基于Optiwave的硫系玻璃脊形光波导结构设计【开题报告+文献综述+毕业设计】

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1、毕业设计开题报告电子信息科学与技术基于Optiwave的硫系玻璃脊形光波导结构设计1、选题的背景与意义1.1课题的背景：目前光纤通讯网络信息运载能力的提高并非受制于传输介质的能力，而是受到用于信号切换和处理的电子装置速度的限制，尤其随着高品质、低损耗光纤材料研究的突破，电子装置由于存在时钟偏移、严重串话和高损耗的缺点而产生光纤通信系统中的“信息瓶颈”现象。解决此瓶颈的关键是开发非线性超快光子学器件。由于玻璃具有在大部分波段透明、较好的化学稳定性和热稳定性、较高的三阶非线性极化率、较快的光响应时间、易于成纤成膜、易于机械光学加工等优点，受到研究者的普遍关注。一场旨在以充满生机活力的高速光子

2、取代现有信息转换媒体即电子的革命性进程已经开始。随着全光信息处理和光计算机研究的发展，三阶非线性光学玻璃的研究已成为近年来光电子技术领域中最引人注目的研究课题之一。目前三阶非线性光学玻璃的研究方向是寻求非线性光学性能、响应时间、化学稳定性、热稳定性、光学损耗、加工特性及材料成本等诸因素的最佳结合点。其中，新型硫卤玻璃、高折射率氧化物玻璃、各种共振型掺杂玻璃等均有希望成为全光开关材料的最佳候选。1.2选题的意义：硫系玻璃具有较高的转变温度，较好的力学性能，制成的纤维有较好的可挠性，但硫系玻璃的折射率大，瑞利散射强，中红外区本征吸收较大。硫系玻璃的电学性质研究得很多，而且也取得了有实用价值的

3、新进展。随着硫系玻璃工艺的日趋成熟，硫系薄膜也逐渐引起了人们的关注。《OpticalExpress》、《OpticalLetter》等刊物近几年相继发表了数十篇关于硫系薄膜波导制备及其在光器件应用的研究报道。国外对硫系薄膜光波导的研究一直处于领先位置，其中美国海军实验室（NavelResearchLaboratory）、美国西北太平洋国家实验室（PacificNorthwestNationalLaboratory）、澳大利亚国立大学（TheAustralianNationalUniversity62）激光物理中心、英国南安普顿（Southampton）大学光电子中心、美国麻省理工大学微光

4、子中心、法国凝聚态物理化学研究所等机构不断研究，已取得了阶段性的进展。他们利用热蒸发、磁控溅射、激光脉冲沉积等方法，制备了包括Ga-La-S,As2S3,Ge-As-Se-S等一系列低损耗（<0.3dB/cm）的硫系薄膜。特别在澳大利亚国立大学激光物理中心采用As2S3薄膜主份在Si衬底上，实现了集成波长转换器、光解复用器、光存储和光交换为一体的处理速率高达640Gb/s的硫系光子芯片，被誉为下一代因特网数据处理中心。由此可见，基于硫系玻璃薄膜的器件越来越受到人们的关注，硫系薄膜作为光器件的基础材料在未来的全光网络中具有极其重要的作用。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容：

5、2.1分析硫系玻璃薄膜的特性硫系玻璃薄膜具有高的光敏性、高的溶解能量、容易制备、组分可调等优点，其折射率比石英玻璃高2～3个数量级更是使它成为集成光学器件研究的焦点。澳大利亚国立大学激光物理中心实现了集成波长转换器、光解复用器、光存储和光交换为一体的处理速率高达640Gb/s的硫系光子芯片，被誉为下一代因特网数据处理中心。硫系薄膜的双光子系数较低。2002年，乌兹别克斯坦科学院利用Z扫描测量了As2S3,As20S80,2As2S3/As2Se3,3As2S3/As2Se3非晶薄膜在1064nm和532nm皮秒激光照射下的双光子吸收系数。硫系非晶薄膜的双光子吸收系数较低，而且在硫系非晶半

6、导体中，由双光子吸收而产生的自由电子对非线性速度变化的影响不大。这也是硫系非晶薄膜研究的一个重要方向。硫系非晶半导体薄膜结构较韧，容易发生结构变化，因此光照等外界条件下容易引起折射率的改变，可以观察到较大的非线性行为。大部分非线性效应都会伴随着发生一个超快的电子转化过程，一般在50飞秒数量级。随着国内外对硫系玻璃研究的深入，硫系薄膜的研究在最近几年也逐渐引起了人们的关注。薄膜的组分、外界环境条件、沉积方法等的不同会引发不同的光学特性。硫系非晶半导体材料具有较大的非线性折射率n2，低的双光子吸收系数β。对于硫系非晶薄膜，要寻求线性折射率与双光子吸收系数的平衡，一般选择非线性品质因数（FOM

7、）>5。目前硫系非晶薄膜研究的目的在于通过组分优化、镀膜工艺的改进来提高FOM值。目前部门已经对各种金属掺杂的硫系非晶薄膜的性能进行了相关研究。2.2等效脊形光波导结构图1为等效脊形光波导的结构。其中n1为覆盖层(空气)，n2为波导层，n362为衬底。波导的内脊高为b，外脊高为h，脊宽为W。在y方向上，由于各介质层折射率的差别，光能被限制在中间折射率较高的波导层中。对脊形光波导而言，光能不仅在y方向上受到限制，而且在x方向上也受到限