钒酸盐晶体波导结构优化设计和光传播特性研究

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1、分类号：O437密级：UDC：535.8学校代码：11065硕士学位论文钒酸盐晶体波导结构优化设计和光传播特性研究张敏指导教师孔伟金教授学科专业名称物理学论文答辩日期2016年5月26日摘要光波导结构是由低折射率介质包围高折射率介质所形成的波导结构。在波导结构中，波导是一种将光限制在特定介质区域（微米量级）内部或表面附近的狭窄的导光通道元器件，它能使光波沿着某一确定的方向进行传播。通过在光波导上制备多种微型光学元件，并互联组成的具有特定功能的光学系统称为集成光路。在论文中，探讨了波导的基本结构理论和制备方法。以经典的电

2、磁学理论和线性光学理论为基础，推导出了在不同能级下条形光波导的泵浦阈值和波导激光的斜率效率。介绍了光束传播法的基本求解过程，并利用麦克斯韦方程求解出TE模和TM模的场分布。光波导的传输损耗是判断波导性质优劣的主要指标，为设计出低传输损耗和高效率的波导，采用Rsoft仿真模拟软件和有限差分光束传播方法，对镱掺杂钒酸盐晶体（Yb:YVO4、Yb:LuVO4、Yb:GdVO4）单线条形波导、双线条形波导和包层波导与材料的折射率差、波导尺寸等参量进行优化。论文所采用的晶体光波导是由飞秒激光微加工技术所制备的，主要研究了Yb:钒

3、酸盐晶体波导在不同结构参量下的光传播性质，仿真了Yb:钒酸盐晶体波导在不同结构参量下所引起的激光强度分布。通过选取特定参量范围，使光在波导内只以基模形式传播，且光在波导内的近场光强分布稳定，散射损耗低，模式转换损耗消失。通过控制波导参量可有效降低光在波导内的传播损耗并提高近场光强分布的稳定性，能够为飞秒激光微加工多种晶体波导及其晶体波导激光器设计提供一定的理论依据。关键词：飞秒激光直写；传输损耗；波导激光；钒酸盐晶体AbstractTheopticalwaveguidestructurewhichisformedbyt

4、hehighrefractiveindexmedium,issurroundedbylowrefractiveindexmedium.Inthewaveguidestructure,waveguideisakindofnarrowchanneloflighttransmissioncomponents,whichmakesthelightlimitinamicronregionparticularmediumorthesurface,anditcanmakethelightwavespropagatedalongace

5、rtaindirection.Bystudyingontheopticalwaveguidepreparationofmicroopticalelement,andmakingthemconnectedwithspecificfunctionsoftheopticalsystemwhichiscalledintegratedoptics.Inthepaper,westudythebasicstructureofthewaveguidetheoryandthemethodofpreparation.Usedtheclas

6、sicalelectromagnetictheoryandlinearopticaltheoryasthefoundation,wededucedpumpthresholdofstripopticalwaveguideunderthedifferentlevelandslopefficiencyofthewaveguide.Thispaperintroducedthebasicsolvingprocessofthebeampropagationmethod,andtheMaxwellequationisusedtode

7、riveTEmodeandTMmodedistribution.Themainindexofevaluatingwaveguidepropertiesisopticalwaveguidetransmissionloss,inordertodesignalowlossandhighefficiencyofwaveguide,basedontheRsoftsimulationsoftwareandthefinitedifferencebeampropagationmethod,wehaveoptimizedtheYb:YV

8、O4andYb:LuVO4andYb:GdVO4crystalsinglewaveguide,doublewaveguideandcladdingwaveguide’soptimalparameterssuchastherefractiveindexdifferencebetweenwaveguideandmaterial,the