薄膜光波导声光调制器的制作及性能研究

作     者：贾晨阳 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张春霞

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 070207[理学-光学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：声光调制器 光波导 叉指换能器 缓冲质子交换 插入损耗 近场模式 衍射效率 

摘      要：以铌酸锂薄膜为平台的薄膜声光调制器具有功耗低、稳定性好、高消光比、体积小、调制效率高、易于集成等优点。本课题针对铌酸锂薄膜光波导声光调制器展开了一系列的实验研究和理论分析,研究结果有较高的实用价值,对声光调制器的发展具有很好的指导意义。由于MZ结构的光波导具有较低的附加损耗、较高的耦合效率,所以本论文选用MZ光波导作为主要研究对象,主要工作内容包括:1、设计一种叉指电极与行波电极相结合的电极结构和MZ光波导结构,并进行了仿真:1)波导宽度分别为5.3μm、5.15μm、5.0μm,张角分别为θ=0.0573°和θ=0.0564°,声光相互作用区长度分别为1.8cm和2.3cm;2)叉指换能器的叉指宽度设计为6.75μm,叉指长度为1.8cm,周期为27μm,电极厚度为100nm,电极对数为8;3)行波电极电极间距为11.5μm,宽度为7μm,二氧化硅厚度为1.2μm。本文使声光调制器的工作频率可以根据射频信号的频率进行改变,增加了器件的灵活性。2、进行了薄膜光波导声光调制器的制作:1)对制作光波导的核心技术缓冲质子交换进行研究,确定交换条件为:交换液浓度3%,交换温度245℃,交换时间5h,退火温度370℃,退火时间3h30min;2)本实验选用X切铌酸锂薄膜作为初始材料,完成了薄膜光波导声光调制器的整体制作。本文通过对初始材料的选择以及交换条件的研究,有效地减小了声光调制器产生的插入损耗。3、对薄膜光波导声光调制器的性能进行测试:1)对薄膜光波导声光调制器进行插入损耗的测试,最低损耗为3.5d B,达到声光调制器损耗要求;2)近场模式,分析了模场对插入损耗的影响,并且通过对光波导两臂光强的判断,得出薄膜光波导声光调制器具有较高的调制效率;3)设计并搭建了薄膜光波导声光调制器的测试系统,测试衍射效率,并对结果进行了分析。本文完成了薄膜光波导声光调制器设计,并成功在X切铌酸锂薄膜上制作出声光调制器,经过测试对比分析,结果表明使用薄膜材料制作的调制器相比于体材料而言,在损耗、调制效率等方面都有着较大的优势。本文论文工作为后续薄膜声光调制器的研究奠定了基础。