基于飞秒激光的铌酸锂波导及周期性光栅的设计

摘要

由于波导光栅易大规模集成与生产，可实现实时调谐，近年来受到广泛关注。波导光栅在材料选择上具有多样性和多功能性。利用铌酸锂（LiNbO3）等无机晶体材料制备的波导光栅，其调谐速率更快。波导的制备方法主要有钛扩散、质子交换以及飞秒激光刻写等，其中，飞秒激光刻写由于其高效快速、精确度高、损伤阈值低等优势受到越来越多的关注。而短周期的Bragg波导光栅由于其周期较小，制备工艺更加复杂也更具挑战性。
　　本文以X切LiNbO3晶体为基底，对飞秒激光刻写LiNbO3波导进行实验研究。并结合转移矩阵理论以及LiNbO3晶体的电光效应，设计了一次性制备的双边调制Bragg波导光栅，并在双边调制的基础上设计了外加电极结构的可调谐Bragg波导光栅和可调谐啁啾Bragg波导光栅。具体工作内容如下：
　　第一，对LiNbO3晶体进行了简单介绍，包括其折射率椭球、电光效应和光折变效应，详细介绍了飞秒激光刻写的LiNbO3理论基础，对周期性波导光栅的理论模型进行具体的推导和分析。为后续的研究做好理论铺垫。
　　第二，对飞秒激光刻写LiNbO3波导进行初步的实验研究，分析激光功率以及激光辐照时间影响LiNbO3烧蚀点的作用机理。
　　第三，设计一种一次性制备的双边调制Bragg波导光栅结构，该结构通过周期性改变波导的宽度实现空间调制的波导光栅。并通过数值模拟分析该结构的波导光栅反射谱特性与波导宽度、波导宽度差、光栅占空比及波导变化的形状的关系。
　　第四，在双边调制Bragg波导光栅的基础上，设计了外加电极结构的Bragg波导光栅，通过改变电极结构可实现可调谐Bragg波导光栅和可调谐啁啾Bragg波导光栅，并理论分析两种结构的反射谱特性。

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第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2铌酸锂波导的研究现状

1.3铌酸锂波导光栅的研究现状

1.4本课题的研究目的及各章节安排

1.5本文创新点

第二章 飞秒激光刻写铌酸锂波导及周期性光栅的理论基础

2.1铌酸锂晶体简介

2.2飞秒激光刻写铌酸锂波导的理论分析

2.3周期性波导光栅的理论分析

2.4本章小结

第三章 飞秒激光器刻写铌酸锂波导的实验研究

3.1飞秒激光刻写技术

3.2飞秒激光刻写铌酸锂晶体的装置及流程

3.3飞秒激光刻写铌酸锂晶体的实验结果

3.4本章小结

第四章 双边调制Bragg波导光栅的设计

4.1双边调制Bragg波导光栅的结构设计模型

4.2双边调制Bragg波导光栅的性能分析

4.3本章小结

第五章 外加电极结构的Bragg波导光栅的设计

5.1可调谐Bragg波导光栅的设计

5.2可调谐啁啾Bragg波导光栅的设计

5.3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