（光学专业论文）亚毫米尺度双面金属包覆波导的直接耦合方法及其应用研究.pdf

亚毫米尺度双面金属包覆波导的直接耦合方法 及其应用研究 摘要 自导波光学问世以来 由于它在未来信息社会巨大的应用潜力 一直受到学术界和技术界的高度重视 经过三十余年的发展 今天已 初步成为一门体系完整的学科 以导波光学为理论基础的光纤技术 平面型光波导技术 集成光电回路及集成光路技术获得了迅速的发 展 半导体激光器 电光波导调制器和多路光电开关等一大批实用化 光电元器件正在通信系统中越来越多地发挥着重要作用 本文在一般介质平板波导的基础上 分析了双面金属包覆波导的 特性 双面金属包覆波导结构由导波层 上下金属包覆层组成 上层 金属比较薄 作为波导层覆盖层 同时也作为耦合层 双面金属包覆 波导的导模有效折射率范围比一般介质波导大得多 没有比覆盖层折 射率大的限制 可以介于零和波导层折射率之间 根据亚毫米双面金 属包覆波导的性质 提出了一种全新的自由空间直接耦合方法 与其 他的波导耦合技术 如棱镜耦合 光栅耦合等相比 不仅结构简单 而且有一些优良的特性 本文从理论上推导 实验上验证了亚毫米尺 度双面金属包覆波导中的超高阶导模具有偏振无关性 并对导波层的 折射率 厚度以及入射光波长非常灵敏的特性 为下一步的光电子器 件研究提供了理论基础 光学滤波器是光学应用的一个关键性器件 在激光光通信系统中 光学测量等领域具有广泛的应用 根据高阶导模对入射波长敏感的特 性 本文提出了基于双面金属包覆波导的光学窄带滤波器应用 本文 介绍了基于亚毫米尺度双面金属包覆波导的窄带滤波器的工作原理 并进行了实验验证 对器件的性能进行了测试和分析 初步实验表明 滤波器的谱半宽达0 0 8 n m 中心波长可调 可调谐范围大 并具有 偏振无关性 预计在波长锁定 激光测试领域具有应用潜力 根据超高阶导模对导波层折射率敏感的特性 本文提出了基于双 面金属包覆波导结构的反射型电光调制器 该器件的结构简单 仅由 上下两层金属和导波层三部分组成 金属层既可作为包覆层又可作为 电极 制备工艺非常简单 加工要求也不高 因此成本相当低廉 与 波导传输型电光调制器相比 本方法制作的反射型电光调制器的插入 损耗很小 由于器件基于准直光反射原理工作 在无线光通信 大孔 径激光调制方面将会得到应用 和棱镜耦合一样 双面金属包覆波导直接耦合还可用于薄膜参数 测量领域 波导中导模的传播常数与导波层的厚度以及折射率密切相 关 因此可以利用自由空间直接耦合技术测量波导中导模的传播常 数 来同时求得导波层薄膜的折射率及厚度 由于双面金属包覆波导 的特殊性质 还可以测量高折射率的材料 相比棱镜耦合系统大大拓 宽了测量范围 由于采用金属作为包覆层 可以很方便的在导波层两 侧施加电压 因此也可方便的测量材料的电光系数或者压电系数 这 种方法会在有机材料 聚合物和光学波导器件等领域中有广泛的应用 价值 关键词 光波导 双面金属包覆波导 自由空间耦合 滤波器 调制 器 薄膜测量 电光系数 f r e es p a c ec o u p l i n go fs y m m e t r i c a l m e t a l c a l d d i n go p t i c a l a v e g u i d ew i t h s u b m i l l i m e t e rs c a l ea n di t sa p p l i c a t i o n s a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to nf i b e rc o m m u n i c a t i o n sa n di n t e g r a t e do p t i c a le l e c t r o n i c sh a s e x p a n d e dt h ei n t e r e s ta n di n c r e a s e de x p e c t a t i o n so l lg u i d e dw a v eo p t i c s ag r e a td e a lo fd e v i c e sf o r p r a c t i c a l u s eb a s e do nt h e o p t i c a lw a v e g u i d eh a v ep l a y e d a ni m p o r t a n tr o l ei n o p t i c a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e m b ye m p l o y i n gt h et h e o r yo nd i e l e c t r i co p t i c a lw a v e g u i d e c h a r a c t e r i s t i c so ft h es y m m e t r i c a l m e t a l c l a d d i n go p t i c a lw a v e g u i d ew i t hs u b m i l l i m e t e rs c a l eh a v eb e e na n a l y z e di nt h i sp a p e nt h i s k i n do fw a v e g u i d ec o n s i s t so fag u i d i n gl a y e ro fs u b m i l l i m e t e ra n dt w om e t a lf i l m s t h eu p p e r m e t a lf i l mo f 4 0 n ma c t sa sac l a d d i n ga n dac o u p l i n gl a y e ra sw e l l t h eb a s em e t a lf i l mo f3 0 0 h m s e r v e sa sas u b s t r a t e d i f f e rf r o mt h ed i e l e c t r i co p t i c a lw a v e g u i d e t h ea l l o w e dr a n g eo ft h e e f f e c t i v ei n d e xo f t h i sw a v e g u i d ei so r i g i n a t e df r o mz e r ob u tn o tt h es u b s t r a t ei n d e x a c c o r d i n gt o t h i ss p e c i a lf e a t u r e an e wc o u p l i n gt e c h n i q u ew h i c hi sf r e ef r o mt h ec o u p l i n ge l e m e n t ss u c ha s p r i s m sa n dg r a t i n g s i tie x h i b i t e dm o r ef l e x i b l ea n de a s yt oc o n d u c t t h ef r e e s p a c ec o u p l i n g t e c h n i q u ea l s oo p e n sp o s s i b i l i t i e sf o rs t u d y i n gu l t r a h i g h o r d e rm o d e si nat h i c ko p t i c a lw a v e g u i d e i ti sd e m o n s t r a t e db o t ht h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l yt h a tt h eu l t r a h i g h o r d e rm o d e sa r e p o l a r i z a t i o ni n d e p e n d e n ta n ds e n s i t i v et ot h e r e f r a c t i v ei n d e xa n dt h et h i c k n e s so ft h eg u i d i n g l a y e ra n dt h ew a v e l e n g t ho f i n c i d e n tl i g h t o p t i c a l f i l t e r s p l a y a n i m p o r t a n t r o l ei nt h ef i e l d so fo p t o e l e c t r o n i c sa n d o p t i c a l t e l e c o m m u n i c a t i o n s s of a r v a r i o u sk i n d so ff i l t e r sh a v eb e e nd e v e l o p e d h o w e v e r m o s to ft h e m a r ep o l a r i z a t i o n d e p e n d e n t i no r d e rt oo b t a i nap o l a r i z a t i o n i n d e p e n d e n tf i l t e r c o m p l i c a t e d t e c h n i q u en e e d st oh ed e v i s e d i nt h i sp a p e r ap o l a r i z a t i o ni n s e n s h i v ea n dt u n a b l ef i l t e rw i t ha i i i s p e c t r a lb a n d w i d t ha sn a r r o wa s0 0 8 n mh a sb e e no b t a i n e de x p e r i m e n t a l l y w ea l s op r o p o s ean e wt y p eo fe l e c t r o o p t i cl i g h tm o d u l a t o rw i t hal i n b 0 3s l a bs a n d w i c h e d b e t w e e nt w og o l df i l m sw h i c hs e r v ea st h ec l a d d i n g so f t h el i n b 0 3g u i d ea n da p a i ro f e l e c t r o d e s o f t h em o d u l a t o ra sw e l l i ti se a s yt of a b r i c a t i o na n ds h o w sl o wc o s tp o t e n t i a l i na d d i t i o nt ot h ea p p l i c a t i o ni nt h eo p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s s m c o wc a l lb eu s e di nt h e m e a s u r e m e n to f t h i nf i l mp a r a m e t e r s a sw ek n o w n t h ep r o p a g a t i o nc o n s t a n t so f g u i d e dm o d e si n o p t i c a lw a v e g u i d ea r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h er e f r a c t i v ei n d e xa n dt h i c k n e s so f t h eg u i d i n gl a y e r s o i ti s p o s s i b l et os i m u l t a n e o u s l ym e a s u r et h er e f r a c t i v ei n d e xa n dt h i c k n e s so ft h i nf i l mb y e m p l o y i n gt h ep r o p a g a t i o nc o n s t a n t sd e t e r m i n e dw i t ht h ef r e es p a c ec o u p l i n gt e c h n i q u e b e c a u s e o ff r e eo fp r i s mi nc o u p l i n g i ti sp o s s i b l et om e a s u r et h eh i g hr e f r a c t i v ei n d e xm a t e r i a l c o m p a r e d w i t hp r i s mc o u p l i n g t h i sm e t h o di sa l s oe f f e c t i v et ot h eb i r e f f i n g e n tm a t e r i a l s i n c et h eo p t i c a l w a v e g u i d ei sm e t a l c l a d d i n g i ti s c o n v e n i e n tt 0m e a s u r et h ee l e c t r o o p t i ca n dp i e z o e l e c t r i c c o e f f i c i e n t sb ya p p l y i n gv o l t a g eo v e rt h ew a v e g u i d e b e c a m eo f t h e s em e r i t s t h i st e c h n i q u ew i l l h a v eg r e a ta p p l i c a t i o nv a l u ei np a r a m e t e r sm e a s u r e m e n to fo r g a n i cm a t e r i a l p o l y m e ra n dt h e o p t i c a lw a v e g u i d e k e y w o r d o p t i c a lw a v e g u i d e s y m m e t r i c a lm e t a l c l a d d i n go p t i c a lw a v e g u i d e f r e e s p a c e c o u p l i n g o p t i c a ln o t c hf i l l e r e l e c t r o o p t i cm o d u l a t o r t h i nf i l m e l e c t r o o p t i cc o e f f i c i e n t 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究 工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 一躲吞彩 日砣彩年7 月泸 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借 阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密口 在一年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密口 请在以上方框内打 学位论文作者签名 日期乙缈6 年7 月陟日 犋 珀 铷 名 年 鉴 f d 师 邮 撕 棚 影 期 第一章综述 1 1 引言 第一章综述 自导波光学问世以来 由于它在未来信息社会巨大的应用潜力 一直受到 学术界和技术界的高度重视 经过三十余年的发展 今天已初步成为一门体系完 整的学科 以导波光学为理论基础的光纤技术 卜4 平面型光波导技术1 5 7 1 集成 光电回路及集成光路技术获得了迅速的发展 叭 半导体薄膜激光器 l i 12 1 电光 波导调制器 1 3 1 5 1 和多路光电开关 1 6 1 8 1 等一大批实用化光电元器件正在通信系统 中越来越多地发挥着重要作用 导波光学器件的基本元件是光波导 在一些需要金属电极的集成光学元器件 中 光仍以导波形式约束在无吸收的介质中传输 会属仅作为包覆层或外包覆层 出现 这类结构称为金属包覆或金属外包覆介质波导 近年来 金属包覆的介质 光波导在集成光学领域中引起了人们较大的兴趣 一个原因是许多集成光学元器 件的实际需要 如在某些电光器件中 需要把射频场加到载有导波的介电介质中 去 为此需要在介质导波中沉积一层金属膜或在会属薄膜基底上淀积介质波导 层 另外 如薄膜激光器和光波导探测器的电极 声一光波导调制器等也需要会 属膜层 此外 会属薄层还可防止来自基板杂散光干扰并可帮助散热 另一个原 因则是由会属的光学性质决定的 在低频条件下 会属可看作是理想的导体 在 紫外区域电子等离子体振荡的响应 使得会属无法在光频范围内仍然保持是良好 的导体 但仍可以制成低损耗的金属波导和会属包覆介质波导 在可见光和近红 外区域 对一般的贵会属来说 如舍 银 铝等 其复介电常数的实部相对其虚 部来说 往往是一个较大的负数 由于金属独特的光学性质 金属电极的制备将 极大地改变介质波导的色散性质 l 射 金属和介质的界面处可传输表面等离子波 使央于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波 这两类表面波具有不同 于光导波的独特性质 2 0 例如 有效折射率的存在范围大 同一阶次的t e 模和 t m 模的有效折射率差较大 具有场的增强效应等 对这些现象的深入研究丰富 了传统导波光学的研究内容 还使金属介质波导不仅在光波导器件机理的探索 如用金属包覆介质波导制作偏振器 滤波器和调制器等 而且在非线性光学和 生物分子学 如生物传感 等领域获得日益广泛的应用 上海交通大学博士学位论文 1 2 直接耦合方法 由于波导薄膜的折射率大于覆盖层和衬底介质的折射率 因而光导波是一种 慢波 这表明在衬底和覆盖层介质中的光波不可能直接耦合成为光导波 反过来 光导波也不可能成为衬底和覆盖层介质中的辐射波 按照波导的势阱模型 波导 薄膜对应于势阱 而覆盖层和衬底对应于势垒 这两个向无限远伸展的势垒保证 了光导波无损耗 不考虑介质的吸收和散射 地传输 在集成光学中 需要把激光 束的能量转换成介质薄膜光波导或光纤中的导模的能量 或反之 把光波导中导 模的能量转换成出射光束的能量 这些问题均涉及到光束的耦合 实现这一转换 功能的器件即为光束耦合器 光束耦合器是也光波导器件实验中必不可少和非常 重要的观测手段 目i j 常用的有棱镜耦合 2 光栅耦合 2 2 端面耦合 2 3 1 和劈形 耦合 2 4 l 等方法 棱镜耦合虽不利于集成化 但利用该方法可以测量波导的参数 这一方法至今仍在实验室中普遍使用 光栅耦合利于集成 但复杂的制备技术和 低的耦合效率阻碍了这种方法的广泛使用 端面耦合和劈形耦合也各有其优缺点 和适用的波导范围 对称金属包覆介质波导 双面金属包覆介质波导 波导近年来已在电光波导 调制器和电光系数的测量等领域获得了广泛的应用1 2 5 2 6 l 双面金属包覆介质波导 同其它波导一样 也可利用棱镜 光栅等耦合方法来激发导模 双面会属包覆介 质波导具有一个特殊的性质 其导模有效折射率存在范围比任何全介质波导和非 对称会属包覆介质波导都大 且有可能小于光在空气中的折射率 利用这个特点 本文首次提出了将光束直接射向波导表面 在入射光波矢与导模传播常数匹配情 况下 实现光能与导模能量的耦合的直接耦合方法 27 1 在此基础上 制备了会属 一介质波导一金属结构的双面会属包覆波导 并利用角度扫描的方法得到了衰减 全反射曲线 实验结果和理论符合得很好 1 3 超高阶导模 导波光学领域最基础的元件是平面光波导 这类光波导限制光的厚度尺度 为波长营级 一般能够容纳几个导模 波导导模数量随着波导厚度的增加而增加 当波导厚度大于几十微米时 模密度很高 模趋于连续 利用棱镜耦合或光栅耦 第一章综述 合激发时 表征导模的m 线将发生重叠 从而无法实现器件的功能 双面金属包 覆波导层的厚度达到亚毫米量级时 这种波导可容纳数千个导模 极大部分导模 处于高模密度区域 只有极少数超高阶导模是分立的 很难采用棱镜或光栅耦合 我们提出的自由空间耦合技术 可实现超高阶模的激发 2 引 双面金属包覆波导的 高阶模偏振不灵敏 对光源波长 波导厚度和折射率变化都十分灵敏 利用这些 特性可以制作窄带滤波片 2 3 0 l 进行厚度精确测量等等导波层的厚度等应用 1 4 光学滤波器 自由空间光通讯 激光雷达 以及光学遥感系统等都需要在很强的背景光 下接收窄带微弱信号 激光拉曼光谱仪 荧光测试 激光生物测试等需要在很强 的激发光下接收宽带微弱信号 背景光的干扰给接收信号带来很大的困难 消除 背景光的影响 改善系统的信噪比提高接收的灵敏度 降低信号光的功率要求显 得十分重要 这些地方都需要用到滤波技术 滤波器光谱峰值和半宽度 f w h m 是两个重要的指标 由于双面金属包覆波导高阶模的色散特性 基于双面金属包 覆波导的滤波器 这种滤波器半宽可以做的非常窄 而且调谐容易 具有广泛的 用途 1 5 波长锁定 在目前的光纤通信系统中 通过波分复用 w d m 或频分复用 f d m 技术 使用一条光纤传输不同波长 频率 的光信号 可以增加光信号传输的容量 而要 达到大数量地传输不同频率的光信号 就必须使用目前广受嘱目的密集波分复用 d w d m d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 技术 波分复用技术利用一 根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点 把光纤可能应用的波长范围 划分为若干个波段 每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号 这样势必造成每个波长的间距变窄 大大提高了通信容量的同时 也要求光源峰 值波长的间隔或信道间隔尽可能地小 对光源工作波长的稳定性也提出了更高的 要求 例如当信道间隔达到2 5 g h z 时 信号光源的波长精度要控制在0 0 2 n m 以 内才能满足要求 否则不同波长信道的波长漂移将会引起相邻信道之间的串扰 从而影响密集波分复用系统的性能 严重时甚至会导致系统瘫痪 在d w d m 系统 上海交通大学博士学位论文 中 保持各信道光源波长的稳定性是系统正常工作的i j 提 波长锁定技术是此类 系统的关键技术之一 3 1 也 影响半导体激光器发射波长的因素很多 如腔长 温度 能隙 增益 载 流子浓度 折射率等 半导体激光器的波长调谐就是通过特殊的结构柬改变上述 因素中的一种或几种 从而改变半导体激光器的发射波长 实现半导体激光器的 波长稳定基本原理是 激光束通过具有鉴频特性的滤波器 被光电探测器接收 光电探侧器的输出信号用作频率控制的误差信号 根据误差信号控制激光器的散 热装霄温度 或误差信号改变半导体激光器的电流源 使半导体激光器的注入电 流迅速得到调制 1 6 拉曼光谱 当光照射到物质上时会发生非弹性散射 散射光中除有与激发光波长相同的 弹性成分 瑞利散射 外 还有比激发光波长长的和短的成分 后一现象统称为拉 曼效应 由分子振动 固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹 性散射称为拉曼散射 一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼 光谱 由于拉曼散射非常弱 所以一直到1 9 2 8 年才被印度物理学家拉曼等所发 现 3 3 拉曼散射现象自1 9 2 8 年由印度物理学家拉曼发现以来 由于拉曼光谱具有 信息丰富 拉曼位移与入射光频率无关 分析效率高和样品用量少等显著的特点 越来越受到广泛的关注 并且已经应用到众多领域 例如 1 9 9 7 年美国军事科 学研究所把拉曼光谱仪用于部队饮用水污染监测 我国也开始把拉曼光谱仪应用 于海关 探测毒品走私 另外还可以用于大气监测 纤维复合材料的研究 文物 真伪的鉴别 催化剂的研究 化妆品对皮肤影响的研究等 总之 拉曼光谱仪己 经成为化学分析 表面化学 矿物学 半导体材料 考古学等众多领域重要研究 手段 因此 人们一直致力于改善拉曼光谱仪的性能 不断研究开发新型的拉曼 光谱仪 以满足不同行业不同领域应用的需求 无机物以及生物样品的应用分析 中拉曼光谱在有机物分析方面应用广泛 3 4 3 r l 第一章综述 1 7 电光调制器 在光通信和光学信息处理领域中 经常需要根据外界信号来对传输光进行控 制 实现这一功能的器件称为光调制器 1 3 器件工作时 由外界输入电 声 磁等信号 利用机械 声光 磁光或电光效应等 对光进行位相 频率 强度的 调制 或者偏振面旋转 传播方向偏折等参数的控制 使输出光携带上所需信息 作为信息载波的光具有强度 频率 位相 偏振 传播方向等参数 利用电 声等外部信号可改变上述任一参数 从而实现对光波的调制 根据被调制的载波 参数的不同 可分为振幅调制 强度调制 频率调制 位相调制等 由于光探测 器的输出信号一般与入射光的强度有关 且光波的频率调制 位相调制等均可转 换成强度调制 1 8 薄膜测量 薄膜技术是当前材料科技的研究热点 特别是纳米级薄膜技术的迅速发展 精确测薄膜厚度及其折射率等光学参数受到人们的高度重视 无论是在实验室中 还是工业领域 薄膜厚度和折射率测量都是一项很关键的技术 由于薄膜和基底 材料的性质和形态不同 如何选择符合测量要求的测量方法和仪器 是一个值得 认真考虑的问题 每一种测量方法和仪器都有各自的使用要求 测量范围 精确 度 特点及局限性 椭圆偏振法 棱镜耦合法和干涉法测量薄膜厚度及其折射率 的基本原理 仪器组成及特点1 3 8 4 3 1 双面金属包覆波导的薄膜参数测垦方法 与 这些方法相比也具有一定的优势 1 9 本文的研究内容及创新之处 在本文中 我们提出并研究了一类新型光电子器件 基于双面金属包覆 波导的光电子器件 具体研究内容包括滤波器 光调制器 传感器和其它一些器 件的原理设计 性能优化和功能性演示等 虽然离真正的实用化和商品化还有一 定的距离 但从器件基础研究和实现方法探索的角度考虑 相信具有一定的现实 意义 上海交通大学博士学位论文 本文的创新之处包括 一 本文根据双面金属包覆波导的导模有效折射率范围比一般介质波导大 得多 可以从零开始的特性 在一般介质平板波导的耦合方法基础上提出了一种 全新的波导耦合技术 自由空间直接耦合技术 与其他的波导耦合技术 如棱 镜耦合 光栅耦合等相比 结构上简单的多 并有一些优良的特性 二 本文研究了亚毫米尺度双面金属包覆波导中超高阶导模的特性 其偏振 无关性 对导波层的折射率 厚度以及入射光波长非常灵敏等特性 为下一步的 光电子器件研究提供了理论基础 三 本文提出了利用双面金属包覆波导结构来制作光电子器件的思想 该结 构以其特有的性能 为包括光调制器 滤波器在内的一系列光电子器件功能的实 现提供了可能 并且由于器件具有反射型结构 使插入损耗比传统的波导传输型 器件大大降低 同时制备工艺相对也比较简单 突破了波导传输型的结构 为调 制器 滤波器等一系列光电子器件的研发开辟了一条新的技术路线 四 本文所提出的几种光电子器件 其核心结构均为双面金属包覆波导的结 构 这种对称会属包覆波导结构自提出以来 并未获得足够的重视 这是因为人 们普遍认为金属作为波导覆盖层将对传输光能量产生强烈的吸收 导致波导的损 耗较大 不利于制作实用型器件 但我们的研究表明 在双面金属包覆波导中 金属可作为控制电极 对波导层施加电场作用 同时若避免波导传输型结构 采 用反射型结构来控制导波光的能量耦合效率 将能够很方便地对反射光的能量进 行控制 并避免了能量的传输损耗 理论表明 随着导波层厚度的增加 波导的 传输损耗也迅速下降 五 本文提出了利用双面金属包覆波导测量薄膜参数的装置 波导中导模的 传播常数与导波层的厚度以及折射率密切相关 因此可以利用自由空间耦合技术 测量波导中导模的传播常数 柬求得导波层薄膜的折射率及厚度 由于双面金属 包覆波导的特殊性质 可以测量高折射率的材料 相比棱镜耦合系统大大拓宽了 测量范围 同时 由于采用金属作为包覆层 可以很方便的在导波层两侧施加电 压 因此也可测量材料的电光系数或者压电系数 本文内容的组织安排如下 在第二章中 介绍了一般介质平板波导及其分析方法 然后介绍了会属薄膜 第一章综述 的性质 给出了双面金属包覆波导的概念 给出了波导的本征方程 并分析了其 损耗特性 这一部分是全文的理论基础 在第三章中 首先介绍了一般波导的耦合方法 根据双面金属包覆波导的性 质 提出了双面金属包覆波导自由空间耦合技术 分析了其可行性 在第四章中 首先介绍了双面金属包覆波导的模拟方法 金属薄膜参数的测 量方法 并进行了双面金属包覆波导直接耦合的实验 接着分析了双面会属包覆 波导的高阶模的偏振不灵敏性 和对光源波长 波导厚度和折射率十分灵敏的特 性 在第五章中 根据双面会属包覆波导高阶模的色散特性 提出基于双面金属 包覆波导的滤波器 这种滤波器半宽可以做的非常窄 而且调谐容易 具有广泛 的用途 并对器件的性能进行了讨论 给出了滤波器的典型应用 在第六章中 介绍了基于双面会属包覆波导的反射型电光调制器的工作原理 和实验结果 并对器件的性能进行了讨论 在第七章中 介绍了基于双面金属包覆波导的薄膜参数测量 包括薄膜层厚 度 介电系数 电光系数等波导结构参数 在第八章中 对全文作总结和展望 参考文献 1 m l i n e s t h es e a r c hf o rv e r yl o w l o s sf i b e r o o p t i cm a t e r i a l s s c i e n c ev 0 1 2 2 6 p 6 6 3 1 9 8 4 2 j j r e f i o p t i c a lf i b e rf o ro p t i c a ln e t w o r k i n g b e l ll a b st e c h j v 0 1 4 p 2 4 6 1 9 9 9 3 1r j m e a r s l r e e k i e a n di m j a u n c e y e ta 1 l o w n o i s ee r b i u m d o p e df i b e r a m p l i f i e ro p e r a t i n g 砒1 5 4 j m e l e c t r o n l e t t v 0 1 2 3 p i 0 2 6 1 9 8 7 4 e d e s u r v i r e j r s i m p s o n a n dp c b e c k e l h i g h g a i ne r b i u m d o p e d t r a v e l i n g w a v ef i b e ra m p l i f i e r o p t l e t t v 0 1 1 2 p 8 8 8 1 9 8 7 5 h y u n s o ok i m e u n d e o ks i m e ta 1 m o n o l i t h i c a l l yi n t e g r a t e d t u n a b l e e x t e r n a l c a v i t yl a s e rd i o d eu s i n gi n p b a s e dp l a n a rw a v e g u i d ec o l l i m a t i n gl e n sa n d o p t i c a ld e f l e c t o a p p l p h y s l e t t 8 7 2 2 1 11 2 2 0 0 5 上海交通大学博士学位论文 6 x u e j a nl u c h i o u h u n gj a n g d e c h a n ga n q i n g j u nz h o u l i ns u n x u p i n g z h a n g r a yt c h e n a n dd a nd a w s o n r p o l y m e r i cm u l t i m o d ew a v e g u i d eb a s e d e l e c t r o o p t i cm o d u l a t o rw i t hav e r t i c a l l yc o n f i g u r e dd u m p i n gp l a n a rw a v e g u i d e a p p l p h y s l e a 8i 7 9 5 2 0 0 2 7 m a l s h i k hk h a l i l gv i t r a n t p r a i m o n d p a c h o l l e t a n df k a j z a r o p t i c a l p a r a m e t r i ca m p l i f i c a t i o ni nc o m p o s i t ep o l y m e r i o ne x c h a n g e dp l a n a rw a v e g u i d e a p p l p h y s l e t t 7 7 3 7 13 2 0 0 0 8 l a na p p e l b a u m w e iy i k j r u s s e l l vn a r a y a n a m u r t i m p h a n s o n a n da c g o s s a r d v e r t i c a l l yi n t e g r a t e do p t i c sf o rb a l l i s t i ce l e c t r o ne m i s s i o nl u m i n e s c e n c e m i c r o s c o p y a p p l p h y s l e t t 8 6 0 6 311 0 2 0 0 5 9 1r u l r i c h f r e q u e n c y s e l e c t i v eb e a mc o u p l e rf o ri n t e g r a t e do p t i c s a p p l p h y s l e t t 2 4 2 i 1 9 7 4 1 0 a yc h oa n df k r e i n h a r t g r o w t ho f t h r e e d i m e n s i o n a ld i e l e c t r i cw a v e g u i d e s f o ri n t e g r a t e do p t i c sb ym o l e c u l a r b e a m e p i t a x ym e t h o d a p p l p h y s l e a 2 1 3 5 5 1 9 7 2 11 k a n e d m w i l l i s a p f r e q u e n c y n o i s e s p e c t r o s c o p yl i n e s h a p e m e a s u r e m e n t sa n ds i m u l a t i o n sf o ras e m i c o n d u c t o rl a s e rw i t h s t r o n go p t i c a l f e e d b a c k o p t i c sc o m m u n i c a t i o n sv o l u m e 1 6 6 i s s u e 1 6 a u g u s t1 1 9 9 9 p p 2 1 9 2 2 8 1 2 c h e n h f l i u j m s i m p s o n t b r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so f d i r e c tc u r r e n t m o d u l a t i o no nab a n d w i d t h e n h a n c e ds e m i c o n d u c t o rl a s e ru n d e rs t r o n gi n j e c t i o n l o c k i n g o p t i c sc o m m u n i c a t i o n sv o l u m e 1 7 3 i s s u e 1 6 j a n u a r y 2 0 0 0 p p 3 4 9 3 5 5 1 3 j a e w o o kk a n g j a n g j o ok i m a n de u n k y o t m g k i m a l l o p t i c a l m a c h z e h n d e rm o d u l a t o ru s i n gap h o t o c h r o m i cd y e d o p e dp o l y m e r a p p l p h y s l e t t 8 0 1 7 1 0 2 0 0 2 1 4 c t h i r s t r u p n o v e le l e c t r o o p t i c a lp h a s em o d u l a t o rb a s e do ng a l n a s l n p m o d u l a t i o n d o p e dq u a n t u m w e l ls t r u c t u r e s a p p l p h y s l e t t 6 1 2 6 4 1 1 9 9 2 1 5 1 r w w i c k m a n a l m o r e t t i k a s t a i r a n dt e b i r d e l e c t r i cf i e l d i n d u c e d o p t i c a lw a v e g u i d ei n t e n s i t ym o d u l a t o r su s i n gg a a s a l x g a l x a sq u a n t u mw e l l s a p p l p h y s l e t t 5 8 6 9 0 1 9 9 1 16 c i db d ea r a f i j o a s l g o m e s a n dr s r i v a s t a v a a l l o p t i c a ls w i t c h i n gi n r a r e e a r t hd o p e dc h a n n e lw a v e g u i d e a p p l p h y s l e t t 6 6 4 1 3 1 9 9 5 1 7 n m o l l r h a r b e r s r fm a h r t a n dg l b o n a i n t e g r a t e da l l o p t i c a ls w i t c hi n 8 第一章综述 a c r o s s w a v e g u i d eg e o m e t r y a p p p h y s l e r 8 8 1 7 1 1 0 4 2 0 0 6 1 8 k y o s h i m u r a yy a m a d a a n dm o k a d a o p t i c a ls w i t c h i n go f m g r i c hm g n i a l l o yt h i nf i l m s a p p t p h y s l e t t 8 1 4 7 0 9 2 0 0 2 19 t o u i c h i r og o t o y o s h i t a d ak a t a g i r i h i r o s h if u k u d a h i r o y u k is h i n o j i m a y o s h i a k in a k a n o i k u t a r ok o b a y a s h i a n dy a s u y u k im i t s u o k a p r o p a g a t i o nl o s s m e a s u r e m e n tf o rs u r f a c ep l a s m o n p o l a r i t o nm o d e sa tm e t a lw a v e g u i d e so n s e m i c o n d u c t o rs u b s t r a t e s a p p l p h y s l e t t 8 4 8 5 2 2 0 0 4 2 0 e mg a r m i r ea n dh s t o l l p r o p a g a t i o nl o s si n m e t a l f i l m s u b s t r a t e so p t i c a l w a v e g u i d e s i e e ej q u a n t u me l e c t r o n v o lq e 一8 n o 1019 7 2p p7 6 3 7 6 5 2 l r u l r i c h t h e r o yo f p r i s m f i l mc o u p l e rb yp l a n e w a v ea n a l y s i s j o p t s o c a m m e r 1 9 7 0 6 0 1 0 1 3 3 7 1 3 4 9 2 2 t t a m i ra n ds t p e n g a n a l y s i sa 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