论文摘要
将不同功能的光学元件集成在一起获得多功能、高集成度的集成光学回路是光子学发展的趋势。材料是集成光学的基础,材料各方面的性能决定了集成光学器件能够实现的器件功能和器件集成度。对给定的材料体系,选择适当的器件构型可起到充分利用材料特性的作用。因此,新材料与新器件构型是集成光学研究的重要内容。本博士论文围绕“有机/无机复合材料光学性质及其可调控光波导器件”这个课题,结合复合材料兼备有机材料加工性强、光学特性突出和无机材料稳定性强的双重优点,采用新设计的特殊光波导构型,开展了一系列工作。主要内容包括有机/无机复合材料的制备与表征,多功能多模干涉（multimode interference, MMI）波导器件设计,可调控波导器件的设计与制备等。特别对于多功能波导器件设计,可调控波导器件的设计与制备,有机/无机复合光学材料中残余羟基导致1550 nm波段损耗这三个学术界相当关注的热点问题进行了深入的研究与探讨。取得的主要创新性研究成果如下：1.提出多模干涉（MMI）波导器件可以用于设计和制备多功能的光子学器件,是一个更智能的器件设计平台。设计了有四个功能的可调控三通道MMI波导光分束器。在C波段,附加损耗好于-0.45 dB,消光比好于-29.0 dB,非均匀度好于0.08 dB,偏振相关损耗好于0.14 dB。将多个器件级联,可以实现可调控的1×1～1x37光分束器。另外还设计了单个MMI器件实现的可调控的1×1～1×5的光分束器,进一步说明了MMI适用于设计与制备多功能的集成光子学器件。2.设计并制备出一种新的紧凑型非对称1×2 MMI光开关波导器件,通过将MMI波导的一输出端移至边界,在保持器件高消光比性能的同时,进一步缩小了器件尺寸。采用有机/无机复合材料制备的该类器件,MMI长度仅为2 mm,在1550 nm,响应时间小于4.5 ms,开关功耗52 mW,消光比好于20 dB。此外,还制备出8路可变光衰减器阵列和长周期波导光栅可调滤波器,使得有机/无机复合材料在光波导器件方面的应用得到了很大的扩展。3.通过对甲基丙烯酸丙脂基三甲氧基硅烷/丙氧基锆烷（MAPTMS/ZPO）、甲基丙烯酸丙脂基三甲氧基硅烷/二苯基二羟基硅烷（MAPTMS/DPSD）体系的研究,提出了结合两种体系优点的MAPTMS/ZPO/DPSD体系。这种新材料可以接触式紫外曝光,工艺简单,羟基含量比MAPTMS/ZPO体系小一半以上,适合制备低损耗的光波导器件。
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