基于离子交换的玻璃基2×N光功率分配器的研究

摘要

离子交换是一种传统有效的玻璃基平面光波导制作技术。采用离子交换技术制备的器件具有制作成本低廉，传输损耗低，易于掺杂高浓度的稀土离子，与光纤匹配度高，玻璃基片应力小、环境稳定性好，以及容易在系统中集成等优点，适合于大批量、低成本集成光学器件的制作。传统的Ag+/Na+离子交换技术已经得到了人们广泛的研究，成功应用于多种器件的研制与开发，如波分复用器、光功率分束器、光放大器、激光器及光传感器等，并广泛应用于光通信与光传感领域。其中，离子交换技术应用比较成熟是在以1×N光功率分配器为代表的无源集成光学器件方面。光功率分配器是一种大量应用于无源光网络的基础器件，器件性能关重要，它的性能指标主要有插入损耗、均匀性、波长依赖性和偏振相关损耗等。
　　 为满足2×N光功率分配器的制作和应用的需求，本论文首先对宽带集成化2×23dB耦合器进行了深入的理论和实验研究。采用3D-BPM的方法，对传统的非对称X结进行了模拟改进，设计了低插入损耗且具有较宽工作带宽的2×23dB耦合器。采用Ag+/Na+离子交换技术在玻璃基上成功制作了非对称X结结构的宽带2×23dB耦合器。通过对工作波长在1260～1360nm和1460～1600nm两个波段宽带光源的光谱测试，得到在宽带范围内小于4.0dB的插入损耗，且光谱谱线相对平坦，波长依赖性较小，均匀性小于0.5dB。在此基础上，还进行了2×N光功率分配器的初步的仿真设计，仿真结果良好，为将来进一步进行它们在工艺上的制作打好基础。
　　 结果表明，采用这种非对称X结并结合离子交换工艺，可以在玻璃基上制作出宽带的2×23dB耦合器，为进一步优化器件性能，研制成功像2×N光功率分配器等具有应用价值的器件奠定了基础。