文档介绍：上海交通大学
博士后士学位论文
电光聚合物波导光栅研究
姓名:王义平
申请学位级别:博士后士
专业:电子科学与技术
指导教师:陈建平
20050515
摘要本文主要研究快速可调谐电光聚合物波导光栅,并通过电光效应实现波导光栅谐振波长的快速调谐。另外本文还研究了高频す饴龀逍慈氲某ぶ芷诠庀斯栅的扭曲和弯曲特性。本文的主要工作和研究成果如下:介绍了矩形介质波导的常用设计方法:马卡提里近似解析法、有效折射率和波束传播法。岢霾⑸杓屏丝焖倏傻餍车绻饩酆衔锊ǖ脊庹ぁ8貌ǖ脊庹ねüɑ酆衔锏线性电光效应可实现谐振波长的纳秒级快速调谐,调谐灵敏度可达疺。研究了该波导光栅的反射谱和透射谱特性与光栅周期、周期数、折射率调制函数及其调制大小的关系。讨论了波导光栅的材料选择、制备工艺、快速可调谐性和偏振相关性。该波导光栅不仅克服了光纤光栅调谐速度慢和不利于大规模集成的不足,而且具有调谐灵敏度高、制备工艺与半导体工艺兼容和偏振无关等优点。提出并设计了光纤马赫曾德尔干涉法测量极化聚合物电光系数的测试系统。该测试系统不仅可以测量聚合物薄膜的电光系数而且可以测量聚合物波导的电光系数,并且可以同时测量聚合物的电光系数张量‘、和‰。该测量方法最突出的优点是不必在聚合物薄膜的表面制各第二个电极,因此尤其适合于在电光聚合物试制阶段测试聚合物的电光系数。干涉仪的输出被反馈到参考臂中控制相位偏置点的压电陶瓷,从而实现对干涉仪相位偏置点的闭环控制,降低了测试系统对环境稳定性的要求并且提高量精度。首次提出并演示了利用基于迈克尔逊干涉原理的反射法同时测量平面波导的六个光学参数的新方法。该方法一次测量过程可以同时测得平面波导的折射率、厚度、插入损耗、吸收损耗、反射率、漫反射系数等多个光学参数,克服了其它方法只能测量一个或两个光学参数的不足。该方法尤其适合于测试多层平面波导中每一层的光学特性。根据测得的吸收损耗和漫反射系数可以判断波导材料的掺杂情况和介质界面的表面粗糙度。首次发现高频す饴龀逍慈氲某ぶ芷诠庀斯庹ぞ哂卸捞氐呐で匦裕篺
扭曲特性具有明显的扭曲方向相关性——顺时针扭曲时谐振波长发生‘红’移,逆时针扭曲时谐振波长发生‘蓝’移,无论顺时针还是逆时针扭曲损耗峰幅值都近似线性减小;舯慌で墓庀吮缺慌で某ぶ芷诠庀斯庹こさ枚啵蚺曲时长周期光纤光栅谐振波长和幅值的变化出现周期性的起伏。利用扭曲光栅引起椭圆双折射进而导致偏振态变化的相关理论合理解释了这些独特的扭曲特性。状畏⑾至烁咂礐激光脉冲制备的长周期光纤光栅的弯曲特性具有明显的弯曲方向相关性,即该长周期光纤光栅向不同的方向弯曲时其谐振波长和损耗峰幅值对应的弯曲灵敏度不同。并且存在两个弯曲方向该长周期光纤光栅的谐振波长和损耗峰幅值对弯曲最敏感,同时存在另外两个弯曲方向该光栅的谐振波长和损耗峰幅值对弯曲最不敏感。根据这些独特的特性首次提出了不仅可以测量弯曲曲率而且可以同时判别任意弯曲方向的弯曲传感器,它克服了其它弯曲传感器只能测量弯曲曲率或只能判别弯曲方向的不足。关键词:聚合物、波导光栅、电光效应、长周期光纤光栅上海交通大学博士后出站报告:
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前言光有源无源器件的发展碑式的革命,使人们可以设计和制作大量基于光纤光栅的新型光有溺死源器件和光纤光栅的出现不仅给光纤通信与传感技术而且给相关领域带来了一次里程智能传感器,如色散补偿器、滤波器、增益均衡器、光纤激光器、、光开关、波长选择器以及各种传感器等。高速、大容量全光通信网络的发展对光通信器件的快速可调谐性提出了越来越高的要求,要求光栅不仅具有可调谐性而且能够实现快速调谐,有些应用甚至要求达到纳秒级的调谐速度。然而,目前常用的光纤光栅庀瞬祭窆庹ず统ぶ芷诠庀斯庹的调谐通常都是基于弹光效应力腿裙庑в温度餍车模餍乘俣嚷话阒荒苁迪趾撩爰兜牡餍常而极大地限制了其在高速光网络中的应用。此外,光纤光栅不利于大规模集成,至多只能实现几个光栅的级联,这也限制了光纤光栅在光纤通信领域的应用。由于光通信网络中的许多有源/无源器件都以光栅为基础,因此研制能实现纳秒级快速调谐的光栅对于推广光栅在光通信领域中的应用,进而对提高全光通信网络的传输容量具有重要的现实意义。光器件的偏振相关性是光网络传输速度的主要制约因素之一,这一点在聚合物光电器件中的表现尤其突出。这是因为电光聚合物器件的外加电场通常会在器件中引起较大的偏振相关性,从而制约了其在快速光网络中的应用。因此研制偏振无关的聚合物光电器件尤其必要。聚合物光电器件是近几年发展起来的热门研究课题。由于聚合物材料、聚合物波导、聚合物光纤、聚合物