光隔離器只允許一個方向的光通過而隔離反方向光的傳輸,是光路系統(tǒng)中重要元器件之一。如今商用的光隔離器都是體型光隔離器,一般體型光隔離器存在體積較大的問題,不利于集成化。隨著集成光路的發(fā)展,利于集成的波導(dǎo)型光隔離器的相關(guān)研究已越來越受到重視。光波導(dǎo)作為波導(dǎo)型光隔離中最核心的部件,可以將光波限制在微米量級范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸,大大的提高了光密度。光波導(dǎo)的性能決定了波導(dǎo)型光隔離器的性能,因此制備用于光隔離器的光波導(dǎo)一直是國內(nèi)外學(xué)者研究熱點(diǎn)。硼鋁硅酸鹽體系的磁旋光玻璃由于具有優(yōu)良的光學(xué)、熱穩(wěn)定性質(zhì)、較大的費(fèi)爾德常數(shù)以及在可見和近紅外光區(qū)域有較高的透過率,是制備磁光器件最基本的材料。本論文選用硼鋁硅酸鹽體系的磁旋光玻璃制備光波導(dǎo)。離子注入技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展了近60年的材料改性技術(shù),已經(jīng)在100多種材料上完成了光波導(dǎo)的制備。離子注入技術(shù)能控制注入離子的種類、能量和劑量,具備簡單、靈活和精確度高等優(yōu)點(diǎn)。然而離子注入磁旋光玻璃只能夠制備在一個維度限制光傳播的平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。脊形光波導(dǎo)具有小的橫截面積,而且能夠在兩個維度上限制光的傳輸,更有利于集成化。制備脊形光波導(dǎo)的方式有離子束刻蝕,飛秒激光刻寫、精密金剛石切割、濕法刻蝕等。不同于其他技術(shù),精密金剛石切割技術(shù)制備的脊形光波導(dǎo)側(cè)壁比較光滑,光傳輸損耗較小,是一種新型制備工藝。本論文研究離子注入和精密金剛石切割技術(shù)在磁旋光玻璃上平面及脊形光波導(dǎo)的制備及相關(guān)特性,探討了波導(dǎo)類型及形成機(jī)理,為磁旋光玻璃波導(dǎo)用于光隔離器提供了新的思路。主要工作內(nèi)容如下:1、單能量氫離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)利用單能量500 keV氫離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)。在633 nm波長下對平面光波導(dǎo)進(jìn)行光學(xué)性能測試,測量出波導(dǎo)模式有4個,是一個多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu),測量損耗大小為3.56dB/cm。2、雙能量氫離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)利用500 keV和550 keV的氫離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)。在可見(633 nm)和近紅外(1539 nm)波長下對平面光波導(dǎo)進(jìn)行了光學(xué)性能測試。測量結(jié)果表明隨著波長的增大,傳輸模式減少,測量損耗大小為1.56 dB/cm。相比于單能量氫離子注入,雙能量注入加寬了波導(dǎo)的“光學(xué)位壘”,減小了光傳輸損耗。3、MeV碳離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)利用5.5 MeV和6.0 MeV的碳離子注入磁旋光玻璃制備平面光波導(dǎo)。在633 nm波長下進(jìn)行了光學(xué)性能測試,在該波長下只存在一個傳輸模式,表明波導(dǎo)是單模波導(dǎo),測量損耗大小為1.2 dB/cm。相比于多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu),單模波導(dǎo)傳輸損耗大大降低。4、精密金剛石刀切割磁旋光玻璃制備脊形光波導(dǎo)利用Disco DAD3350型精密金剛石切割機(jī)對單能量氫離子注入制備的平面光波導(dǎo)進(jìn)行切割處理,形成脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)切割深度為30?m,脊寬為8?m,脊間隔為250?m。在633 nm和1060 nm波長下對脊形光波導(dǎo)進(jìn)行模場測試,表明8?m寬的脊波導(dǎo)能夠很好限制光的傳輸。在633 nm的傳輸波長下,測量脊波導(dǎo)的損耗為3.28 dB/cm。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN252
【部分圖文】：

逆磁性玻璃費(fèi)爾德常數(shù)一般較小，目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)為摻 Tb3+離子的旋另外，不同玻璃基質(zhì)對費(fèi)爾德常數(shù)有很大影響。根據(jù)研究表明，不同玻璃體系費(fèi)爾小到大依次為硅酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃。雖然摻的鋁硼硅酸鹽玻璃的費(fèi)爾德常數(shù)比晶體材料和磁性薄膜弱，但隨著近些年玻璃制備的提高，費(fèi)爾德常數(shù)的大小幾乎達(dá)到了晶體材料的量級水平[23]。另外，其在光學(xué)均勻寸生長、可見和近紅外區(qū)域具有高透過率等方面相對于其他磁光材料而言具有一定因此，其已經(jīng)成為一種被廣泛使用的磁光材料。隔離器是由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、檢偏器和沿著光傳播方向的外加磁場組成，如圖 1.1 所示。磁光波導(dǎo)為法拉第旋轉(zhuǎn)器的一種類型，可實(shí)現(xiàn)光隔離器的集成化，偏器和檢偏器的連接部分，不僅可以實(shí)現(xiàn)光信號的傳輸，而且應(yīng)用在光隔離中可以光信號，是光隔離器件的核心部分[24-25]。因此，制備出高性能的光波導(dǎo)關(guān)乎整個波離器的質(zhì)量。

圖 1.2 在 GGG 晶體上制備 YIG 脊形波導(dǎo)爾實(shí)驗(yàn)室的 R. Wolfe 和 R. A. Lieberman 等人[30]在釓鎵石榴石上生膜，厚度從上到下分別為 3.4 m、3.4 m 和 1.5 m。并采用硅離 0.5 m，寬度 8 m 的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示 V. Parys 等人[31]在聚合物材料 InP 上制備了適用于光隔離器的波 等人[32]在聚合物 InGaAsp/InP 上制備了適用于光隔離器的波導(dǎo)結(jié)隔離度達(dá)到了 14.7 dB（波長 1530 nm~1560 nm）。 Shih 等人[33]利用波長為 800 nm、脈寬為 60 fs、頻率為 25 MHz 的能量為 10 nJ、掃描速度為 10 mm/s 的條件在磁旋光玻璃上刻寫

圖 1.2 在 GGG 晶體上制備 YIG 脊形波導(dǎo)爾實(shí)驗(yàn)室的 R. Wolfe 和 R. A. Lieberman 等人[30]在釓鎵石榴石上生膜，厚度從上到下分別為 3.4 m、3.4 m 和 1.5 m。并采用硅離 0.5 m，寬度 8 m 的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示 V. Parys 等人[31]在聚合物材料 InP 上制備了適用于光隔離器的波 等人[32]在聚合物 InGaAsp/InP 上制備了適用于光隔離器的波導(dǎo)結(jié)隔離度達(dá)到了 14.7 dB（波長 1530 nm~1560 nm）。 Shih 等人[33]利用波長為 800 nm、脈寬為 60 fs、頻率為 25 MHz 的能量為 10 nJ、掃描速度為 10 mm/s 的條件在磁旋光玻璃上刻寫

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本文編號：2818303