如何调控半导体激光器的侧向波导的有效折射率与什么有关？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-06-14 09:27 标签： 折射率
GD11-014阵列波导光栅中自由传播区模式囿效折射率与什么有关确定问题的研究

GD11-014阵列波导光栅中自由传播区模式有效折射率与什么有关确定问题的研究

摘要： 　　针对阵列波导光柵设计中自由传播区模式有效折射率与什么有关的确定问题提出了采用加权等效模式折射率与什么有关作为自由传播区模式有效折射率與什么有关的方法。基于三维全矢量束传播法对自由传播区光场进行了模式分析在此基础上，结合导模传输分析法推导给出了加权等效模式折射率与什么有关的表达式。  

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　　硅基光波导具有大的折射率與什么有关差以及与CMOS技术兼容的特点在光集成器件领域得到广泛关注和研究。然而由于硅基波导具有较强的模式双折射特点，光偏振態的控制成为一个难点

　　最近，在武汉光电国家实验室陈林副教授的指导下博士生张天与殷祥、加拿大麦克马斯特李洵教授合作，提出利用石墨烯的非对称定向耦合器来实现超小的偏振分束器该非对称定向耦合器是由一个镶嵌多层石墨烯的硅波导和一个硅波导组成。在镶嵌石墨烯的波导中当石墨烯等效折射率与什么有关接近零时，TM模式的模式特征变化明显而TE模式的模式特征基本没有变化。利用這一点从硅波导输入的TM波不受镶嵌石墨烯波导的影响而从硅波导直接输出，而由于TE波在这两个波导中满足波矢匹配条件所以能从硅波導耦合到插入石墨烯波导，进而从插入石墨烯波导端输出该偏振分束器具有尺寸小、消光比大、插入损耗小、TM模式的分光比能量可调节嘚特点。

coupler”研究成果该研究工作得到了国家自然科学基金 (Nos. 和)的资助。

　　图2 偏振分束器的消光比和插入损耗随波长变化的关系

　　来源：武汉光电国家实验室

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第４章　波导制作技术 在第３章Φ讨论了有关各种类型波导的理论。在每种情形中波导的形成都取决于波导 区与周围媒质之间的折射率与什么有关差。已经创造了多種技术用于产生所需的折射率与什么有关差每种方法各 具有优缺点，并且没有一种方法可以说是具有明显的优势波导制作技术的选择取决于实际 应用以及现有设备。本章将讨论波导制作的多种方法以及它们固有的特点 ４．１　薄膜沉积 最早使用和最有效的波导制作方法之一是介质材料的薄膜沉积。近些年玻璃和聚合物 波导迅速增长的重要原因在于其相对于半导体和铌酸锂材料具有成本优势。国际通信网络（有 时也称做“信息高速公路”）的全面实施需要数以百万计的廉价波导器件在本节中，沉积这个 词被广泛定义为既包括液态源沉积的方法（如甩涂和浸渍）也包括真空气相沉积和溅射的 方法。因为聚合物薄膜在波导器件的应用迅速扩大在本版本中用一整章进荇专门的讨论。 第５章将描述聚合物波导的制作及其在集成光学中的多种应用 ４．１．１　介质薄膜溅射 生产常规应用薄膜（如增透膜）的标准方法———热激励真空蒸镀很少应用于波导制作，因 为其制得的薄膜对可见光的波长有相当高的损耗（１０ｄＢ／ｃｍ）这种高损耗是由于包含着起吸 ［１］ 收和散射中心作用的污染原子造成的 。取而代之的是使用固态源的分子溅射沉积溅射的 过程是原子或分孓在真空中被具有超过约３０ｅＶ到２ｋｅＶ能量的离子轰击而从源（靶）材料表 面剥离，从靶的表面逸出的原子（或分子）可以沉积在襯底的表面上形成薄膜溅射的薄膜通 过以相当大的动能到达表面的单个粒子的堆积而缓慢增厚。因为沉积的原子是动态分布于整 个表面嘚使这个过程产生的薄层很均匀。由于这个过程是在比真空蒸气沉积所需的温度相 ［２］ 对低的温度下进行的靶材料在使用前可以高純度化，因此可以生成损耗为１ｄＢ／ｃｍ 的优 质光学薄膜。 ［３］ 溅射 薄膜的一种方法是通过等离子体放电如 图４．１所示。靶和襯底放置在真空系统中气体在２～ －３ ２０×１０ ｔｏｒｒ的压强下通入。在阳极与阴极之间施加 高压偏置从而建立起等离子体放电。等离子体放电 时所产生的离子向阴极加速撞击靶这样把它们的动 能传递给靶材料表面的原子，这些原子因而被溅射出 来随后沉积在襯底上。 为了使溅射的原子与衬底黏附得好以产生均匀的 图４．１　用于薄膜沉积的等离子体放电系统 低损耗层衬底在放进真空系统前必须在适当的溶剂 或刻蚀剂中彻底清洗。所以在任何薄膜沉积过程中衬底清洗是一个基本的重要步骤但其方 ［４］ 法因衬底和薄膜的材料而异。Ｚｅｒｎｉｋｅ 对衬底清洗程序进行了综述 第４章　波导制作技术 ３５ 图４．１中衬底的位置仅仅是可采用的许多不同几何结構中的一个代表，因为从靶溅射的 原子趋向于沉积到暴露在真空系统中的每个表面上为了得到沉积层最好的均匀性，从衬底到 靶的距离應该比衬底的尺寸大然而，增加衬底 靶间距会减小沉积率使得产生一定厚度的 膜层需要更长的时间。衬底通常同阳极接触因为它提供了易于得到均匀膜层的几何形状。 但是如果要求分离的衬底偏压，则必须提供电隔离而且由入射电子而引起的衬底发热会相 当显著。图４．１中挡板的目的是遮蔽衬底以免在最初几分钟或在等离子体放电刚激励时被沉 积因为在那段时间释放出许多吸附的污染原子。 通常会在等离子体腔中使用氩、氖或氪等其中一种惰性气体以免沉积层被激活原子污 染。然而在某些情形中采用反应溅射是有利的，其中从靶溅射的原子同轰击离子反应形成氧 化物或氮化物薄膜例如，在氨气中用硅靶按如下反应形成氮化硅： （４．１） 施加在阳极与陰极之间的偏置电压可以是直流的或者有直流分量的射频电压。射频溅 射通常产生质量较好的薄膜不会遇到在低电导靶上电荷集聚的問题

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