| 题名 | 溶胶－凝胶光波导环形谐振腔相关器件及应用研究 |
| 作者 | 庞拂飞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 方祖捷 |
| 关键词 | 集成光学 光波导 溶胶－凝胶 环形谐振腔 传感 |
| 中文摘要 | 平面光波导环形谐振腔作为最具有代表性的集成光学器件，以其尺寸小、波长选择性好、集成度高、功能多样等优点在光纤通信系统中得到广泛的应用，如波分复用器，分插复用器，色散补偿，光开关、调制器等。另外，它在化学、生物、应力等传感领域也有着重要的应用。本文对基于溶胶－凝胶工艺的有机无机混合的二氧化硅光波导的制备技术进行了实验研究，并基于此光波导材料，对平面光波导环形谐振腔制备过程中的关键技术进行了实验研究。 首先对有机无机混合的溶胶－凝胶材料的合成工艺以及利用此材料制备平面光波导的相关技术进行了实验研究。通过有机成份苯基和甲基对二氧化硅网络的改性，实验上获得了具有较大折射率变化范围的光波导薄膜，由于有机成份的存在，旋涂一次即可获得较大的薄膜厚度。利用测量散射光的方法测量得到平板光波导具有较低的传输损耗。 其次基于上述获得的溶胶－凝胶光波导材料，利用光刻工艺、感应耦合等离子（ICP）刻蚀技术制备了脊形光波导和光波导定向耦合器。针对光刻工艺中遇到的薄膜均匀性差的问题，提出了二次曝光方法的解决方案，利用此方法可以精确有效地控制光波导的结构。 为了降低溶胶－凝胶波导环形谐振腔光刻工艺的控制难度，提高器件的性能，本文提出了一种改进的光波导制备工艺，这种方法是先在热氧化硅下包层上制备出环形谐振腔的凹槽，然后直接沉积溶胶波导材料，从而获得具有倒脊形的波导结构。相对于热氧化硅材料，通常溶胶－凝胶材料的硬度较差，因此在热氧化硅下包层上更加容易获得良好的波导结构，而且在整个工艺过程中溶胶－凝胶材料不用经过光刻工艺，这样就避免了溶胶－凝胶光波导材料受到污染和损伤。从实验的结果可以看出，通过倒脊形波导制备工艺获得的光波导结构具有污染物少、损伤少、结构参数容易控制等优点。 利用改进的倒脊形波导制备工艺，本文成功制备出全通型和分插复用型两种环形谐振腔器件，同时对它们的传输特性进行了测量。环形谐振腔自由光谱范围约为0.182nm，对比度为10dB。利用热光效应，实现对环形谐振腔的热光调相，相移变化率为 。另外，对分插复用型环形谐振腔的偏振相关特性进行了测试。 再次，本文研究了溶胶－凝胶波导环形谐振腔的化学传感特性。以乙醇蒸汽为典型的反应物，通过测量光谱谐振波长的移动和传输损耗的变化，此环形腔器件可以探测的乙醇蒸汽浓度小于30ppm，波长移动和损耗变化的灵敏度分别为1.13pm/ppm和0.0026/ppm。同时，本文对溶胶－凝胶波导环形谐振腔的传感机理进行了分析。 最后，本文提出的两种新颖的复合环形谐振腔结构并对它们的传输特性进行了分析。第一种是马赫－曾德双环形谐振腔（MZDRR），在两个环形谐振腔的相位差满足临界耦合条件时，这种复合结构滤波器的输出光谱具有二阶Butterworth响应，即更加接近于矩形；第二种是Sagnac结合单个环形谐振腔的复合结构（SRRSI），如果适当调整Sagnac环内的偏振控制器，即可利用单个环形谐振腔实现偏振无关的二阶滤波器响应。 本研究的意义在于将工艺简单、设备成本低、光学性能优良的溶胶－凝胶材料应用于平面光波导环形谐振腔器件，为探索和开发新型的光波导环形谐振器件提供理论和实验依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15342]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 庞拂飞. 溶胶－凝胶光波导环形谐振腔相关器件及应用研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006. |
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