学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

玻璃基光波导离子交换技术的研究

作　者: 陈叙
导　师: 李锡华
学　校: 浙江大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 离子交换技术 离子交换模型 热处理过程 电场辅助 玻璃基 光波导 光学特性 平板波导 玻璃波导 折射率变化
分类号: TN252
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 142次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文主要面向用于生产玻璃波导的离子交换技术的研究和实验。文章首先较为全面地介绍了离子交换基本理论。包括离子交换的机理、产生折射率变化的原因、以及相关的生产条件和相关参数的影响。然后在较为详细地介绍一些基本的数学分析方法的基础上，建立了具有针对性的离子交换理论模型，并给出了根据掺杂离子的浓度模拟波导光学属性的方法。 本文的实验工作主要集中在利用K~2／Na~+离子对的交换研究方面。以光学级BK7玻璃作为反应基片，首先通过K~+-Na~+一次离子交换反应形成离子交换波导的基础结构。然后利用电场辅助热处理过程和Na~+-K~+二次离子交换过程对波导的结构进行优化，以实现更理想的波导性能。 本文对所用实验工艺过程进行了详细介绍，对制备的平板波导和沟道波导样品分别进行了光学特性测试和离子浓度测试。利用这些实验数据对建立的离子交换模型进行了分析，得到了较为满意的结果。 本文希望在理论和实践相结合的基础上，对本文研究所涉及的一次离子交换、二次离子交换及电场辅助的离子交换波导的热处理过程的特点和用途进行比较和分析，建立一套分析离子交换相关反应过程及参数同波导的光学特性之间关系的分析方法。最后给出了一套在本文研究条件下合理的工艺过程参数。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-5
目录  5-8
第一章 前言  8-14
  1．1 引言 集成光学的产生和发展  8-9
  1．2 玻璃集成光学  9-10
  1．3 离子交换玻璃集成光学  10-11
  1．4 本论文的研究范围  11-14
第二章 熔盐离子交换  14-39
  2．1 引言  14-16
    2．1．1 熔盐离子交换法的历史和用途  14-16
    2．1．2 研究的现状  16
  2．2 离子交换的物理和化学性质  16-22
    2．2．1 玻璃中离子的电导率  16-17
    2．2．2 离子交换的驱动机制  17-19
      2．2．2．1 热交换过程  18-19
      2．2．2．2 电场辅助  19
    2．2．3 熔盐离子交换的材料和条件  19-22
      2．2．3．1 玻璃和掺杂离子  19-22
      2．2．3．2 温度  22
      2．2．3．3 交换离子的相对大小和基片的组分  22
  2．3 实验条件和过程参数  22-27
    2．3．1 实验设备  22-25
      2．3．1．1 反应炉、坩锅、交换盐  23-24
      2．3．1．2 控制设备  24
      2．3．1．3 清洗的注意事项  24-25
      2．3．1．4 电场辅助交换的特殊要求  25
    2．3．2 反应过程  25-26
    2．3．3 多步反应过程  26-27
    2．3．4 波导的后处理过程  27
  2．4 波导的属性  27-39
    2．4．1 折射率变化和掺杂离子浓度的关系  27-31
      2．4．1．1 化学变化  27-29
      2．4．1．2 应力  29-31
    2．4．2 折射率变化分布  31-39
      2．4．2．1 相对迁移率的影响  31-33
      2．4．2．2 温度和时间的效应  33-39
第三章 玻璃离子交换波导的理论分析  39-67
  3．1 离子交换过程的模拟  39-48
    3．1．1 离子在玻璃中的扩散和迁移  39-41
    3．1．2 离子源和玻璃界面处的反应平衡和动力学  41-42
    3．1．3 反应方程的一维解：平板波导的制造  42-45
    3．1．4 反应方程的二维解：沟道波导的制造  45-48
  3．2 离子交换产生的折射率变化  48-49
  3．3 离子交换波导中的光传输模拟  49-56
    3．3．1 光波导的模式属性  50-51
    3．3．2 平板波导的WKB分析法  51-54
      3．3．2．1 模式传播常数的计算  51-53
      3．3．2．2 反WKB法  53
      3．3．2．3 平板波导的模场分布  53-54
    3．3．3 求解波导模式的方法  54-55
    3．3．4 光线传输法(BPM)  55-56
  3．4 本文所做的理论研究  56-67
    3．4．1 掺杂离子浓度的分布  57-60
      3．4．1．1 一次离子交换反应  57-58
      3．4．1．2 二次离子交换反应  58-59
      3．4．1．3 电场辅助热处理过程的模拟  59-60
    3．4．2 波导的光学特性模拟  60-67
      3．4．2．1 对于光场分布的模拟  61-62
      3．4．2．2 对于光场传输的模拟  62-67
第四章 实验工艺流程  67-76
  4．1 工艺流程  67-72
    4．1．1 工艺中的清洗流程  67-68
    4．1．2 铝膜的淀积流程  68
    4．1．3 光刻流程  68-70
      4．1．3．1 匀胶  69
      4．1．3．2 前烘  69
      4．1．3．3 曝光  69
      4．1．3．4 显影  69-70
      4．1．3．5 后烘  70
    4．1．4 湿法刻蚀掩模图形  70
    4．1．5 器件端面抛光  70-72
      4．1．5．1 粘片  71
      4．1．5．2 粗磨  71
      4．1．5．3 抛光  71-72
      4．1．5．4 清洗  72
  4．2 多步离子交换过程  72-74
    4．2．1 离子交换反应过程  72-73
    4．2．2 电场辅助热处理过程  73-74
  4．3 实际工艺中需要注意的问题  74-76
第五章 实验结果与分析结论  76-88
  5．1 光波导的光学性能测试  76-80
    5．1．1 光波导的光学性能测试系统  76-77
    5．1．2 波导的光学测试结果及分析  77-80
      5．1．2．1 近场光斑实验数据与理论数据的比较  77-78
      5．1．2．2 各种反应条件对一次离子交换波导性能的影响  78-79
      5．1．2．3 电场辅助热处理对波导性能的影响  79-80
      5．1．2．4 二次离子交换对波导性能的影响  80
  5．2 离子浓度分布的直接测量  80-85
    5．2．1 扫描电子显微镜的工作原理  80-82
    5．2．2 样品的离子浓度测试结果与结论讨论  82-85
      5．2．2．1 面扫描的应用——标样法确定系统参数  82-84
      5．2．2．2 线扫描——分析离子浓度变化趋势  84-85
      5．2．2．3 点扫描——检验理论模型  85
  5．3 实验结果的综合讨论  85-88
第六章 总结  88-89
致谢  89

相似论文

  1. 飞秒脉冲激光光刻波导技术,TN252
  2. 基于多通道模式滤光检测的同步分离分析光化学传感器的研究,TP212.2
  3. 菌紫质光诱导折射率变化及在全息存储中的应用研究,O438.1
  4. 光纤布喇格光栅的仿真与测量,TN253
  5. SiO_2及Sn:SiO_2溶胶—凝胶波导材料的制备及其特性研究,TN304
  6. 紫外诱导折变AWG材料基础研究,TN256
  7. 光敏性偶氮苯聚合物波导光栅的制备及其特性,TN253
  8. PPV中双键顺反异构过程及衍生的物理性质变化,O631.3
  9. 光波导数值模拟及实验研究,TN252
  10. 离子交换玻璃级联Y分支光波导研究,TN252
  11. 掺铒光波导放大器的增益带宽及实验研究,TN722
  12. 有机材料受激发射特性研究,TN383.1
  13. 平面光波导表征技术及离子交换玻璃波导的制备,TN252
  14. 含左手材料平板波导的电磁特性,O441.6
  15. 基于平板波导的头盔显示技术研究,TN27
  16. 金属平板和光栅结构理论研究,O436.1
  17. 基于平板波导器件的多阶差分相移键控信号解调器研究,TN763
  18. 基于有限元方法的平板波导场模分析,TN252
  19. 掺铝氧化锌薄膜的相关特性研究,O484.4
  20. DMIT类金属有机配合物复合薄膜的三阶非线性光学性能研究,O437

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光波导
© 2012 www.xueweilunwen.com