聚合物波导传输损耗与电光系数的测量

摘要

集成光波导器件是光通信系统中重要的基础性部件之一。近年来，有机聚合物作为制作光波导器件的新型材料，由于具有易集成、响应快速、非线性（电光）系数大、成本低廉等优点成为研究的热点。在有机聚合物薄膜材料的器件化研究中，建立材料宏观特性的研究手段，取得传输损耗、折射率、电光系数等参数的准确数据，将为相关器件的设计提供可靠依据。本文出于这种考虑，尝试对聚合物光波导的传输损耗、电光系数等参数进行快速、精确、无损的测量。
　　本文首先介绍了有机聚合物光电子器件的发展，分析对比了国内外常用的测量波导传输损耗与电光系数的方法。其次研究了电光聚合物平板波导的制备与极化工艺，对实验过程中材料的选择和出现的问题进行了分析和讨论，制备出极化聚合物平板波导。采用数值方法求解平板波导的本征方程，结合棱镜耦合法，计算出波导芯层的有效折射率。
　　在对传输损耗的测量中，本文针对传统棱镜耦合法在实验操作与测量精度方面的不足，研究Cha-Chi Teng提出的精细测量方案－液体耦合法，设计搭建了光机电一体的波导损耗测量系统。该方法利用折射率高于波导芯层的液体取代棱镜将光线耦合出波导，通过改变波导插入匹配液的深度，获得波导传输线上各点的光强。测量系统以 He-Ne激光器为光源，采用双光路，消除了由于光强不稳定引入的误差。利用TLC2543芯片开发了高精度数据采集卡，进行双通道光信号连续、同步的采集，并设计了PC机与单片机实时串行通信的数据处理程序，实现了对聚合物波导传输损耗的实时测量，绘出损耗曲线。实验结果表明，系统整体设计合理、性能可靠，实现了预期的设计目标。
　　电光聚合物极化后的电光系数是聚合物波导的重要参数。本文详细分析了电光聚合物的电光效应，对简单反射法测量聚合物宏观线性电光系数,给出全面的理论处理结果。设计搭建了测量聚合物薄膜电光系数的装置结构，为进一步研究有机聚合物光波导器件创造了条件。

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第一章 引言

1.1 集成光波导材料概述

1.2 聚合物波导器件的发展和现状

1.3 国内外测量方法概述

1.4 本论文的主要工作

第二章 聚合物波导制作工艺

2.1 聚合物薄膜的制备

2.2 聚合物薄膜的极化

第三章 聚合物光波导折射率的测量

3.1二维均匀波导的数值分析法[31－33]

3.2棱镜－薄膜耦合器原理

3.3测量系统

3.4测量结果

第四章 聚合物波导传输损耗测量

4.1实验原理[35]

4.2实验系统基本结构

4.3光信号拾取单元的设计

4.4步进电机驱动单元的设计

4.5数据采集单元的设计

4.6实时显示单元的设计

4.7测量结果

4.8实验总结

第五章 聚合物薄膜电光系数测量

5.1电光聚合物材料特性[44]

5.2 聚合物的电光效应

5.3 光在电光聚合物中的干涉

5.4 基于简单反射法的电光系数的测量

第六章 结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果