Er(3+)Yb(3+)共掺磷酸盐高增益光波导的制作技术研究

摘要

随着光通信技术的迅速发展,光通信用光波导放大器以其增益高,体积小,结构紧凑,便于集成,成本低的优势,其研究受到人们的广泛关注。本论文主要围绕Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃高性能有源光波导的制作,结合实验室现有条件进行了如下工作:从玻璃结构和离子交换出发,论述热离子交换和电场辅助离子交换形成光波导理论,并通过扩散方程研究了两种离子交换法折射率的分布特点,并在实验中得到了验证。对热离子交换和电场辅助离子交换两种方法制备波导的典型折射率分布进行数值计算,比较各自对传输光场的分布的限制情况,分析得出电场辅助离子交换制备有源光波导对光场限制更好,增益特性更高。经过反复实验,比较不同熔盐浓度和交换温度对形成波导质量的影响,优化出制备质量好的波导的熔盐配方和温度控制。本文设计了一套切实可行的电场辅助离子交换实验方案,可以比较好的完成实验。成功制备了Er3+/Yb3+共掺磷酸盐平板光波导,沟道波导和掩埋波导。通过理论分析发现,Ag膜离子交换技术可以制备出性质优良的光波导,特别适于制作有源光波导。本文设计了比较切实可行的银膜离子交换制备有源光波导的工艺过程,并作了实验上的初步探讨。

目录

摘要

Abstract

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第一章 引言

1.1 光波导放大器的国内外发展状况

1.2 有源光波导制作技术

1.3 本论文的工作

第二章 离子交换理论基础

2.1 玻璃的基本结构与离子交换

2.1.1 玻璃的基本结构

2.1.2 离子交换基础

2.1.3 稀释熔盐离子交换

2.1.4 电场辅助离子交换

2.1.5 Ag 膜电场辅助离子交换

2.2 扩散理论

2.2.1 纯热离子交换

2.2.2 电场辅助离子交换

2.3 离子交换波导折射率剖面曲线的近似处理

2.4 波导制作过程

第三章 电场辅助离子交换Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光波导的制作

3.1 磷酸盐玻璃基质中的铒/镱离子特性

3.1.1 铒离子的发光特性

3.1.2 离子间的相互作用

3.2 电场辅助离子交换实验设计

3.2.1 电极结构的设计

3.2.2 支撑结构的设计

3.2.3 引出电极的设计

3.3 电场辅助离子交换所制备波导的特点

3.3.1 电场辅助离子交换制备波导的折射率分布特点

3.3.2 不同折射率分布的波导对光场的限制作用

3.3.3 不同折射率分布的有源光波导对增益的影响

3.4 制作过程

3.4.1 基片的清洗

3.4.2 镀膜与光刻

3.4.3 离子交换

第四章 银膜离子交换

4.1 银膜离子交换基础

4.1.1 扩散方程

4.1.2 沟道波导

4.2 波导特征

4.3 银膜离子交换光波导的制备

4.3.1 电极结构

4.3.2 表面折射率及厚度

4.3.3 电荷(Ag 膜厚度)控制

4.4 银膜离子交换用于制作有源光波导

4.4.1 有源光波导的制作

4.4.2 操作步骤

第五章 光波导的测试与分析

5.1 平面光波导有效折射率(传播常数)及其分布的测定

5.1.1 平面光波导有效折射率的测定

5.1.2 平面光波导折射率分布的确定

5.2 沟道波导折射率分布的确定

5.3 Et~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光波导增益特性测试

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

附录一 平板波导表面折射率确定程序

附录二 平板波导有效折射率分布计算程序

作者简历及攻读硕士学位期间发表的论文