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飞秒脉冲激光光刻波导技术

作　者: 张雁
导　师: 程光华
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学
关键词: 飞秒激光光波导折射率变化狭缝光束整形波导阵列非线性折射率局域化与反局域化
分类号: TN252
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

光波导是集成光学的基本元件,在光通讯领域有着广泛地应用。传统的波导制作技术有离子交换、离子注入、刻蚀等,近年来,飞秒激光在透明材料中写入光波导技术越来越受到人们的关注。本文主要研究了应用飞秒激光在熔融石英材料中写入光波导技术,并讨论了圆形横截面波导的实现、波导类型特征以及超快激光在波导阵列中传输非线性效应等问题。论文完成的主要工作如下:1)通过对比波导写入的纵向写入和横向写入两种方式及其优缺点,针对大面积PLC制作要求,研究了用光束整形的方式来补偿横向写入方式导致的波导截面不对称性问题,在实验上采用狭缝光束整形技术制作出具有圆形横截面的波导,并通过旋转狭缝,使飞秒激光经过动态旋转狭缝在熔融石英中实现了二维弧线圆形横截面波导的制作,为实现复杂的PLC奠定了重要的基础。2)激光辐照条件的不同使得波导分为Ⅰ类波导和Ⅱ类波导,不同的激光参数都有不同类型的波导写入窗口,分析讨论了波导类型与脉冲宽度、聚焦情况与激光偏振态的相关性。阐述了波导特征参数:近场模式、远场模式、折射率分布、波导损耗等的获取方式。3)研究了飞秒光刻波导阵列中的非线性问题,飞秒激光脉冲在波导阵列中传输产生的非线性折射率导致的功率局域化和反局域化过程由波导阵列初始折射率差（△n₀）,非线性折射率差(△n_non)和最大耦合常数对应的饱和折射率差（△n_s）之间的关系决定,实验上用高重复频率飞秒激光光刻波导技术制作了波导阵列,注入低重复频率的飞秒激光,引入非线性折射率,观察到局域化和反局域化过程。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-31
  1.1 光波导的发展和制作技术研究进展  9-20
    1.1.1 光波导制作材料  10-14
    1.1.2 光波导制作工艺  14-20
  1.2 飞秒激光制作光波导的技术进展  20-27
    1.2.1 飞秒激光加工光子器件的优点与特点  21
    1.2.2 飞秒激光制作波导器件的发展现状  21-27
  1.3 本论文的主要内容和结构安排  27
  参考文献  27-31
第二章飞秒激光与透明介质相互作用及折射率变化机理  31-45
  2.1 自聚焦  31-33
  2.2 自相位调制  33-34
  2.3 非线性光电离  34-37
    2.3.1 多光子电离和隧道电离  34-36
    2.3.2 雪崩电离  36-37
  2.4 飞秒激光诱导透明材料折射率变化机理  37-41
    2.4.1 飞秒激光诱导折射率变化机理  38-40
    2.4.2 折射率变化的分布  40-41
  参考文献  41-45
第三章横向写入二维圆形横截面波导的实现  45-71
  3.1 飞秒激光写入光波导的方式  45-47
    3.2.1 纵向写入方式  45-46
    3.2.2 横向写入方式  46-47
  3.2 圆形横截面波导的实现  47-56
  3.3 波导类型和特征  56-60
  3.4 波导特征及其测试  60-66
    3.4.1 波导折射率分布测试  60-63
    3.4.2 损耗测试  63-65
    3.4.3 非线性系数测试  65-66
  参考文献  66-71
第四章飞秒激光在波导阵列中的传输的非线性效应  71-84
  4.1 波导阵列加工  71-73
  4.2 光在波导阵列中传输的线性效应  73-76
  4.3 超短激光在波导阵列中传输的非线性效应  76-81
    4.3.1 光在波导阵列中的传播方程  76-77
    4.3.2 耦合常数和波导参数的关系  77-79
    4.3.3 波导测试  79-81
  4.4 结论和意义  81-82
  参考文献  82-84
第五章总结  84-85
致谢  85-86
发表文章  86

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