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热离子交换光波导的制备和研究

作　者: 罗薇
导　师: 邹林儿
学　校: 南昌大学
专　业: 光学工程
关键词: Ag~+-Na~+离子交换光波导硅酸盐玻璃掺钕磷酸盐玻璃折射率分布
分类号: TN252
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光波导作为集成光学器件的基础得到了广泛的应用和研究。离子交换是制备光波导的重要方法。其具有工艺简单、制备光波导损耗低、重复性好等优点。本文主要制备了基于K9玻璃和N31玻璃的平面光波导。本文主要内容包括以下几个方面：首先介绍了离子交换的基本理论,分析了离子交换机制下Ag+浓度扩散方程和折射率改变的原因。并且计算了平面波导一维扩散方程。然后介绍了测量波导有效折射率和折射率分布的方法。用棱镜耦合法测量有效折射率,用WKB法计算波导的折射率分布和其他参数。其次本文研究了基于K9玻璃和N31玻璃的离子交换工艺。在前人的基础上,通过大量的实验讨论了Ag+浓度、交换时间和交换温度对制备波导的性能的影响。并且得到波导性能和工艺参数的关系。Ag+浓度主要影响光波导的表面折射率和扩散深度,而交换温度和扩散时间主要与光波导的扩散深度相关。可以通过改变Ag+浓度、交换温度、扩散时间等工艺因素来制作特定表面折射率和扩散深度的光波导。最后用MATLAB编程计算出折射率分布和其他参数,并通过紫外-可见光光度计测量波导的吸收光谱,从而分析波导中Ag+浓度大小。结果表明,当工艺为Ag+%(mol)=3%,T=350℃和t=3h时,吸收光谱基本不变,Ag+含量基本稳定。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章绪论  7-12
  1.1 引言  7
  1.2 光波导的用途及研究现状  7-9
  1.3 离子交换技术及其进展  9-10
  1.4 本文主要内容  10-12
第2章离子交换技术  12-27
  2.1 引言  12-13
  2.2 离子交换技术分类  13-17
    2.2.1 纯热离子交换  13-15
    2.2.2 薄膜离子交换技术  15-17
    2.2.3 电场辅助离子交换  17
  2.3 熔盐和基质的离子交换平衡  17-25
    2.3.1 离子源的扩散和迁移  17-20
    2.3.2 离子源和玻璃界面处的反应平衡和动力学  20-21
    2.3.3 扩散方程的一维解:平面光波导浓度分布  21-25
  2.4 离子交换产生的折射率的变化  25-27
第3章平面光波导的表征和测量  27-48
  3.1 光波导理论  27-33
    3.1.1 平板介质波导的线光学模型  27-29
    3.1.2 渐变折射率分布平面介质波导模式本征方程  29-33
  3.2 棱镜耦合法  33-40
    3.2.1 棱镜耦合原理  34-36
    3.2.2 棱镜-波导系统的模式本征方程  36-40
  3.3 折射率分布计算  40-48
    3.3.1 WKB  40-45
    3.3.2 IWKB  45-48
第4章硅酸盐玻璃离子交换制作光波导  48-67
  4.1 实验仪器和样品制备  48-54
    4.1.1 棱镜耦合系统  48-50
    4.1.2 其他实验设备  50-52
    4.1.3 制备步骤  52-54
  4.2 实验设计和结果及分析  54-65
    4.2.1 Ag+浓度的影响  54-57
    4.2.2 温度的影响  57-59
    4.2.3 交换时间的影响  59-62
    4.2.4 光波导吸收光谱  62-65
  4.3 本章结论  65-67
第5章磷酸盐玻璃波导制备  67-76
  5.1 掺钕磷酸盐玻璃光波导的制备  67-72
    5.1.1 掺钕磷酸盐玻璃  68
    5.1.2 制作N31基质上的光波导  68-71
    5.1.3 磷酸盐玻璃波导制备改进  71-72
  5.2 磷酸盐工艺改进  72-76
    5.2.1 实验设计和结果  72-75
    5.2.2 实验工艺总结  75-76
第6章结论  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
附录  82-85
攻读学位期间的研究成果  85

热离子交换光波导的制备和研究

内容摘要

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