【摘 要】
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可调谐FP腔可以通过改变腔体结构来改变中心波长,在光通信、传感和激光领域起着重要的作用。目前可调谐FP腔存在体积大和半波电压较大等局限性。最近,电调谐铌酸锂薄膜型FP腔受到了广泛的关注并成为研究的热点课题。本文将铌酸锂薄膜引入FP腔,设计了铌酸锂脊型波导结构、分析了电极对电调谐铌酸锂薄膜型FP腔的影响以及研究了电调谐铌酸锂薄膜型FP腔与光纤的耦合效率,并对腔的性能进行研究分析。本文利用有效折射率法
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可调谐FP腔可以通过改变腔体结构来改变中心波长,在光通信、传感和激光领域起着重要的作用。目前可调谐FP腔存在体积大和半波电压较大等局限性。最近,电调谐铌酸锂薄膜型FP腔受到了广泛的关注并成为研究的热点课题。本文将铌酸锂薄膜引入FP腔,设计了铌酸锂脊型波导结构、分析了电极对电调谐铌酸锂薄膜型FP腔的影响以及研究了电调谐铌酸锂薄膜型FP腔与光纤的耦合效率,并对腔的性能进行研究分析。本文利用有效折射率法对铌酸锂脊型波导的模式进行研究。分析了铌酸锂脊型波导中模式的有效折射率与铌酸锂脊型波导的刻蚀深度以及宽度的关系。利用商用软件仿真了脊型波导刻蚀不同厚度和宽度时,波导中的模式信息。还分析了随着结构的变化是否出现高阶模式以及单模波导中TE模式的光场分布,多模波导中各阶模式的光场分布以及单模波导的结构范围。通过商用软件仿真了施加电压后,不同波导结构下的损耗和半波电压-长度积的大小。得到损耗和半波电压-长度积达到相对平衡时的刻蚀厚度为300nm。结合不同波导结构下所支持的光学模式的仿真结果,确定了铌酸锂脊型波导的刻蚀宽度为0.8μm,电极与铌酸锂脊型波导的间距为1.75μm。本文仿真了FP腔中的波导布拉格光栅结构。确定布拉格光栅的周期在420nm,波纹宽度为400nm,光栅周期数为70时,FP腔的反射率能达到85%左右。建立了铌酸锂薄膜型FP腔模型,分析了FP腔的性能参数。还通过研究FP腔主要性能参数和腔长的关系,最终得到电调谐铌酸锂薄膜型FP腔的结构以及性能。本文结合实际应用,对铌酸锂薄膜型FP腔和光纤的耦合效率进行研究。研究标准单模光纤和超高数值孔径光纤与腔两端的脊型波导的耦合效率。还研究了上包层的材料为二氧化硅层以及氮化硅材料时,脊型波导与超高数值孔径光纤的耦合效率。结果表明由于空气层,二氧化硅以及氮化硅的折射率逐渐增加,从而使得包层和波导的折射率差减小,波导中的光场分布与超高数值孔径的重合程度增加,耦合效率逐渐增加。对于氮化硅材料为上包层时,耦合效率增加至63.38%,约为空气层的两倍左右。本文所研究的电调谐铌酸锂薄膜型FP腔,与传统FP腔相比,波导厚度以及宽度在纳米量级,具有体积小的特点。通过优化分析,使得电调谐铌酸锂薄膜型FP腔的半波电压较低,自由光谱范围和精细度也有所提升。因此电调谐铌酸锂薄膜型FP腔具有较好的应用前景,本文对电调谐铌酸锂薄膜型FP腔在实际应用具有较好的指导意义。
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