基于磁光非互易效应的光波导器件研究

摘要

随着光通信技术的迅速发展，不断完善的新一代光纤通信系统带动了产业需求的不断增长，小型化、功能化、组件化是光通信器件发展的一种趋势，而基于集成光路的磁光波导器件具有非互易的特点和低成本，小体积，小损耗，高机械稳定性等优势，对当今日益发展的光通信产业等光信息处理领域具有十分重要的应用价值。 作为最基本的非互易器件--磁光隔离器是当前用途最广、研究最多的一类非互易器件。根据目前已报道的磁光波导隔离器，按其工作原理的不同主要可分为三种：(1)模式转换型，这类器件必须使用非互易和互易模式转换器，外加磁场的控制复杂，且需要TE-TM模式精确的相位匹配，制作容差小；(2)非互易损耗型(NRL)，这类器件需要与MQW材料结合，制作较复杂；(3)非互易相移(NPS)型，这类器件无须精确的相位匹配和复杂的外加磁场控制，且波导结构设计灵活，工艺制作简单，更具有实际应用价值。目前，基于NPS型磁光器件的研究侧重于传统器件的理论分析和TM模隔离器的实验，本论文的研究主要基于NPS型的磁光波导器件的分析设计和磁光波导的制作。 本论文首先对基于磁光非互易效应的波导偏振特性进行了研究，提出了一种高效的偏振无关磁光波导结构及其应用。利用有限差分法分析可知：这种偏振无关磁光波导结构对TE模和TM模可同时获得较大NPS，约2.5x10-31μm-1，可用于设计偏振无关光隔离器、光环形器等器件。其次，提出了一种结构简单而新颖的MZI型偏振无关磁光波导隔离器，这种波导隔离器巧妙地利用了推挽的非互易效应，对TE模和TM模可同时获得约2.0x10-3μm-1的NPS，且易于制作，实用性强。再次，还研究了磁光波导光栅的非互易滤波效应及其应用，利用BEAMPROP(Grating mode)软件等效模拟磁光光栅的频谱特性，得到正反向传播时，中心波长发生偏移0.8nm，此特性可应用于光隔离器、光合束器件以及光分插复用器。 本论文还探索了采用溅射方法制作磁光波导的工艺，所采用的实验流程为：溅射-退火-光刻-腐蚀-抛光-通光实验。通过比较不同实验条件下的磁光薄膜表面状态，选择较适当的条件为：溅射气压为0.5pa，溅射功率为100W，腐蚀液为H2O/HCl(35.5％)=1/1。研制的样品已观察到了明显的磁光平板波导现象。另外，本文还对采用键合制作磁光波导的实验方案进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2磁光波导器件的产生与研究现状

1.2.1磁光波导隔离器

1.2.2磁光波导环形器

1.2.3磁光波导传感器

1.3磁光波导器件未来的发展方向

1.4本论文主要研究内容与研究意义

参考文献：

第二章磁光材料与磁光效应

2.1磁光材料

2.1.1钇铁石榴石

2.1.2稀磁半导体

2.1.3磁光玻璃

2.2磁光效应

2.2.1法拉第效应

2.2.2磁光克尔效应

2.2.3磁致线双折射效应

2.2.4塞曼效应

参考文献：

第三章偏振无关磁光波导隔离器

3.1单层磁光介质TE模磁光波导隔离器

3.1.1结构设计与原理分析

3.1.2工艺制作方案

3.2单层磁光介质偏振无关磁光波导隔离器

3.2.1结构设计与原理分析

3.2.2工艺制作方案

3.3畴壁型偏振无关磁光波导结构

3.3.1结构设计与原理分析

3.3.2几种结构的比较

3.3.3多模结构的分析

3.3.4工艺制作方案

参考文献：

第四章非互易磁光波导光栅

4.1磁光波导光栅结构的设计

4.2非互易特性的模拟与分析

4.2.1正向传输特性

4.2.2反向传输特性

4.3非互易光栅的应用举例

4.3.1波长选择隔离器

4.3.2非互易光分插复用器

参考文献：

第五章磁光波导的制作

5.1传统的制作工艺流程

5.1.1溅射

5.1.2退火

5.1.3光刻

5.1.4腐蚀

5.1.5抛光及通光

5.1.6测试与分析

5.2其他工艺制作流程

参考文献：

第六章总结与展望

致谢

附录：攻读硕士期间的研究成果