电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制备与优化

电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制备与优化

一、电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制作与优化(论文文献综述)

朱嘉熙[1](2020)在《玻璃中热致组分离子迁移行为及其对性能的影响》文中研究指明温度触发的离子迁移是固体中常见且重要的物理化学过程和现象,在光功能器件如高功率激光放大和高功率激光显示器件中也可能存在这种现象。在高功率激光泵浦下,器件短时间积累的热量会造成发光晶体或玻璃光纤的温度快速升高,进而造成光功能材料微结构变化,甚至还会导致材料热断裂。材料在断裂之前可能存在热致离子迁移过程,该过程与点缺陷的形成及其无规则布朗运动相关。因此,深入研究光功能材料中热致组分离子迁移行为,不仅可以从机理上认识离子迁移导致玻璃微观结构变化与性质之间的关系,而且在实时监测光功能材料/器件性能和预警材料损伤方面具有重要的技术参考意义。然而目前现有的材料表征手段并不能满足原位无损的测试/表征要求。本论文基于本科研团队在Yb3+-Er3+上转换发光响应氧离子导体中热致氧离子迁移的前期研究基础之上,在钠钙硅酸盐光学玻璃研究Yb3+-Er3+上转换发光对热致Na+离子迁移行为的响应规律,并计算离子跳跃距离、分析玻璃结构变化和利用发光理论理解离子迁移与发光变化的关系。进一步尝试在作为光纤激光器增益介质的多组分磷酸盐激光玻璃内进行相关研究,利用稀土发光和热学数据探讨热致离子迁移行为及其对性能的影响。主要内容和研究成果如下:(1)采用传统的熔融淬冷法制备出Yb3+-Er3+共掺钠钙硅酸盐玻璃样品,利用离子交换反应制备K+离子交换玻璃作为参照对比物。综合变温上转换光谱、EPMA、变温交流阻抗谱以及固体核磁共振谱等表征结果,证明了玻璃样品于~150°C范围内发生Na+离子迁移;利用经典离子扩散模型来描述离子跃迁过程并计算出Na+离子跳跃距离d~1.8?,分析了Er3+周围化学环境变化;利用速率方程来理解玻璃处于离子平衡振动状态(静态,状态I)和离子迁移状态(动态,状态II)之间的上转换红绿发光能级布居数的变化;总结了现有文献中Yb3+-Er3+上转换发光响应不同材料体系阴/阳离子迁移的敏感程度与相应光学测温灵敏度的关系。(2)进一步研究Yb3+-Er3+共掺的磷酸盐激光玻璃中热致组分K+离子的迁移行为。其上转换发光光谱中,红绿发光峰积分强度比值的对数与绝对温度的倒数(Ln~1/T)图在~250°C出现转折点;EPMA数据表明飞秒激光辐照下此玻璃中K+离子最容易发生迁移;Na+离子交换后的玻璃其EPMA结果表明在高于~250°C热处理条件下K+与Na+离子相互扩散的现象显着。这表明了玻璃在该折点温度范围内发生了热致组分离子迁移。通过热成像技术分析玻璃的温度变化信息,结果表明稀土发光光谱、材料热性质与热致离子迁移行为相互关联。参照以上结果,探索了具有相同玻璃基质组成的单掺Yb3+磷酸盐激光玻璃中热致离子迁移与Yb3+发光响应和热响应行为,说明综合应用稀土发光、热性质可探测玻璃组分离子的热致迁移过程。

蒋建光[2](2020)在《玻璃基模斑转换器的研究》文中提出由于光纤与SOI(Silicon-on-insulator)波导之间存在巨大的模场失配,二者直接进行端面耦合时的损耗非常高,需要通过模斑转换器(SSC,Spot Size Converters)来减小模场失配,从而降低耦合损耗。迄今研究者们提出了各种结构的硅基模斑转换器,包括:三维锥形模斑转换器、双层锥形模斑转换器、倒锥形模斑转换器和梯度折射率透镜型模斑转换器等,并且在离子交换玻璃基模斑转换器方面也进行了一些研究。玻璃基模斑转换器采用玻璃基离子交换光波导技术制作,具有工艺简单、成本低的独特优势。本论文针对玻璃基模斑转换器进行研究,主要内容如下:1.玻璃基离子交换过程的模拟:从通用的扩散方程出发,采用时域有限差分法(FDTD,Finite Difference Time Domain Method)对热离子交换、反交换和电场辅助离子迁移过程进行了模拟,求解波导的离子浓度分布和折射率分布,并采用RSoft仿真了离子交换窗口宽度和扩散深度对波导模场尺寸的影响。2.玻璃基表面型模斑转换器的设计、制备及表征:通过玻璃基离子交换光波导技术,设计和制备了不同尺寸的玻璃基表面型模斑转换器。测试结果显示玻璃基表面型模斑转换器引入的模斑转换损耗均在1.0d B以下。3.玻璃基模斑转换器的改进:提出了一种玻璃基分段式模斑转换器,通过多段玻璃基锥形波导芯片级联的方式,可以实现更大幅度的模斑尺寸缩减。

冯泽明[3](2017)在《改进型离子掩膜技术制作的玻璃基光波导研究》文中认为随着社会的发展,人们对信息传输和处理的速度提出了越来越高的要求。传统的电互连因为其固有的物理瓶颈,已经不能继续适应高速信息社会的发展。光互连以其抗电磁干扰、大带宽、高互连密度等优势,成为解决电互连问题的最佳途径。光波导自身可以实现小半径弯曲,且容易实现波分复用技术,所以波导互连已经成为板级光互连中的一个主要连接方式。玻璃基光波导具有损耗小、环境稳定性好、易于集成、成本低等优势,因此非常适合板级光互连中光传输层的制作。由于电场辅助离子交换过程存在热均匀性问题,不适用于大尺寸基片中光波导的制作,所以目前一般都是采用Ag+-Na+热离子交换的方法。但是这种方法制作的表面光波导因为其折射率分布、表面散射和“银线”等原因,损耗较大,失去了在板级光互连制作中的优势。针对以上问题,本文采用改进型K+离子掩膜技术在玻璃基片上制作了低损耗掩埋型光波导,实验过程共分为三步:(一)通过K+-Na+离子交换在玻璃基片表面制作K+离子掩膜层;(二)通过Ag+-Na+离子交换制作光波导结构;(三)通过Na+-Ag+离子反交换制作掩埋型光波导。经过实验优化,制得的光波导传输损耗为0.23dB/cm,耦合损耗为0.23dB。与传统Ag+-Na+离子交换相比,光波导损耗有大幅度地降低。与电场辅助离子交换相比,插入损耗相近,但制作过程和设备大大简化,也避免了离子交换过程中出现的掩埋深度不均匀的现象,因此本文提出的改进型K+离子掩膜技术适用于板级光互连中光互连层的制作。本文从离子交换的物理机制出发,结合实验相关参数,针对改进型K+离子掩膜技术建立了离子交换理论模型,最后通过实验验证了理论模型的正确性,为今后的光波导制作提供了一种工具。

裴重阳[4](2015)在《石墨烯辅助玻璃基集成光学器件的研究》文中研究表明随着高速率、大容量光通信系统的不断发展,对相关的光电子器件提出了更高的要求,尤其是集成光学器件。其中,玻璃基离子交换技术由于其成本低廉、工艺简单、易于大批量生产等优异特性,被广泛应用于制作波分复用器、光分路器、光放大器等集成光学器件。然而由于玻璃材料的电光特性和热光特性较差,很难制作光探测器等有源光器件,限制了其在集成光学中的应用。近年来,石墨烯凭借其优异的物理性能受到了广泛的关注。石墨烯是由单层碳原子以蜂窝状结构组成的二维晶体材料,它具有电子迁移率高、透光率高、对很宽波长范围的光具有均一吸收率等优点,使其在集成光电子技术中的应用受到了重视。而基于石墨烯/光波导的混合波导的集成光学器件,如光起偏器、光探测器和光调制器等,表现出了优异特性,证明石墨烯可以很好的将本身的特性附加到光波导上。基于上述论证,本论文的研究主要集中于将石墨烯材料与玻璃材料相结合,利用石墨烯优异的电学和光学特性,实现高性能、低成本的石墨烯辅助玻璃基集成光学器件。本文对基于石墨烯/玻璃混合波导的光起偏器及光敏电阻型光探测器的理论、制作工艺及性能进行了详细地研究和分析,提出了一种在玻璃衬底上实现有源光器件的解决方案,以拓宽其在集成光学中的应用。本文的主要研究成果和创新点包括:1.提出了一种改进的选择掩埋波导制作工艺。为了实现石墨烯等功能材料与玻璃波导的混合集成,就需要制作具有低损耗且包含和功能材料高敏感的表面波导区域的玻璃基波导——选择掩埋波导,为此,本文提出了一种改进的制作工艺,它以背面电极来精确控制波导结构,以背面介电层来阻挡电场,制作出过渡区域的损耗仅0.28 dB(波长为1550nm)的选择掩埋波导,该工艺更加稳定,对波导结构的控制更加精确。通过对大量实验结果的分析,建立了基于此工艺的选择掩埋波导的结构模型,为制作石墨烯/玻璃混合波导及选择掩埋波导传感器一一如温度传感器、折射率传感器等提供了基础。2.提出了一种基于石墨烯/玻璃混合波导的光起偏器。利用石墨烯对很宽波长范围的光具有均一的吸收率及其金属特性,通过对石墨烯/玻璃混合波导的分析得知,混合波导中传输的横磁模(TM模)的损耗系数远远大于横电模(TE模),且两个损耗系数之间的差随石墨烯化学势降低而升高。本文根据此原理设计并制作出基于混合波导的光起偏器,并提出利用PMMA降低石墨烯化学势的方法来提高器件的消光比,得到长度仅为4mm,在通信波段的O波段和C波段的消光比达到27 dB的集成光学起偏器,大大提高了玻璃基光起偏器的工作波长范围。3.提出了一种基于石墨烯/玻璃混合波导的光敏电阻型光探测器。当石墨烯吸收光后,重掺杂石墨烯中电子的温度升高,使得石墨烯的有效费米能级降低,导致其有效载流子浓度降低,因此石墨烯的电导率将随光照而降低,根据此原理,本文设计并制作了石墨烯长度为4 mm的石墨烯/玻璃混合波导光敏电阻型光探测器,并对其进行了测试,结果表明,当光波长为1510-1630nm、外加偏置电压仅0.1 V时,器件响应度高达约0.75 A/W,为在玻璃衬底上实现有源光器件提供一种新的方法。

李玉花[5](2014)在《光学波导制备用钕离子掺杂锗酸盐光学玻璃》文中提出在光纤通讯系统中,近红外区800nm到1625nm波长范围已被广泛应用于数据的传输。目前对于以C波段1530-1560nm为主要工作窗口的掺铒石英光纤的研究,已经相当成熟,然而这一波段只使用了低损耗单模石英光纤的部分窗口,限制了光纤可容纳信道的充分利用。Nd3+具有典型的~1060nm和~1330nm近红外荧光发射,其中~1330nm属于O-波段,并且位于传统第二通讯窗口,色散最小。因此,钕离子掺杂玻璃波导光学放大器有望成为继半导体光学放大器(SOA)、铒离子掺杂光纤放大器(EDFA)问世以来,又一极具商业价值的光放大器。本工作设计合成了Nd3+掺杂中低声子能量锗酸盐玻璃,通过优化Nd203的掺杂浓度,测试解析了最优掺杂浓度为2wt.%Nd2O3时的锗酸盐玻璃的光学及光谱特性。合成了K+ —Na+离子交换Nd3+掺杂锗酸盐玻璃表面条形光波导,并对其近红外荧光光谱进行了系统的表征和研究,为Pr3+,Er3+和Ho3+离子掺杂锗酸盐玻璃制备O-谱带, S-谱带,和U-谱带等特殊波段信号放大器奠定基础。本文取得的成果如下:1.合成制备了Nd3+掺杂的23Na2O-3MgO-22Al2O3-52GeO2-x wt.%Nd2O3 (x=0.1,1, 2,3,4)(简称NMAG)玻璃。根据吸收光谱的Judd-Ofelt理论拟合,评估出Nd3+的强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为5.45x10-20,4.60x10-20,和4.97x10-20cm2,并计算推导出了Nd3+各能级跃迁的理论及实验振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比及荧光辐射寿命,以及4F3/2能级的荧光寿命、量子效率和交叉弛豫跃迁几率等光谱参数。Nd3+发射截面在1.065μm和1.3371μm处分别为21.5×10-21和7.6x10-21cm2。较低的声子能量和较大的吸收及发射截面积,有助于吸收足够的泵浦能量和进行有效的能量传递,表明Nd3+掺杂锗酸盐玻璃极有望成为红外激光器件优异的制备材料。基于理论的研究,通过实验测试和理论计算得到4F3/2→4I11/2跃迁发射的量子效率为~71.3%。2.在锗酸盐玻璃衬底中引入A1203,成功制备了耐酸腐蚀的铝锗酸盐玻璃,解决了脚a+离子交换过程中基质易受酸腐蚀的现象。利用离子交换法,在光学玻璃表面成功制备了稀土离子掺杂的中低声子能量锗酸盐玻璃条形光波导。对Nd3+掺杂心-Na+离子交换锗酸盐玻璃条形光波导表面结构应用原子力学显微镜(AFM)进行了表征,测得光学波导近场模式直径为~8μm,并计算了数值孔径(0.0755)和截止波长(0.569μm)。在近红外区有效的放大自发发射(ASE)荧光(发射峰值分别在905,1060,1334和1816nm)证明Nd3+掺杂的中低声子能量锗酸盐玻璃离子交换光波导在光学放大器、宽谱带光源、可调谐激光器、高功率波导激光器方面具有很大的应用潜力。本文研究表明中低声子能量铝锗酸盐玻璃是制备特殊波段光波导放大器的优良的基底材料,Nd3+掺杂NMAG玻璃条形光波导是一种高效的应用于第二通讯窗口的光波导放大器;Nd3+掺杂NMAG玻璃在O-波段(1260-1360nm)波导放大器方面极具应用潜力。

杨冰[6](2014)在《基于集成光波导的波长解析器件的研究》文中认为波长是光波的一个基本物理参量,对光波长的解析(Wavelength Measurement/Interrogation)是光学系统中的一种基本功能需求。尤其是在光纤光栅传感系统、密集波分复用光通信系统以及光互连系统中,波长解析都扮演着重要的角色。对于光波长解析技术的研究具有重要的理论和现实意义。波长解析技术就是通过测量与波长有一定对应关系的其他物理量,进而由函数关系给出波长或者波长变化量的一种解析方法。现有的光波长解析技术有很多的类型,但是大部分都需要使用比较大型、笨重的设备,或者是需要搭建复杂的光路系统并配备较多的辅助器件来实现。这些方法普遍存在使用不便、不利于携带、体积大、重量大、解析速度慢、能耗高等缺点。对于日益发展的集成光学系统来说,这些方法大部分是不适用的。在诸多波长解析方法中,基于边缘滤波器滤波特性的比率制波长解析方法(Ratio-metric Wavelength Measuring Method)具有结构简单、解析速度快、功耗低、使用方便、不需要机械调节、可以用集成光波导来实现等优点,是比较有潜力的集成化波长解析器件(Intergrated Wavelength Monitor)的实现方案之一。本文的研究目的就在于设计和制作基于集成光波导且可以在集成光学系统中使用的波长解析器件。我们分别利用玻璃基离子交换光波导和硅基光波导设计并制作了不同结构的比率制波长解析器件,并且对器件的各方面性能进行了详细的测试和分析。论文的主要创新点包括:1.设计和制作了基于玻璃基离子交换光波导的“X”型波长解析器件。该器件利用非平衡的马赫曾德干涉仪(Mach-Zender Interferometer, MZI)结构来构成边缘滤波器,采用电场辅助下的两步离子交换工艺来制作。器件由两个MZI组成,通过对MZI参数的设计和离子交换工艺中参数的调整来保证器件的输出形成“X”型波长响应结构。“x”型波长响应结构可以有效的提高比率制波长解析器件的分辨率。非封装测试的条件下,在54nm的范围内波长解析分辨率可以达到0.1nm以上。如果是经过封装的器件,理论上的分辨率可以达到15pm以上。由于玻璃基离子交换光波导具有良好的保偏特性,器件的偏振依赖性比较小,偏振带来的波长解析误差小于0.5nm,与光纤型比率制波长解析器件的数据接近。器件长度约为26mm,可以做到无源工作,即时解析。相对于一般的波长解析方法而言,具有体积小、速度快、功耗低的特点。2.设计和制作了基于玻璃基离子交换光波导的两级波长解析器件。由于比率制波长解析方法原理上的限制,器件的分辨率与解析范围通常是相互制约的。因此,为了在提高器件分辨率的同时保证器件仍然具有较宽的工作范围,可以采用两级波长解析结构。我们设计和制作了基于玻璃基光波导的两级波长解析器件。在单级解析器件的基础上增加了一对梳状滤波器,用来进行第二级高精度的波长解析。通过两级解析,器件在保持了第一级解析较大的工作范围的同时,波长解析分辨率可以提高到10pm以上。3.设计了基于硅基光波导微环谐振腔结构的比率制波长解析器件。与玻璃基波长解析器件相比,基于硅基光波导的比率制波长解析器件拥有更小的尺寸,可以方便地被集成在硅基光子学系统中。我们设计了基于硅基光波导微环谐振腔的波长解析器件。器件采用“X”型波长响应结构,将微环谐振腔作为边缘滤波器,通过对微环设计参数的调整来保证器件输出符合“X”型波长响应。器件采用CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)兼容的半导体加工工艺制作,基底材料为SOI (Silicon on Insulator)。芯片上集成了加热电极来对微环的谐振波长进行调节,通过这种方法实现器件的工作范围可调。器件的测试的结果,在1.2nm的工作范围内,非封装条件下测试的分辨率高达5pm。理论上封装测试的结果可以接近2pm。器件的有效尺寸仅为120μm×150μm。在拥有极高分辨率的同时具有非常小的尺寸。不仅可以单独地作为高分辨率波长解析器件使用,还可以作为精解析器件,与粗解析器件集成,构成一个集成型高性能波长解析器件。

石伟丞[7](2014)在《玻璃基多模弯曲光波导的设计与制备》文中提出随着移动互联网、云计算等业务的快速发展,要求通信网络具有越来越大的数据传输带宽。传统的基于铜线的电互连技术存在串扰、能耗、趋肤效应等多方面的问题,使得电互连传输的数据带宽难以满足现代通信网络对数据带宽的需求。光互连技术具有无串扰、损耗低、大带宽、低成本等优势,为解决电互连在数据传输中的带宽瓶颈提供了新途径。目前,光互连正在朝着短距离和超短距离光互连发展,其中光电印制电路板(EOPCB)光互连成为研究者未来几年的研究重点。光互连层和光收发模块之间的耦合问题已经成为限制EOPCB发展的一个难题。本文提出了一种多模90°弯曲光波导结构,并从理论和实验上对其展开研究,有望将其应用于EOPCB实现光互连层和光收发模块之间耦合。首先,比较了计算多模光波导弯曲损耗的两种理论:波动光学和几何光学。最后利用Tracepro软件构建多模90°弯曲光波导的模型并进行射线追迹仿真,得到光源发散角、波导芯部宽度、弯曲半径、波导数值孔径同光波导透过率的关系,利用透过率表征弯曲光波导的弯曲损耗,并给出了制作多模90°弯曲光波导的最优参数。当芯部宽度为50μm的弯曲光波导弯曲半径在5mm-7mm范围内,同时选择发散角在7°以内的光源作为弯曲光波导的输入光可以得到最小的弯曲损耗。论文通过Ag+-Na+热离子交换和电场辅助离子扩散技术在玻璃基片上制作了多模90°弯曲光波导,并观测光波导端面的显微结构及通光测试和损耗测试。显微镜测量结果表明,该多模90°弯曲光波导平均掩埋深度为42.765μm,波导芯部水平和竖直方向的尺寸分别约为51.17μm和26.93μm。从光波导的通光光斑上看来,光斑耀眼并且形状规则。测试多模90°弯曲光波导的损耗,芯部宽度为50μm的90°弯曲光波导损耗在弯曲半径为7.5mm到达最小值,损耗值为2.27dB/cm,实验值同仿真值匹配较好。理论分析和实验结果共同验证了多模90°弯曲光波导应用于EOPCB实现光互连层和光收发模块之间耦合的可能性。研究结果表明玻璃基多模90°弯曲光波导有望应用于光互连领域,提高EOPCB的耦合效率,对低损耗、低成本、便捷的垂直耦合器制作具有重要意义。

王国强[8](2013)在《离子交换玻璃基双层多模光波导的制备与表征研究》文中研究说明随着计算机和通信技术的不断发展,存在固有物理限制的传统电互联技术开始逐渐不能满足高速信息传输的需求,光互连取代电互联进行数据传输和处理是未来信息传输的发展趋势。玻璃材料具有良好的热稳定性、较高的介电常数,在宽波长范围内具有较高的透明度。玻璃基离子交换工艺简单且易于操作,所制作的光波导与光纤耦合损耗小、稳定好、性能可靠,被广泛应用于制作光波导器件。本文提出了一种可用于光互连的玻璃基双层多模光波导结构,从理论和实验上对其展开研究。首先,针对电场辅助离子扩散过程中焦耳效应引起基片的温度变化,得到不同电压下离子扩散深度的变化规律,建立了离子扩散深度变化模型,此理论模型对电场辅助离子交换工艺中精确控制光波导深度具有重要指导作用。论文通过Ag+-Na+热离子交换和电场辅助离子交换技术在玻璃基片上实现了双层多模光波导,并对波导端面尺寸、掩埋深度、传输损耗和数值孔径进行测量。第一步是制作单层多模光波导,单层波导的掩埋深度平均值为58μm。然后在单层多模光波导的基础上,工艺过程中采用套刻技术实现上、下层波导的对齐,制作出玻璃基双层多模光波导。显微镜测量结果表明,双层光波导的上、下层波导尺寸比较接近,上层波导平均掩埋深度为54gm,下层波导平均掩埋深度为110μm,两层波导间距约为30μm,上层波导端面尺寸为29μm×17μm,下层光波导为32μm×21μm。波导通光测试表明,上、下两层波导均输出明显的多模光斑。对波导进行损耗测试,上层波导和下层波导的传输损耗平均值分别1.45dB/cm和1.37dB/cm,上、下层波导每个端面的耦合损耗平均值分别为0.85dB、1.08dB。本论文对光波导数值孔径NA进行了测量,上层光波导横、纵向的有效数值孔径平均值分别为0.053、0.052,下层光波导横、纵向的有效数值孔径平均值分别为0.052、0.046。最后,针对双层多模光波导制作过程中玻璃基片易被击穿和“银线”这两个问题进行分析与讨论,并提出了相应的解决办法。研究结果表明玻璃基双层多模光波导在光互连领域具有很大的应用前景,对提高光器件的集成度和数据传输能力具有重要意义。玻璃基双层多模光波还可跟其他器件与技术相结合,实现高集成度、多功能的新型光器件。

张文[9](2013)在《基于离子交换的玻璃基2×N光功率分配器的研究》文中研究指明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。

郑斌,郝寅雷,李宇波,杨建义,江晓清,周强,王明华[10](2012)在《玻璃基掩埋式光波导堆栈的制作与表征》文中研究说明在硅酸盐光学玻璃基片上制作了光波导堆栈,这种光波导堆栈通过Ag+/Na+熔盐离子交换和电场辅助离子扩散技术顺次制作了两层掩埋式光波导.对光波导堆栈的横截面显微结构进行了观察,并对堆栈中两层波导的损耗特性进行了测试.所获得的光波导堆栈中的上、下两层波导芯部分别位于玻璃表面以下14和35μm处;上层光波导芯部尺寸约为12μm×7μm;下层光波导芯部尺寸约为9μm×8μm.通光测试显示两层波导在1.55μm工作波长下均为单模光波导,且两者之间没有相互耦合.损耗测试分析结果显示:堆栈中两层光波导的传输损耗均约为0.12 dB/cm,与单模光纤之间的耦合损耗分别为0.78和0.73 dB.分析表明,这种光波导堆栈在玻璃基集成光芯片的高密度集成方面具有很好的应用前景.

二、电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制作与优化(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制作与优化(论文提纲范文)

(1)玻璃中热致组分离子迁移行为及其对性能的影响(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 固体材料中组分离子迁移现象及其意义
    1.2 热致离子迁移对于光功能材料/器件的影响
    1.3 固体中热致离子迁移的研究手段
    1.4 热致离子迁移与稀土发光的响应
    1.5 本课题的研究意义、主要内容、创新点和项目来源
        1.5.1 本课题的研究目的和意义
        1.5.2 本论文的主要内容
        1.5.3 本论文的创新点
        1.5.4 本课题研究的项目来源
第二章 样品的制备与测试表征
    2.1 实验原料及来源
    2.2 样品的制备
        2.2.1 玻璃样品的制备
        2.2.2 离子交换玻璃的制备
        2.2.3 电极的涂覆
    2.3 测试与表征分析
        2.3.1 热分析
        2.3.2 荧光光谱和寿命测试
        2.3.3 电子探针显微分析(EPMA)测试
        2.3.4 交流阻抗谱测试
        2.3.5 魔角旋转核磁共振(MAS NMR)谱测试
        2.3.6 密度测试
        2.3.7 红外热成像测试
    2.4 相关计算
        2.4.1 离子的理论浓度计算
        2.4.2 离子跳跃距离计算
        2.4.3 光学测温灵敏度推算
    2.5 本章小结
第三章 Yb~(3+)-Er~(3+)掺杂硅酸盐玻璃中热致离子迁移与上转换发光响应
    3.1 引言
    3.2 样品的制备与表征
        3.2.1 样品的制备
        3.2.2 样品的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 玻璃样品的热分析
        3.3.2 硅酸盐玻璃的变温上转换发光光谱
        3.3.3 硅酸盐玻璃的EPMA测试
        3.3.4 硅酸盐玻璃的变温交流阻抗谱
        3.3.5 硅酸盐玻璃的NMR测试
        3.3.6 硅酸盐玻璃的离子迁移距离与光学响应距离的估算
        3.3.7 速率方程解析红绿发光比值
    3.4 本章小结
第四章 多组分磷酸盐激光玻璃中热致离子迁移及其稀土发光、热响应
    4.1 引言
    4.2 样品的制备与表征
        4.2.1 样品的制备
        4.2.2 样品的表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Yb~(3+)-Er~(3+)磷酸盐激光玻璃发光响应及其离子迁移证据
        4.3.2 Yb~(3+)-Er~(3+)磷酸盐激光玻璃的热响应
        4.3.3 Yb~(3+)磷酸盐激光玻璃发光响应及热响应
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(2)玻璃基模斑转换器的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 硅基光子学
    1.2 光纤与SOI波导耦合技术
        1.2.1 光栅耦合
        1.2.2 端面耦合
        1.2.3 光纤与SOI波导耦合技术总结
    1.3 玻璃基离子交换光波导技术
    1.4 玻璃基模斑转换器的研究意义
    1.5 本文的主要内容与结构安排
第2章 模斑转换器的工作原理
    2.1 引言
    2.2 光纤与SOI波导的端面耦合效率
    2.3 绝热条件
    2.4 倒锥形模斑转换器的原理
    2.5 小结
第3章 玻璃基离子交换光波导技术的研究
    3.1 引言
    3.2 玻璃基离子交换工艺
        3.2.1 玻璃基光波导的制备工艺比较
        3.2.2 掺杂离子的选择
        3.2.3 玻璃基表面型波导的制备工艺
        3.2.4 玻璃基掩埋型波导的制备工艺
    3.3 玻璃基离子交换过程的模拟
        3.3.1 离子交换扩散方程
        3.3.2 求解扩散方程
        3.3.3 折射率分布
        3.3.4 模场分布
        3.3.5 离子交换仿真参数的优化
    3.4 小结
第4章 玻璃基模斑转换器的制备及表征
    4.1 引言
    4.2 实验方案
        4.2.1 工艺方案
        4.2.2 实验条件的选择
    4.3 玻璃基模斑转换器的制备
        4.3.1 基片清洗
        4.3.2 镀膜
        4.3.3 光刻
        4.3.4 离子交换
        4.3.5 后道工艺
    4.4 玻璃基模斑转换器的表征
        4.4.1 端面观测与横向展宽观测
        4.4.2 通光测试
        4.4.3 损耗测试
    4.5 玻璃基分段式模斑转换器
    4.6 小结
第5章 总结及展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间的研究成果

(3)改进型离子掩膜技术制作的玻璃基光波导研究(论文提纲范文)

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 光互连
    1.2 EOPCB的结构特性和国内外研究现状
    1.3 EOPCB的难点与材料选择
    1.4 玻璃基离子交换的研究现状
    1.5 改进型离子掩膜技术的研究意义
    1.6 本文的主要内容与结构安排
2 玻璃基离子交换技术
    2.1 玻璃基离子交换技术
        2.1.1 折射率变化原理
        2.1.2 源离子的选择
        2.1.3 离子驱动方式
    2.2 “银线”的产生与去除方法
3 离子掩膜技术的理论研究
    3.1 传统离子交换扩散方程
    3.2 离子浓度与折射率分布计算
        3.2.1 有限差分法
        3.2.2 —次K~+-Na~+离子交换
        3.2.3 二次Ag~+-Na~+离子交换
        3.2.4 三次Na~+-Ag~+离子反交换
        3.2.5 折射率分布与离子浓度分布的关系
4 实验的分析与讨论
    4.1 实验制作过程
    4.2 实验条件的选择
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 光波导横截面
        4.3.2 光波导的“银线”
        4.3.3 光波导的扩散深度
        4.3.4 光波导的通光测试
        4.3.5 光波导的损耗测试
        4.3.6 K~+离子掩膜技术的实验优化
5 工作总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果

(4)石墨烯辅助玻璃基集成光学器件的研究(论文提纲范文)

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 玻璃基离子交换工艺
    1.3 石墨烯的电学和光学特性
        1.3.1 电学特性
        1.3.2 光学特性
    1.4 石墨烯混合波导光电子器件
        1.4.1 基于石墨烯混合波导的光起偏器
        1.4.2 基于石墨烯混合波导光探测器
        1.4.3 基于石墨烯混合波导光调制器
    1.5 本文的研究意义和结构
    参考文献
第二章 玻璃基选择掩埋波导
    2.1 前言
    2.2 选择掩埋波导形成理论
        2.2.1 离子交换工艺
        2.2.2 模型仿真
    2.3 选择掩埋波导的制作
        2.3.1 工艺流程
        2.3.2 背面介电材料的选择
        2.3.3 选择掩埋波导芯片的设计
    2.4 选择掩埋波导的结果与分析
        2.4.1 掩埋深度和过渡区域的结果与分析
        2.4.2 插入损耗的测试结果与分析
    2.5 基于选择掩埋波导的传感器的制作与分析
        2.5.1 模型仿真
        2.5.2 温度传感器的制作与分析
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 石墨烯/玻璃混合波导光起偏器
    3.1 前言
    3.2 光起偏器的理论分析
        3.2.1 石墨烯的折射率
        3.2.2 光起偏器模型仿真
    3.3 光起偏器的制作
    3.4 光起偏器参数优化
        3.4.1 波导结构的选择
        3.4.2 制作工艺的选择
        3.4.3 掩埋深度和波导宽度的优化
        3.4.4 石墨烯长度的优化
    3.5 光起偏器的光学特性
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 石墨烯/玻璃混合波导光探测器
    4.1 前言
    4.2 光探测器的理论分析
        4.2.1 金属掺杂结光探测器
        4.2.2 光敏电阻型光探测器
    4.3 光探测器的设计与制作
        4.3.1 光探测器的设计
        4.3.2 光探测器的制作
    4.4 光探测器的结果与分析
        4.4.1 金属掺杂结探测器
        4.4.2 光敏电阻型光探测器
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 工作中存在的不足与展望
攻读博士期间的科研成果

(5)光学波导制备用钕离子掺杂锗酸盐光学玻璃(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
第二章 文献综述
    2.1 稀土离子的电子组态与能级
    2.2 稀土的发光基本规律
        2.2.1 吸收光谱、激发光谱和发射光谱
        2.2.2 能量传递
    2.3 J-O理论和光谱参数计算
    2.4 稀土元素发光特点及其应用前景
    2.5 光纤光波导技术及集成光学
    2.6 锗酸盐玻璃
    2.7 玻璃离子交换技术
        2.7.1 离子交换原理
        2.7.2 K~+-Na~+离子交换特点
第三章 实验过程与方法
    3.1 Nd~(3+)掺杂锗酸盐玻璃和光波导的制备方法
        3.1.1 Nd~(3+)掺杂锗酸盐玻璃和光波导的制备
        3.1.2 条形光波导制备
    3.2 Nd~(3+)掺杂锗酸盐玻璃和光波导的光学性能测试
        3.2.1 Nd~(3+)掺杂锗酸盐玻璃光谱测试
        3.2.2 条形光波导测试
第四章 Nd~(3+)掺杂锗酸盐玻璃的光谱特性
    4.1 吸收光谱和J-O理论计算
    4.2 红外发射光谱
    4.3 吸收和发射截面
    4.4 辐射寿命
    4.5 本章小结
第五章 离子交换锗酸盐玻璃条形光波导
    5.1 条形光波导的测试结果与分析
    5.2 光波导波折射率、表面结构和近场模式
    5.3 数值孔径和截止波长
    5.4 光波导放大自发辐射荧光
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
本文的研究特色和创新之处
致谢
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

(6)基于集成光波导的波长解析器件的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
目录
图目录
表目录
第一章 绪论
    1.1. 基于集成光波导的波长解析器件的研究意义
    1.2. 光波长解析的方法
        1.2.1 采用光谱分析仪进行波长解析
        1.2.2 干涉型波长解析方法
        1.2.3 可调谐光源波长匹配法
        1.2.4 滤波型波长解析方法
    1.3. 集成光波导的制作技术
        1.3.1 玻璃基离子交换技术概述
        1.3.2 硅基光子学概述
    1.4. 本文的研究意义和结构
    参考文献
第二章 比率制波长解析技术
    2.1. 影响比率制波长解析器件精度的因素
        2.1.1 光源信噪比对解析精度的影响
        2.1.2 光源带宽对解析精度的影响
        2.1.3 3dB耦合器的性能对解析精度的影响
        2.1.4 温度等环境因素对解析精度的影响
    2.2. 比率制波长解析器件的发展现状
        2.2.1 集成型MMI
        2.2.2 缠绕光纤
        2.2.3 SMS光纤结构
        2.2.4 光纤型MZI
    2.3. 本章小结
    参考文献
第三章 基于玻璃基光波导MZI结构的波长解析器件
    3.1. 离子交换光波导的工艺制作流程
    3.2. 基于双MZI结构的玻璃基“X”型波长解析器件
        3.2.1 “X”型频谱响应结构
        3.2.2 玻璃基“X”型波长解析器件的设计与制作
        3.2.3 “X”型波长解析器件的工作范围测定与分析
        3.2.4 “X”型波长解析器件的分辨率与分析
        3.2.5 “X”型波长解析器件的偏振依赖性
    3.3. 两级波长解析器件
        3.3.1 两级解析器件的工作原理
        3.3.2 玻璃基两级波长解析器件的设计和制作
        3.3.3 玻璃基两级波长解析器件的测试与分析
        3.3.4 两级波长解析器件的进一步优化
    3.4. 玻璃基比率制波长解析结构的传感应用
    3.5. 本章小结
    参考文献
第四章 基于硅基微环谐振腔结构的波长解析器件
    4.1. 微环谐振腔
        4.1.1 微环谐振腔的基本结构与工作原理
        4.1.2 微环谐振腔器件的分析方法
        4.1.3 微环谐振腔器件的主要性能参数
    4.2. 硅基双环结构波长解析器件
        4.2.1 器件设计与仿真
        4.2.2 器件的制作与测试
        4.2.3 微环比率制波长解析器件的改进
    4.3. 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1. 总结
    5.2. 工作中存在的不足与展望
致谢
攻读博士学位期间主要科研成果

(7)玻璃基多模弯曲光波导的设计与制备(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 课题的研究背景
        1.1.1 互连的发展
        1.1.2 EOPCB光互连
    1.2 EOPCB光耦合结构的研究现状
        1.2.1 基于微透镜和45°反射镜的耦合结构
        1.2.2 基于光纤制作的耦合模块
        1.2.3 基于聚合物波导制作的耦合模块
    1.3 本论文的研究意义及主要内容
2 玻璃基离子交换技术
    2.1 玻璃材料与玻璃基光波导制作技术
        2.1.1 玻璃材料的成分与组成原理
        2.1.2 玻璃基底制作光波导工艺技术比较
    2.2 玻璃基离子交换技术
        2.2.1 离子交换机理:热离子交换和电场辅助离子交换
    2.3 离子交换理论研究
        2.3.1 热离子交换的扩散机制
        2.3.2 电场辅助离子的迁移机制
    2.4 离子交换的常用交换离子
3 多模光波导弯曲损耗的计算与仿真
    3.1 弯曲损耗的物理机制
    3.2 波导弯曲损耗的波动光学理论
    3.3 波导弯曲损耗的光线理论
    3.4 光线追迹法仿真计算波导的弯曲损耗
        3.4.1 模型的建立
        3.4.2 仿真结果
4 玻璃基离子交换多模弯曲光波导的制备与测试
    4.1 玻璃基离子交换光波导制作工艺流程
    4.2 多模弯曲光波导的制作
        4.2.1 多模弯曲光波导制作方案
        4.2.2 工艺参数的设定
    4.3 多模90°弯曲光波导测试
        4.3.1 多模90°弯曲光波导端面显微结构
        4.3.2 多模90°弯曲光波导通光测试
        4.3.3 多模90°弯曲光波导的损耗测试
        4.3.4 多模光波导对接容差测试
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果

(8)离子交换玻璃基双层多模光波导的制备与表征研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 集成光学简介
    1.2 玻璃基离子交换技术的研究进展
    1.3 本论文的研究意义及主要内容
第二章 玻璃基离子交换技术
    2.1 玻璃材料的基本结构
    2.2 玻璃基离子交换的基本原理
    2.3 玻璃基离子交换技术的分类
第三章 电场辅助离子扩散过程中离子扩散深度模型
    3.1 理论模型
        3.1.1 电场辅助离子扩散中的焦耳效应
        3.1.2 玻璃基片的温度
        3.1.3 流过玻璃基片的电流
        3.1.4 离子扩散深度
    3.2 电场辅助离子扩散实验
    3.3 结果分析与讨论
第四章 双层多模光波导的制备与研究
    4.1 离子交换工艺流程
    4.2 单层掩埋式多模光波导的制作
        4.2.1 单层多模波导的制作
        4.2.2 单层多模波导的测试
    4.3 双层多模光波导实验
    4.4 双层多模光波导测试
        4.4.1 截面观测
        4.4.2 通光测试
        4.4.3 传输损耗测试
        4.4.4 数值孔径测试
    4.5 双层多模光波导制作过程中的问题及解决方法
        4.5.1 电场辅助离子扩散过程中玻璃基片被击穿
        4.5.2 热离子交换过程中出现“银线”
    本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果

(9)基于离子交换的玻璃基2×N光功率分配器的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 光通信与光网络相关的研究背景
        1.1.1 光通信简介
        1.1.2 集成光学的发展
        1.1.3 基于FTTx技术的无源光网络
    1.2 光功率分配器
        1.2.1 光功率分配器
        1.2.2 2×N光功率分配器
        1.2.3 2×23dB耦合器
    1.3 玻璃基离子交换技术的发展与应用
    1.4 本文的研究意义及主要内容
第2章 玻璃基离子交换技术
    2.1 玻璃基离子交换的基本原理
        2.1.1 玻璃的成分与组成结构
        2.1.2 离子交换机理:热离子交换和电场辅助离子交换
        2.1.2.1. 玻璃中的离子热扩散机制
        2.1.2.2. 离子在电场作用下的迁移机制
    2.2 玻璃基离子交换技术分类
        2.2.1 离子交换源
        2.2.2 干法交换与湿法交换
        2.2.3 腐蚀法与剥离法
第3章 2×23dB耦合器仿真设计与工艺实验实现
    3.1 2×23dB耦合器的性能指标
    3.2 2×23dB耦合器仿真设计
        3.2.1 光波导的相关数值分析方法
        3.2.2 非对称X结
        3.2.3 基于非对称X结的2×2 3dB耦合器仿真设计
    3.3 工艺实验实现
        3.3.1 工艺流程和参数
        3.3.2 工艺过程中的难点
    3.4 本章小结
第4章 2×2 3dB耦合器的测试及2×N光功率分配器的仿真设计
    4.1 2×2 3dB耦合器的测试系统
    4.2 2×2 3dB耦合器实验与测试的结果及分析讨论
    4.3 2×N光功率分配器的仿真设计
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的科研成果

(10)玻璃基掩埋式光波导堆栈的制作与表征(论文提纲范文)

1 实验
2 结果与讨论
3 结论

四、电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制作与优化(论文参考文献)

  • [1]玻璃中热致组分离子迁移行为及其对性能的影响[D]. 朱嘉熙. 华南理工大学, 2020
  • [2]玻璃基模斑转换器的研究[D]. 蒋建光. 浙江大学, 2020(02)
  • [3]改进型离子掩膜技术制作的玻璃基光波导研究[D]. 冯泽明. 浙江大学, 2017(01)
  • [4]石墨烯辅助玻璃基集成光学器件的研究[D]. 裴重阳. 浙江大学, 2015(03)
  • [5]光学波导制备用钕离子掺杂锗酸盐光学玻璃[D]. 李玉花. 大连工业大学, 2014(08)
  • [6]基于集成光波导的波长解析器件的研究[D]. 杨冰. 浙江大学, 2014(05)
  • [7]玻璃基多模弯曲光波导的设计与制备[D]. 石伟丞. 浙江大学, 2014(06)
  • [8]离子交换玻璃基双层多模光波导的制备与表征研究[D]. 王国强. 浙江大学, 2013(06)
  • [9]基于离子交换的玻璃基2×N光功率分配器的研究[D]. 张文. 浙江大学, 2013(06)
  • [10]玻璃基掩埋式光波导堆栈的制作与表征[J]. 郑斌,郝寅雷,李宇波,杨建义,江晓清,周强,王明华. 无机材料学报, 2012(09)

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电场辅助K~+-Na~+交换玻璃光波导的制备与优化
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