质子注入掺镱磷酸盐玻璃平面光波导的近红外特性（英文）

在能量为(0.5+0.55)MeV和剂量为(1.0+2.0)×10~(16) ions/cm~2的条件下,通过氢离子注入制备了掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃波导,并研究了该波导在近红外波段的特性.棱镜耦合法测量的离子注入波导的导模的有效折射率与反射计算法计算的有效折射率基本吻合.通过模拟辐照引起的空位分布,探讨了离子注入平面波导的形成理论.利用FD-BPM对波导中的传播模式进行了模拟,结果表明高能量的氢离子注入掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃能够制备出近红外波导结构.     

Ag+-Li+离子交换制作Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃平面光波导

制备了化学稳定的Er3+/Yb3+共掺的磷酸盐玻璃,并在其中制作了用于光放大器和激光器的平面光波导.这种磷酸盐玻璃的失重速率为4.7×10－5g·cm－2·hr－1,小于Kigre公司商业化的磷酸盐玻璃QX/Er的失重速率.采用Ag+-Li+交换技术制作了平面光波导并用m-线光谱在632.8 nm测量了平面光波导的有效折射率.根据反WKB法得到折射率形貌,计算了离子交换参数如:离子交换深度、表面折射率,折射率改变和扩散系数等.     

BK7玻璃保护层掺钕磷酸盐玻璃波导特性

实验研究了基于KNO3稀释AgNO3混合熔盐离子交换法制备的镀有BK7玻璃保护层的N31型掺钕磷酸玻璃平面波导。采用棱镜耦合技术测试了其波导的有效折射率,应用IWBK方法拟合了其折射率分布。实验结果表明:在一定的扩散时间(5～7h)和交换温度(360～380℃)范围内,KNO3与AgNO3混合熔盐比对波导制备的影响起主导作用,引起的表面折射率的变化可达到0.025;BK7玻璃保护层对热离子交换掺钕磷酸盐玻璃表面起到了很好的保护作用,获得了良好的导模传输特性,其光传输损耗约为0.9dB/cm。     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃光波导的FD-BPM分析

阐述了三维波导结构的FD-BPM原理,并用FD-BPM法模拟了波长为1.54μm和0.98μm的高斯光束在Er³⁺-Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光波导内光场分布.与沟道光波导相比,掩埋型光波导内的泵浦光和信号光的散射都非常小,光场分布非常均匀.研究结果表明,掩埋型光波导是制作Er³⁺-Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光波导激光器和放大器的理想波导.     

Cu~(2+)离子注入的石英光波导的特性研究（英文）

利用Cu~(2+)离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu~(2+)离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

飞秒激光在掺Nd3+光热敏折变玻璃中写入光波导

利用中心波长1 028nm、重复频率50kHz、脉冲宽度220fs的超短脉冲激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响,得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10~(-4)和+5.5×10~(-4).利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29dB/cm;通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd~(3+)光热敏折变玻璃中直接写入光波导,在集成光学器件上具有广阔的应用前景.     

后处理对离子交换磷酸盐玻璃平面光波导的影响

研究了退火和二次离子交换对Er3+/Yb3+共掺的磷酸盐玻璃平面光波导传输特性的影响。在退火过程中，由于热效应和波导层Ag+离子的浓度差使得Ag+离子重新分布；随着退火时间的延长和温度的升高，光波导模式数目逐渐增加，波导层深度加深，且波导表面折射率与玻璃基质折射率差减小，退火扩散深度与退火时间的平方根成正比。电子探针结果显示在二次离子交换后形成了掩埋式的光波导，Ag+离子浓度接近二次方分布，而掩埋式的光波导有助于降低光波导的传输损耗。     

掺铒磷酸盐玻璃离子交换波导表面保护的研究

对离子交换波导制备过程中掺铒磷酸盐玻璃表面的侵蚀问题进行了研究,分析了产生侵蚀的原因,提出镀K9玻璃薄膜的方法,对掺铒磷酸盐玻璃表面进行保护.采用光学显微镜和原子力显微镜对波导表面特性进行了表征,同时对平板波导的光学特性进行了测试.研究表明K9玻璃薄膜不仅能够对掺铒磷酸盐玻璃起到保护作用,同时允许交换离子透过进入磷酸盐玻璃形成波导层.     

超短脉冲激光在掺Er3+ 磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er³⁺磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱，成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源，系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明，在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下，写入脉冲能量为1.8μJ时，光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成；写入速度为40μm/s时，光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时，波导横截面对称性较好且折射率修改明显；近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称，导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布，结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^-4.截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.     

Optical planar waveguides in yb3＋-doped phosphate glasses produced by He＋ ion implantation

Optical planar waveguides in Yb 3+-doped phosphate glasses are fabricated by implanting triple-energy helium ions. The guiding modes and the near-field intensity distribution are measured by using the prism-coupling method and the end-face coupling setup with a He-Ne laser at 633 nm The intensity calculation method (ICM) is used to reconstruct the refractive index profile of the waveguide. The absorption and the fluorescence investigations reveal that the glass bulk features are well preserved in the active volumes of the waveguides, suggesting the fabricated structures for possible applications as waveguide lasers.     

Optical planar waveguides in Yb³⁺-doped phosphate glasses produced by He⁺ ion implantation

Optical planar waveguides in Yb 3+-doped phosphate glasses are fabricated by implanting triple-energy helium ions. The guiding modes and the near-field intensity distribution are measured by using the prism-coupling method and the end-face coupling setup with a He-Ne laser at 633 nm The intensity calculation method (ICM) is used to reconstruct the refractive index profile of the waveguide. The absorption and the fluorescence investigations reveal that the glass bulk features are well preserved in the active volumes of the waveguides, suggesting the fabricated structures for possible applications as waveguide lasers.     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃(LGS-L)波导放大器设计

就作者自行研制的Er3 + Yb3 + 共掺磷酸盐玻璃 (LGS L) ,用重叠积分方法进行放大器设计。在Er3 + 、Yb3 + 掺杂浓度分别为 1.5 1× 10 2 6ions/m3 、19.1× 10 2 6ions/m3 的情况下可获得 2 .6dB/cm的增益 ;Er3 + 掺杂浓度为2× 10 2 6ions/m3 时 ,在 4cm的器件上可获得超过 15dB的增益。此外 ,讨论了信号光和抽运光光场强度的横向分布与Er3 + 、Yb3 + 横向掺杂浓度分布之间的重叠对放大器增益的影响 ,放大器的最佳长度 ,以及在 980nm抽运下 ,Yb3 + 、Er3 + 掺杂浓度比对放大器增益的影响。     

Nonlinear Refractive Index of Er3+-Doped Fiber and Its Application to Nonlinear Fiber Coupler

A large change in the refractive index originating in the transition absorption of erbium ions is induced in an Er³⁺-doped fiber. It is shown that the Er³⁺-doped fiber exhibits the nonlinear refractive index of n₂=7.4 × 10⁻¹⁵ m²/W, which is 10⁵−10⁶ times larger than that caused by the optical Kerr effect in a usual silica fiber at the pumping, wavelength of 514.5 nm. The large nonlinear refractive index occurred in a fiber directional coupler fabricated with the Er³⁺-doped fiber optically changes the coupling condition. The coupling ratio changes up to 0.16 by increasing the pumping power up to 0.7 mW.     

Reconstruction of extraordinary refractive index profiles of optical planar waveguides with single or double modes fabricated by O ion implantation into lithium niobate

A method named intensity calculation method (ICM), which is based on beam propagation method (BPM) and image processing, was carried out to reconstruct the extraordinary refractive index profile (RIP) of single-mode planar waveguide in lithium niobate (LiNbO₃), which was fabricated by multi-energy megaelectron-volt (MeV) O²⁺ ion implantation. In addition, it has been proved reasonable that the alternation of extraordinary refractive index induced by ion implantation into LiNbO₃ is mainly due to the degradation of polarization and reduction of material physical density. As a result, the possible extraordinary RIP of the double-mode planar waveguide could be reconstructed using BPM according to such a hypothesis and the calculated guiding mode values. The end-fire coupling and m-line arrangements were carried out to obtain the near-field modal patterns and dark-mode spectra of waveguides, respectively.     

Double optical waveguide in Cu-doped KNSBN crystal formed by MeV boron ion implantation

We reported for what is to be believed the first time a double optical waveguide in a Cu-doped potassium sodium strontium barium niobate (KNSBN) crystal formed by double boron ion implantation. The energy and dose of B⁺ and B³⁺ ions were (3+6) MeV and (2+2)×10¹⁴ ions/cm², respectively. The refractive index profile of the waveguide showed a double-barrier confined shape, which suggested the formation of a two-layer waveguide structure. The two waveguide layers were with thickness of 2.6 and 2 μm, respectively, which was in a good agreement with the parameters obtained from transport and range of ions in matter 98 (TRIM) code simulation. The nuclear energy loss distribution of the MeV B ions implanted into this crystal had a similar shape to that of the waveguide index profile, which means an inherent relationship between the waveguide formation and the energetic energy deposition.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.