摘要
飞秒激光直写技术是集成光学的一种重要加工手段，由于其具有加工材料广泛、可实现冷加工、真三维加工等优势被广泛研究，目前已应用于通信、拓扑光子学、天文学等多个领域。光波导作为集成光学的基础元件，对其基础性质的研究对于提高光波导性能和功能化非常重要。其中波导有效折射率的准确测量对于波导模式耦合和相位延迟等应用意义重大。本文的工作集中在波导有效折射率的测量原理和模拟验证、波导有效折射率的实验测量，以及通过对激光加工参数调节实现对波导有效折射率的控制研究。主要研究内容如下： 1.提出了基于断臂马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnderinterferometer,MZI）的波导结构测量光波导有效折射率的方法，详细介绍了利用该方法用于测量波导有效折射率的原理，并利用Rsoft软件模拟波导器件证明了该方法的可行性。具体地，研究内容包括高斯光束在断线波导传输时引起的损耗和相位变化，以及利用断臂MZI测量波导有效折射率的工作原理。 2.利用断臂MZI结构，在实验上实现了对波导有效折射率的准确测量。具体地，在实验上利用1030nm、脉宽290fs、重频1MHz的飞秒激光直写制备了不同断开长度的断线波导，并利用808nm的连续激光对其损耗进行了测试和拟合，验证了断线波导损耗理论的实用性。用相同实验条件制备了偏振相关的定向耦合器（Directionalcoupler,DC），以及利用定向耦合器的实验参数制备了不同断开长度的断臂MZI。对其输出结果进行测试拟合，获得了光波导的有效折射率为1.504+7.7×10-4。同时本文讨论了实验制备MZI器件断开长度的数据选取范围，以及测试结果的可靠性。在实验方面，我们制备了干涉臂断开长度为20μm-1970μm的MZI，并选取了不同的拟合长度，将其拟合获得的波导有效折射率差进行对比后，得到最佳拟合数据范围为20μm-970μm。为了研究波导有效折射率测试结果的可靠性，在同一实验条件下重复制备了四组断臂MZI，对其有效折射率进行对比获得其标准差为9.54×10-6。 3.研究了飞秒激光直写玻璃波导有效折射率的定量控制，通过对飞秒激光的加工参数进行调节进而改变制备光波导的有效折射率。具体地，通过对激光扫描次数和扫描速度进行控制，制备的波导有效折射率差的控制范围分别达到5.01×10-4-7.46×10-4和2.65×10-4-7.89×10-4。
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