂晶体的光折变效应

2.2铌酸锂条形波导的理论分析

2.3波导光栅的耦合模理论

2.4本章小结

第三章 APE长周期铌酸锂波导光栅研究

3.1APE长周期波导光栅结构及理论分析

3.1.1 长周期波导光栅结构及理论分析

3.1.2 APE长周期波导光栅仿真分析

3.2APE长周期波导光栅实验研究

3.2.1 APE原理

3.2.2 APE波导光栅掩膜板设计

3.2.3 APE长周期波导及波导光栅的制备

3.3实验结果与讨论

3.3.1 APE波导的光特性测量与分析

3.3.2 APE长周期波导光栅光谱测量与分析

3.4本章小结

第四章 APE长周期波导光栅的可调谐滤波器研究

4.1APE长周期波导光栅可调谐滤波器结构及理论分析

4.1.1 长周期波导光栅的传输矩阵法

4.1.2 可调谐滤波器结构与仿真分析

4.2APE长周期波导光栅可调谐滤波器实验研究

4.2.1 可调谐滤波器掩膜板设计

4.2.2 可调谐滤波器制备

4.3 APE长周期波导光栅可调谐滤波器实验结果与讨论

4.4本章小结

第五章 光折变铌酸锂长周期波导光栅可调谐滤波器研究

5.1级联长周期波导光栅理论

5.2光折变LiNbO3波导光栅梳状滤波器设计

5.3光折变LiNbO3波导光栅梳状滤波器实验研究

5.3.1 光折变长周期波导光栅制备方法

5.3.2 光折变长周期波导光栅滤波器的实验设计与结果分析

5.3.3 梳状滤波器的实验设计与结果分析

5.4本章小结

第六章 工作总结与展望

6.1工作总结

6.2前景展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢