一、Writing Waveguide in LN With fs Laser(论文文献综述)
张玉莹[1](2021)在《飞秒激光直写Nd:YAG晶体的折射率改性研究》文中研究说明集成光学是将大量光学元件集成与一块衬底上,经过集成能够大大的减小光电子系统的体积,使原先体积巨大的系统可以被缩小在几个平方厘米的尺寸范围内。除了小型化这个优点之外,与传统的集成电路等相比,集成光路还具备高性能,结构稳定等许多优点,拥有非常广阔的发展前景。作为很多光子学器件的基本元件,光波导是集成光路的十分重要的组成元素,它的作用原理与光纤类似,运用的是光学中的全反射原理,由材料中折射率较低区域围绕折射率较高的区域组成。光波导能够将光集中在极小的区域内传播,狭小的空间使得波导腔内光密度很高,材料本身某些光学特性因此得到了加强。本论文中所使用的飞秒激光直写法是制备优良性能光波导的有效方法,经过将飞秒激光脉冲聚焦到透明晶体、陶瓷或者玻璃中的方式,可以在飞秒激光辐照处可诱导材料折射率发生变化,通过不断改变实验参数,可以制备传播损耗低性能优异的光波导。在飞秒激光辐照区域,材料的折射率的变化可能是正的,也可能是负的,这取决于材料的性质以及应用的飞秒激光系统的参数还有当时的实验条件等。一般来说,以折射率变化为标准可大体把改性分为两类,在飞秒激光辐照区引起折射率正变化(增大)的我们称之为Ⅰ类改性,飞秒激光辐照区折射率负变化(减小)的称之为Ⅱ类改性。Ⅰ类改性波导折射率发生轻微变化,其核心导光区域是飞秒激光直接辐照区域。Ⅰ类波导制造过程直接简单,但是具有热不稳定性,有些材料的Ⅰ类波导经过加热,导光效果及其它性能会减退甚至消失。常见的能写出Ⅰ类波导的材料有铌酸锂(LiNbO3)、硒化锌(ZnSe)、钕掺杂三硼酸氧钙钇(Nd:YCa4O(BO3)3)等。Ⅱ类波导种类很多,Ⅱ类波导的制备过程中体材料通常伴随着不可逆的晶格损伤。由于应力场的效应,Ⅱ类波导的核心区域在飞秒激光辐照区周围,例如双线型Ⅱ类波导那波导核心区域在双线之间,圆形包层型波导的波导核心区域在飞秒激光辐照痕迹形成的包层中间。这使得在波导中心区域体材料的性质得以很好的保存,折射率的变化更容易控制。相比于Ⅰ类波导而言,Ⅱ类波导热稳定性更好。能够用来制备Ⅱ类波导的晶体有很多,例如钕掺杂钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)与陶瓷、铌酸锂晶体(LiNbO3)、钕掺杂钆镓石榴石晶体(Nd:GGG)等。飞秒激光辐照在Nd:YAG晶体内诱导折射率降低的Ⅱ类改性已经被许多研究者研究报道过,但在Nd:YAG晶体内诱导折射率发生正变化的Ⅰ类改性却没有被报道过。本文的第一个部分使用高重频1030nm波长飞秒激光制备了 Nd:YAG Ⅰ类光波导。随后经过端面耦合实验表征了波导的导光性能,实验结果展示出该Ⅰ类波导几乎没有偏振依赖性,在TM偏振方向导光效果比TE偏振方向略好。最后通过微荧光光谱技术和微拉曼光谱技术对改性区域的变化进行了表征,实验结果证明了在飞秒激光辐照诱导的改性区域内有折射率升高迹象,并且在波导区域荧光功能得到了很好的保存。第二部分是探究Nd:YAG Ⅱ类波导制备的最优实验条件及Ⅱ类波导的特性表征,实验发现Nd:YAG Ⅱ类波导有着很强的偏振敏感性,其对TM偏振光导光效果很好,插入损耗可以低至1.27dB,对TE偏振光几乎不导光。本文的第三个部分讲述了飞秒激光直写技术与磷酸腐蚀技术相结合制备Nd:YAG光子晶体结构,实验结果表明磷酸可以很好的腐蚀晶体激光辐照区,形成中空通道。
张彬[2](2021)在《飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用》文中研究指明集成光路可以实现光信号的高速传输和处理,在光通信和量子信息处理中起着至关重要的作用。光波导是集成光子学中最基本的元件之一,可以用于制作多功能、小型化的器件,如波导激光器、分束器、电光调制器、变频器、波导阵列等。在光波导中,光可以被紧紧地限制在一个微米或纳米尺度的体积内,并通过全内反射进行传输。利用低损耗光波导,可以大大提高光密度和非线性相互作用。因此,高性能光波导在集成光学和非线性光学中有着广阔的应用前景。许多技术已被用来制作晶体中的光波导,如质子/离子交换、离子注入/辐照和金属离子热扩散。然而,由上述技术制造的光波导仅限于平面几何结构。采用飞秒激光直写的方法可以制作出埋藏在样品表面以下一定深度的三维波导结构。飞秒激光直写技术是一种灵活的、无掩模的、真正意义上的三维微纳加工技术,已被广泛应用于制作光子学器件和微流控器件(如光量子芯片、波导传感器和光流控芯片)。它在数据存储、玻璃键合、铁电畴反转等方面也起着重要的作用。飞秒激光的超短脉冲宽度和极高的峰值强度是该技术取得巨大成功的重要原因。超短脉冲宽度可以抑制热影响区的形成,从而实现超高精度的材料加工。极高的峰值强度导致透明材料中出现非线性相互作用(如多光子吸收和隧穿电离)。为了实现对晶体的三维精密加工,通常采用显微物镜将近红外飞秒激光聚焦到样品表面或样品内部。飞秒激光诱导的非线性相互作用与自由电子等离子体的产生有关,自由电子等离子体的产生可能导致焦点区域的材料改性。飞秒激光诱导的晶体改性主要分为Ⅰ类改性和Ⅱ类改性。对于Ⅰ类改性,折射率变化为正。在Ⅱ类改性区域发生了负折射率变化。基于这两种改性,在晶体中制备了多种光波导,如单线、双线和凹陷包层光波导。这些光波导已经被用来构造多功能的光子学器件,如电光调制器、分束器、波导激光器和变频器。随着对飞秒激光与晶体相互作用的深入研究,将制作出更具吸引力的波导器件。铌酸锂(LiNbO-3或LN)是一种多功能晶体,具有电光系数大、非线性系数大、透明范围宽、铁电效应好等特点。LiNbO3晶体在频率转换、电光调制和光参量振荡(OPO)等方面起着至关重要的作用。三硼酸锂(LiB3O5或LBO)是一种重要的非线性光学晶体,具有较高的损伤阈值和较宽的透明范围(160~2600nm)。LBO晶体在非线性光学和量子光子学中有着广泛的应用,如二次谐波产生(SHG)、三次谐波产生(THG)、光参量放大(OPA)、OPO和自发参量下转换(SPDC)。碳化硅(SiC)晶体作为最具吸引力的第三代半导体材料之一,对电子学和光子学领域的高功率、高频率应用具有重要意义。SiC晶体在量子光学中也有潜在的应用,如制备高效明亮的单光子源。与块状晶体相比,在LiNbO3、LBO和SiC光波导中可以实现光密度和非线性相互作用的增强,使构建小型化、高性能的新型集成光子学器件成为可能。本论文的研究内容主要包括:1)飞秒激光直写LiNbO3、LBO、SiC晶体光波导;2)利用共聚焦显微拉曼光谱对光波导形成机理进行研究;3)利用端面耦合系统研究光波导的导波特性;4)基于波导的光子学器件的分析与表征。根据所选择的晶体和光子学器件的类型,可以将本文的主要研究内容概括如下:利用飞秒激光多重扫描技术制备的LiNbO3多线波导,实现了模式调控。我们研究了脉冲能量和聚焦深度对制备多线波导的影响,并研究了这些波导在632.8nm和1550nm波长下的导波特性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制多线波导在通信波段的模式。这项工作在利用LiNbO3多线波导制作新型集成光子学器件方面具有潜在的应用价值。利用室温下的双折射相位匹配技术,在飞秒激光写入的LiNbO3波导中实现了1064nm波长的SHG。基于端面耦合系统,研究了多线、垂直双线和凹陷包层波导在1064 nm波长下的导波特性(即近场模式分布和传输损耗)。我们还研究了波导的导波特性对1064 nm波长倍频的影响。实验结果表明,沿ne偏振方向的导波特性对SHG过程更为重要。凹陷包层波导中的最大转换效率为0.87%,对应的最大SHG峰值功率为40.40W。我们的工作为利用飞秒激光写入的LiNbO3波导制备新型变频器铺平了道路。利用飞秒激光在PPLN晶体中制备了凹陷包层波导。基于三阶的准相位匹配(QPM),在这些波导中实现了 1064 nm波长的SHG,并且得到了 SHG输出的温度调谐曲线。在相位匹配温度(~94.9℃)下,研究了波导在1064 nm波长下的导波特性。我们还研究了凹陷包层波导中SHG峰值功率和转换效率与输入峰值功率的关系。实验结果表明,当SHG峰值功率达到9.64 W时,最大转换效率为0.075%。该工作为构建多功能、小型化变频器奠定了基础。我们报道了飞秒激光在z切LiNbO3晶体中写入的1D和2D凹陷包层波导阵列。1D波导阵列由三个沿水平方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1550 nm以及1064 nm波长的连续波(CW)激光入射1D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出模式图。2D波导阵列(蜂窝状结构)由七个沿水平和垂直方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1064nm波长的CW激光激发2D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出光强分布。我们还利用共聚焦显微拉曼光谱实验对凹陷包层波导进行了表征。这些研究结果丰富了 LiNbO3波导阵列的内容,对描述离散系统具有重要意义。利用飞秒激光直写技术在LiNbO3晶体中制备了一种新型的基于波导的偏振光分束器(PBS)。这种单片PBS是由定制的波导结构所构成的,可以很好地分离出沿no和ne偏振方向的线偏振光。在1064nm波长下沿nr和no偏振方向测量时,该PBS的偏振消光比(PER)能分别达到16.60 dB和16.18 dB,对应的插入损耗(IL)分别为3.86 dB和4.15 dB。这种PBS对集成光子学和量子光学中制作紧凑型偏振转换系统具有潜在的应用价值。我们报道了飞秒激光写入LBO晶体中的双线和凹陷包层波导。本工作中进行了共聚焦显微拉曼光谱实验和端面耦合实验。在波导芯处所获得的显微拉曼光谱与块体材料的拉曼光谱基本一致,这表明块体材料的特性在导波区域可以得到很好地保留。此外,这些波导几乎是偏振无关的,可以很好地引导波长为405 nm和810 nm的激光。基于第一类相位匹配,在飞秒激光直写的波导中实现了 810 nm的SHG和405 nm的SPDC。本项工作在集成非线性光学和量子光子学领域具有潜在的应用价值。我们在6H-SiC晶体(SiC族晶体之一,六方晶系结构)中制备了双线和凹陷包层波导。基于端面耦合系统,研究了波导在1064nm波长下的导波特性。利用共聚焦显微拉曼光谱(由532nm激光激发)分析了飞秒激光在6H-SiC晶体中诱导的材料改性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制波导的模式。此外,光谱蓝移(~787.05 cm-1)主要发生在激光辐照区。根据得到的拉曼强度图和光谱频移图,我们可以得出结论:与块体材料相比,波导芯中的晶格结构几乎没有发生变化。这项工作为制备基于波导的新型集成量子光子学器件奠定了基础。
张博[3](2021)在《超快激光在透明介质中诱导自组织纳米光栅结构的研究》文中研究说明超快激光在透明介质中诱导的自组织纳米光栅结构在衍射光学、光纤光学及非线性光学等诸多领域有广阔的应用前景,引起了国内外学者的广泛关注。然而超快激光诱导的纳米光栅结构只在非常有限的透明介质中被观察到,现有机理因材料而异,无法解释近年来观察到的新现象,目前还没有普适的理论来阐释纳米光栅的生成和调控,适合纳米光栅制备的材料仍未被充分发掘。本文研究围绕超快激光在透明介质中诱导纳米光栅展开,通过实验观测和理论建模揭示纳米光栅的形成机制及调控方法,提出了一套普适的纳米光栅形成机理,开发出多种适合纳米光栅形成的材料,推动了超快加工技术的发展。本文主要研究成果如下:(1)研究了超快激光在La2O3-Ta2O5-Nb2O5玻璃中的形成特点。实验表明,纳米光栅的形成非常依赖于激光热效应和Ta205的浓度,进一步的观察表明,这种纳米光栅是交替排列的玻璃-晶体型周期结构,该结构展现出近红外波段光衰减特性,吸收光谱显示其在980-2000 nm波段具有非常显着的光子带隙,是一种全新的自组织结构。(2)研究了纳米光栅的三维(3D)空间形貌,发现了一种前所未有的周期性晶体阵列,该结构在顶面(XY面)呈现为弧状条纹,在侧面(XZ面)呈现为渐变的倾斜条纹,在截面(YZ面)呈现为沿激光入射方向的周期条纹,是一种由明确定义的干涉场产生的周期结构。在此基础上,提出了散射中心模型,计算了该模型下的干涉场分布。实验表明,计算的干涉场与实际产生的结构几乎完美吻合。根据这一模型,预言了多种纳米光栅的新性质,并开发出操控纳米光栅的方法,均在实验中得到了验证。在理论模型的指导下,我们提出了自组织相变光刻技术,并制备了一种全无机光子晶体结构,其在近红外波段具有可调的光子带隙。由这种光子晶体制成的波导在90°弯折角下展现出良好的导光性能。通过实现多种透明介质中的纳米光栅形成,验证了理论模型的普适性。(3)研究了纳米光栅形成的动力学过程。实验表明,纳米光栅的形成依赖于超快激光诱导的微晶种子,它能提供一种特殊的辅助效应,显着降低纳米光栅形成的脉冲能量、脉冲密度、和峰值能量阈值。通过顺磁共振谱分析,证实了微晶种子含有大量缺陷,这些缺陷很容易被后续的脉冲二次激发,另一方面,微晶为纳米光栅的形成提供了适宜的形核位置。在辅助效应的驱动下,纳米光栅能以极高的效率形成,所需的脉冲数比静态照射减少上万倍,诱导速度可达6 mm/s,能量阈值仅为静态照射时的1/5。在此基础上,演示了基于纳米光栅的高效可擦除重写光学数据加密。
李子琦[4](2020)在《飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用》文中认为激光技术是20世纪人类最伟大的发明之一,在科研、工业、医疗、国防等众多领域有着广泛的应用。按照工作模式进行划分,激光可以分为连续激光和脉冲激光。得益于锁模技术的发展,在时间尺度上激光单脉冲的持续时间可被压缩到飞秒量级。相较于传统的连续激光,飞秒激光具有脉冲宽度极短、峰值功率极高以及覆盖频谱范围极广等特点。飞秒激光脉冲与凝聚态物质的超快相互作用,为解决当代物理、化学和生物等领域内的重大挑战提供了强有力的工具。飞秒激光与低维材料的相互作用为探索自然界的不同物质的物理化学性质提供了一种全新的工具途径。随着电子被限制在纳米尺度范围内运动,低维纳米材料,包括例如零维纳米颗粒、一维纳米管和二维层状材料等,表现出了三维体材料所不具备的反常物理性质。飞秒激光泵浦探测技术可以在飞秒量级实时地观测低维凝聚态系统中非平衡态的时间演化,其中包括载流子动力学、声子动力学、电荷密度波和自旋能谷特性。飞秒激光Z扫描光谱可以得到低维材料的三阶非线性光学参数(如饱和强度、调制深度),对脉冲激光的实现有着重要的指导作用。飞秒激光与介电晶体材料的相互作用打开了通向微型、多种功能集成光学器件的大门。作为集成光子学系统中的基本元件之一,光波导是由高折射率区域被低折射率区域包裹所构成的微结构通道,光信号在其中可以实现无衍射传输。作为波导器件的重要基质材料,介电晶体由于其具有种类丰富、功能多样等优点,被广泛应用于固态激光、非线性光学、量子光学等领域。近年来,利用飞秒激光对介电晶体进行直写从而制备光波导的研究引起了科研人员的广泛的关注。在飞秒激光与透明光学材料晶体相互作用过程中,飞秒激光脉冲的能量通过非线性吸收过程沉积到进入材料内部,引发局域性折射率改变,结合飞秒激光加工系统的优势,可以制备出不同类型的三维光波导结构。低维材料与介电晶体光波导的巧妙结合可以形成新型集成光学器件,如波导脉冲激光器。它们的结合方式主要有两种:一种是通过透射模式结合,另一种是通过倏逝场吸收来实现结合。由于在波导结构中,入射光被限制在微米量级的空间范围内传输,因此波导脉冲激光器具有高效率、体积小、可集成、稳定性高等优点。结合不同种类激光晶体、不同类型光波导和不同维度纳米材料,可以实现基于波导平台的不同光波段(可见光与近红外波段)和不同工作模式(调Q与锁模)的脉冲激光器,扩展了波导激光的应用范围。本论文的主要内容包括利用飞秒激光研究低维纳米材料的超快非平衡态动力学过程;利用飞秒激光研究低维纳米材料的非线性吸收性质;利用飞秒激光微加工技术直写光波导结构;利用离子注入技术在介电晶体材料中合成金属纳米颗粒以及光波导结构与低维纳米材料结合实现波导脉冲激光的产生。根据实验技术和选用纳米材料种类的不同,可以将本论文的主要研究内容和结果总结如下:半导体中的准粒子激发和多体相互作用是理解凝聚态物理和材料科学的基础,在光子技术中也有着巨大的应用潜力。利用化学气相沉积技术(Chemical vapor deposition,CVD),在石英基底上制备出大尺寸、高质量的二硒化钯(PdSe2)薄膜。通过超低波数拉曼实验,发现了 PdSe2具有与其他二维材料相比不同的反常层间的相互作用。通过飞秒激光脉冲触发PdSe2的非平衡态,观测到A激子的能带重整化效应,激子共振峰改变量达到了 180 meV。利用多体微扰理论,解释了飞秒激光激发的载流子诱导能带减少的物理规律。此外,利用飞秒激光脉冲相干地驱动PdSe2层间和层内的太赫兹(THz)量级原子振荡。其中,诱导的层内原子振荡频率为4.3 THz,层间相干声子振荡频率为0.35 THz。结合自由载流子的能带重整化效应,实现了对能带的4.3 THz的超高重复频率调制。通过宽带泵浦探测技术和第一性原理计算,构建了电子-声子、激子-声子耦合的直观的微观图像,揭示了层内和层间两种不同的相干声子与不同类型电子激发的耦合规律。利用低能银离子注入技术,在钒酸钇(YVO4)晶体内部制备球形银(Ag)纳米颗粒。通过截面透射电子显微镜和线性吸收谱,证明了嵌入式纳米颗粒的成功合成以及其具备的局域表面等离激元共振效应。基于飞秒激光瞬态吸收实验,揭示了 Ag:YVO4复合结构在可见光到近红外范围的载流子动力学过程。基于飞秒激光Z扫描光谱,证明了嵌入银纳米颗粒的复合结构在近红外波段具有优异的饱和吸收特性,可被应用于超快光开关。利用飞秒激光与YVO4晶体的相互作用,我们首次在Nd:YVO4晶体中制备了类光子晶格包层光波导,且波导区域的荧光特性得到了完好的保留。基于嵌入式纳米颗粒与光波导结构,实现了1μm波段调Q激光的产生,其峰值功率达到298 mW。具有高重复频率,特别是重复频率在1 GHz以上的锁模激光器在很多领域有着巨大的应用价值,比如精密计量学、超快非线性光谱学和高速光通信等。利用飞秒激光与YVO4晶体的相互作用,我们在Nd:YVO4晶体中制备了圆形的包层光波导结构。利用石墨烯、MoS2和Bi2Se3三种典型二维材料作为可饱和吸收体,在808 nm激光泵浦下的Nd:YVO4晶体光波导中实现了 6.5 GHz超高基频重复频率调Q锁模脉冲激光输出,三者信噪比均大于50 dB,最短脉冲宽度达到26 ps。探索具有优异非线性光学特性的新型二维材料将有助于提高波导脉冲激光的性能。基于新型的石墨烯/WS2异质结结构和飞秒激光直写的Nd:YVO4晶体光波导,我们实现了工作波长为1064 nm的高效被动调Q波导激光器,最大输出功率为275 mW,斜效率为37%。与相同条件下单一石墨烯或WS2饱和吸收体相比,基于石墨烯/WS2异质结的波导脉冲激光输出具有更高的脉冲能量和更高的斜效率;借助金属纳米颗粒对二维材料进行修饰,可以提升其光学性质和器件性能。利用激光液相烧蚀法在石墨烯表面合成了 Ag2S@Ag纳米复合材料。通过飞秒激光Z扫描光谱,Ag纳米颗粒修饰的石墨烯的非线性光学性能有了显着的提升,饱和强度降低了 56倍,调制深度增大了 19倍。基于更高的调制深度和更低的饱和强度,我们将其应用在Nd:YVO4包层光波导平台中,得到了更短的锁模脉冲;从理论和实验上系统性地研究了新型二维材料二硒化铼(ReSe2)的物理性质,并通过超快Z扫描技术发现其相比其他二维材料具有更低饱和强度和调制深度,这表明ReSe2更易于在波导平台中实现连续锁模脉冲。实验上,我们进一步实现了基于ReSe2被动连续锁模波导激光器,产生了脉宽为29 ps,工作频率为6.5 GHz的超高重复频率连续锁模脉冲激光。利用飞秒激光微纳加工技术,在偏硼酸钡(β-BBO)晶体中制备出微米量级不同尺寸的圆形包层光波导结构。基于端面耦合系统,测量了各个波导在400 nm与800 nm波长的传输损耗及近场光强分布。研究发现基于β-BBO晶体的包层光波导在400 nm与800 nm波长的TM偏振方向显示出良好的传输特性。在800 nm波长下,最小传输损耗为0.19 dB/cm,并且共聚焦显微拉曼技术展示出波导区域的物理性质得到了较好的保留。使用Rsoft(?)软件,模拟了光波导在400 nm与800 nm波长下的传输特性。利用全飞秒激光微加工的方式,在掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体中制备出不同类型的脊型光波导,包含了分支角度不同的Y分支型光波导器件。实验表明,全飞秒激光制备的脊型光波导同时支持TE和TM偏振传输,且具有较低的传输损耗。基于MoSe2作为可饱和吸收体,将Y分支器件与单片波导脉冲激光器件相集成,实现了 1 μm波段的调Q锁模脉冲输出,重复频率高达7.7 GHz。
余浩锋[5](2020)在《飞秒激光制备嵌入式金属微纳结构》文中指出金属微纳结构当前已在光子学、电子学、生物医学等很多重要学科领域有着广泛应用。目前大多数微纳加工技术制备的金属微纳结构通常是直接附着在使用的基底表面。对于一些电介质基底如玻璃、晶体等,由于上述沉积的金属和电介质的本征结合力较弱,很大程度上会影响到制备器件长期工作的稳定性和可靠性。而通过在基底表面制备沟槽并结合后续的选择性金属沉积方法制备出嵌入式金属微纳结构是一种提高金属-电介质基底结合力的途径。譬如,利用飞秒激光微加工并与化学金属镀结合可实现绝缘体表面嵌入式金属微结构的制备。但需指出的是,电介质表面嵌入式亚微米线金属结构和面向电光集成的嵌入式竖直侧壁微电极的制备目前还没有报道。针对上述问题,本论文利用飞秒激光微纳加工技术并结合新型的化学镀技术开展了嵌入式金属微纳结构的制备研究。论文主要取得了以下研究成果:(1)提出了一种利用飞秒激光烧蚀的阈值效应和连续流化学镀相结合在石英玻璃表面制备嵌入式亚微米金属线的技术。首先通过飞秒激光直写在玻璃表面利用阈值效应烧蚀出亚微米线宽的凹槽,然后用连续流化学镀在样品表面沉积金属薄膜,再经过热处理和机械抛光,可实现玻璃表面嵌入式高电导率亚微米金属结构(最小线宽~0.66μm)的可控制备。(2)提出了一种利用水辅助飞秒激光烧蚀和化学镀结合,在铌酸锂晶体中制备嵌入式竖直金属微电极的技术。首先利用聚焦飞秒激光对浸没在水中的晶体进行层层直写烧蚀得到竖直侧壁的微开口槽,然后利用连续流化学镀在样品表面沉积金属银膜,再进行机械抛光去除微槽外的沉积金属,进而通过化学镀铜选择性填充满微槽,最后通过再次机械抛光去除微槽外的沉积金属,可实现铌酸锂晶体片上竖直金属微电极的可控制备。激光烧蚀过程中水的引入可有效清除烧蚀表面产生的碎屑,进而提高了激光加工的质量和精度。该技术制备的嵌入式竖直微电极,可在晶体内部实现高度均匀可控的电场控制。相对于传统技术,上述嵌入式亚微米金属线和竖直金属微电极的制备技术,在制备可控性、金属附着力、电场均匀度控制等方面具有突出优势。利用此技术可更便捷、稳定实现灵活性更高、控制能力更强的金属微纳结构及微器件制备,有望应用于电学互连,电光集成,微机电系统,多功能微流控等领域。
李萌,张茜,杨栋,龚旗煌,李焱[6](2020)在《飞秒激光加工凹陷包层波导及其应用》文中指出凹陷包层波导是一种新型波导,其折射率未变化的波导芯被数量众多的折射率变低的轨迹包围,具有截面形状和大小可以灵活调控的优点。凹陷包层波导芯区保留了材料原本的性质,可以传播横电和横磁两种偏振模式,在集成光子学领域具有重要的发展潜力。利用飞秒激光三维微纳加工技术,可以在多种玻璃和晶体材料中制备凹陷包层波导。除了通过平移和螺旋扫描进行制备,还可以利用焦场整形技术实现快速制备。综述了凹陷包层波导的飞秒激光加工进展及其在波导激光器、频率转换、温度传感、波导光栅滤波器和集成光子学器件等方面的应用。
李让[7](2020)在《离子束制备金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用》文中研究指明金属纳米颗粒由于其独特的局域表面等离激元共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)效应,在信息存储、医学检测、生物传感以及集成电路等众多方面,都具有广泛的应用。自二十世纪五十年代费曼首次提出纳米技术以来,金属纳米颗粒在光子学领域的研究迎来了蓬勃的发展,其中,局域表面等离激元共振对介电材料的线性及非线性的光学调制效应,已经成为集成光子学领域的研究热点之一。然而,传统的金属纳米颗粒合成技术,如化学合成等,工艺复杂,成本较高,易受环境影响,且相对不利于器件集成化发展。因此,制备性能稳定可控的金属纳米颗粒并实现其工业化生产,对于新型纳米复合材料的研究和多功能集成光子学器件的发展,都具有重要的意义。近年来,离子束技术在金属纳米颗粒制备改性介电材料方面展现出巨大的潜力。通过离子辐照过程,将加速的金属离子轰击到介电材料表面,可以将金属离子的能量传递给靶材料;由于靶材料固溶度的限制,注入的金属离子超饱和析出,从而在介电材料内部合成嵌入式的金属纳米颗粒。不同于传统的金属纳米颗粒合成方法,离子束技术为金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用带来了崭新的前景。一方面,纳米颗粒与介电材料相互作用具有独特的光学特性,并可通过改变注入条件,控制纳米颗粒尺寸、空间分布、形貌等物理性质,对其光学响应进一步调控;另一方面,纳米颗粒嵌入到介电材料中,被介电材料所保护,具有高度稳定性,理论上可以在任意材料中合成任意种类的金属纳米颗粒。同时,离子束技术作为成熟的微纳加工技术之一,是实现高度集成化与工业化的光子学器件的基础与关键。迄今为止,人们已经成功利用离子束技术在玻璃等介质中实现了不同种类的金属纳米颗粒的合成。然而,当前国内外的研究还主要局限在非晶态介电材料中的金属纳米颗粒的形成,对于金属纳米颗粒对介电晶体材料光学特性的调控及应用的相关研究较少。作为重要的光学介质,介电晶体(如Nd:YAG、Nd:YCOB、BGO、CaF2等)在频率转换、非线性吸收、激光产生、信号存储与放大等方面具有重要应用,在科学研究、工业生产和日常生活等多个领域都发挥着不可替代的作用。实现介电晶体材料中金属纳米颗粒的合成,阐明金属纳米颗粒在介电晶体材料中的形成机理,利用金属纳米颗粒改性多功能介电晶体材料,并结合三维微纳结构,制备基于金属纳米颗粒和介电晶体复合材料的集成光子学器件,不仅具有重要的理论意义,更兼具广阔的应用前景,为集成光子学研究提供了新的发展思路。本论文的主要内容包括利用离子注入技术在不同介电材料中合成金属纳米颗粒;利用快重离子辐照技术调控金属纳米颗粒的光学性质;利用离子注入、飞秒激光刻蚀等微纳加工技术设计光波导结构;以及结合金属纳米颗粒与光波导结构实现调Q锁模超快激光的产生等。根据实验目的和选用的介电材料种类的不同,可以将本论文的主要工作归纳为如下内容:利用低能银离子注入技术,在熔融石英(Si02)中制备球形银(Ag)纳米颗粒。通过线性吸收谱,证明了纳米颗粒具有优良的局域表面等离激元共振效应,其吸收峰位于400 nm波长处,并随着注入剂量的增加而红移。基于Z扫描实验,纳米颗粒在可见光515 nm波长的非线性吸收展现出良好的饱和吸收特性,三阶非线性吸收系数为-64.6 cm/GW,非线性折射呈明显的自聚焦现象,三阶非线性折射率为4.2×10-12 cm2/W。而在近红外1030 nm波长处,纳米颗粒展现出弱饱和吸收特性。利用低能Ag离子注入技术,在掺钕的钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体中制备球形Ag纳米颗粒。吸收谱表明,其等离激元共振吸收峰位于500 nm波长处,并随着注入剂量的增加而红移。三阶非线性吸收结果表明,纳米颗粒在515 nm波长处增强了基底的饱和吸收特性,三阶非线性吸收系数增大6个数量级,而三阶非线性折射率和Nd:YAG晶体相比也增强了 4个数量级。在1030 nm波段,纳米颗粒展现出明显的饱和吸收特性,非线性吸收系数为-115 cm/GW,调制深度达0.8%。利用低能Ag离子注入技术,在锗酸铋(BGO)晶体中制备球形Ag纳米颗粒。整个注入区由于离子注入过程中的损伤呈多晶态,使得吸收峰实验值466 nm较模拟值蓝移。三阶非线性吸收结果表明,在引入纳米颗粒后,由于纳米颗粒等离激元共振的调制作用,BGO晶体的双光子吸收效应呈现类三光子吸收的现象。我们建立了一种双层结构的模型,解释了这个过程中的非对称Z扫描结果。利用快重(氙,Xe)离子辐照技术,拉长在Nd:YAG晶体中的球形Ag纳米颗粒,进而调控纳米颗粒的等离激元共振响应。通过偏振吸收谱测试,未经过Xe离子辐照的球形纳米颗粒的等离激元共振响应与偏振无关,其吸收峰在0°和90°偏振下均为448 nm。而拉长的纳米颗粒的等离激元共振响应,在0°偏振下吸收峰红移至452 nm,在90°偏振下吸收峰蓝移至443 nm。我们构建了纳米颗粒拉长模型,分析了纳米颗粒长宽比和尺寸对偏振依赖的等离激元共振响应的影响。结合纳米颗粒的近场光强分布,解释了纳米颗粒对Nd:YAG荧光的增强效果,打破了离子注入纳米颗粒导致基底荧光淬灭的传统观点。利用快重离子辐照技术,通过C60团簇注入及Xe离子注入,拉长在不同基底(SiO2、氧化铟锡晶体、氟化钙晶体)中的球形金纳米颗粒,研究基底对快重离子辐照拉长纳米颗粒的影响。实验结果表明,氟化钙晶体抗溅射能力最弱导致纳米颗粒被破坏,非晶态的SiO2抗溅射能力最强,而氧化铟锡晶体中纳米颗粒拉长效果最佳。与200 MeV Xe注入的样品相比,4 MeV C60团簇注入拉长效果相似,但溅射能力更强。该工作第一次在晶体材料中通过快重离子辐照实现纳米颗粒的拉长,并保持了基底材料的晶态,同时,利用C60团簇注入,使得拉长纳米颗粒所需要的注入能量降低了 98%。利用飞秒激光加工技术,在掺钕的氟化钙(Nd:CaF2)晶体中制备了包层光波导结构。实验探索了脉冲能量、写入深度以及光波导尺寸对光波导导光性能的影响。通过端面耦合系统表明,光波导对于入射光偏振依赖性较小,传输损耗最小为0.7 dB/cm,最优的飞秒激光加工参数为脉冲能量0.21 μJ、深度3.0 μm、直径50 μm。同时,荧光结果表明,波导区域中的荧光性能没有受到激光加工的影响,被完整地保留下来,为包层波导激光的制备提供了理论基础。利用低能Ag离子辐照结合飞秒激光加工技术,分别在SiCO2和Nd:YV04晶体上,制备了 Ag纳米颗粒和包层光波导结构。我们首次提出一种类二维纳米颗粒阵列模型,模拟了非孤立态纳米颗粒间的相互作用引起的独特等离激元共振吸收现象。利用吸收峰的红移,增强近红外波段的非线性调控。通过双温模型对Z扫描过程中的温度分析,证明了纳米颗粒在近红外波段具有饱和吸收特性。利用Si02中的Ag纳米颗粒作为可饱和吸收体,结合Nd:YVO4中的包层光波导结构,实现了1μm波段调Q锁模激光的产生。激光阈值为31.5 mW,最大输出功率为245 mW,斜效率为29.3%,最大重复频率为6.5 GHz,最小脉宽为27 ps。利用碳离子注入结合精密金刚石刀切割技术,在掺钕的硼酸氧钙钇(Nd:YCOB)晶体中制备了脊形光波导结构。光波导的偏振依赖性被完整保留下来,最大输出功率56μW,波导区域的荧光强度也有所提高。此外,与平面光波导相比,脊形光波导倍频效率提高了 66%,最大倍频信号输出功率提高了10.7%。利用低能Ag离子辐照、氧离子注入结合精密金刚石刀切割技术,在Nd:YAG晶体上制备了集成Ag纳米颗粒的脊形光波导结构。纳米颗粒嵌入在光波导上表面53 nm深处,平均粒径3 nm。通过端面耦合系统测试表明,光波导具有良好的偏振依赖性,在集成纳米颗粒后,光波导的反饱和吸收性转变为优良的饱和吸收特性。在810 nm波长激光泵浦下,利用倏逝场耦合作用,我们成功在该集成光波导器件上实现了 1064 nm波长的调Q锁模激光的产生。激光最大重复频率为10.53 GHz,最小脉宽为29.5 ps。
龚道磊[8](2020)在《光栅型少模光纤模式操控器件研究》文中研究指明单模光纤广泛应用于在通信、传感等领域,然而,近年来单模光纤在传输容量以及传感性能方面都显示出一定的局限性。少模光纤可以克服单模光纤的传输容量和传感性能方面的限制,因而引起了人们广泛的兴趣。采用少模光纤,利用不同的模式作为各个不同的信息传输通道,即模分复用技术,能够使光纤的通信容量成倍提升;在传感领域,少模光纤的高阶模可以参与传感,在传感机制和性能等方面均表现出与单模光纤不同的特点。本文重点研究了基于少模光纤的光栅器件及其对少模光纤中的高阶模的滤模、模式转换和单模传感机制。模式复用器/解复用器和模式转换器等模分复用器件中,模间串扰是其重要性能指标之一,降低模间串扰的方法之一就是采用滤模器。类似于波分复用系统,在模分复用系统中,也需要能够有效滤除无关模式的滤模器件。本文提出采用在纤芯的局部区域制备长周期光纤光栅的方法,实现对少模光纤中具有特定模式的选择性滤除。针对光栅的工作带宽较窄的问题,提出一种光栅交错排列组成的级联光栅结构,并验证了其可有效增大滤模器的工作带宽。模式转换器是模分复用系统以及少模光纤传感系统中的关键器件之一,如何实现宽带、高转换效率的模式转换,是模式转换技术的研究重点之一。本文提出一种基于长周期光纤光栅的模式转换器,通过在少模光纤纤芯的局部区域写入光栅的方法,以实现LP01模和LP11模之间的模式转换。通过对光栅和模式场之间的位置关系及光栅横截面直径等对模式转换特性的影响分析,确定实现宽带模式转换时的光栅结构参数要求。数值模拟结果表明,这种模式转换器带宽可达115.6nm且串扰低于-20 dB。本文还研究了一种基于少模光纤的光纤光栅传感器,分析了少模光纤光栅的温度传感和抗弯曲性能,测试结果表明:少模光纤中的高阶模的存在对光纤光栅的温度传感特性影响很小,制备的少模光纤光栅其温度传感灵敏度与普通单模光纤光栅相当。这种光纤光栅还具有很强的抗弯曲性能,在将光纤以3mm弯曲半径缠绕10圈或光栅弯曲至5mm的小弯曲半径下,少模光纤光栅的传感灵敏度和检测极限仍与直光纤时相当。这种少模光纤光栅可应用于需要对光纤及光栅进行强弯曲的场合。
葛励成[9](2019)在《基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究》文中进行了进一步梳理传统的以电子为媒介的芯片系统将人们带入了信息与互联网的时代,数十年蓬勃的发展过后,一方面随着摩尔定律与香农定律逐渐逼近极限,信息载体的存储密度与运算速度的提升愈发困难。另一方面,随着物联网与5G的新纪元崭露头角,人们对信号的传播、调制、探测各方面都提出更高的要求。光子,相比于电子有更快的响应速度,在信息传输方面有大容量、低串扰的优势。随着微纳加工技术的不断进步,以光子为媒介的集成光学芯片逐渐从理论走向实践,硅基的光子学芯片技术已经较为成熟,并逐渐出现在大规模的商用舞台。铌酸锂被誉为“光学中的硅”。它对光有声、光、电、热各个方面的响应,是一种优秀的光学芯片基底材料。随着铌酸锂薄膜的出现,将光场束缚在亚微米尺度的结构中成为可能,引发了铌酸锂领域的一场革命。本文中,我们首先对铌酸锂各方面的性质进行简要介绍,然后重点回顾基于铌酸锂薄膜上主要的微纳器件及其制备方法。现有的半导体加工技术在铌酸锂的图形化、刻蚀、金属薄膜等方面已经有了重要进展,为以后直接制备铌酸锂基集成光学芯片打下坚实的工艺基础。飞秒激光因为具有极高的峰值功率,极小的热影响区域,是精密加工的一种重要手段。而波导和微腔是光芯片中的重要构件,在第二章中我们利用飞秒激光在体介质铌酸锂中加工了II型波导,并利用飞秒激光与聚焦离子束相结合的方法制备了品质因子高达105的铌酸锂和钽酸锂光学微腔。我们还利用飞秒激光诱导的“光致退火”效应进一步修复制备过程中损伤的铌酸锂晶格,使得微腔的品质因子得到一个数量级的提升。非线性模块也是集成光学芯片的重要组成部分。本文第四章总结了集成波导和微腔中的非线性相位匹配方式。铌酸锂波导中主要通过周期性调制非线性极化率或者光强实现准相位匹配,从而得到高效的倍频输出。而铌酸锂微腔由于其本身对光场有很强的增益,相位匹配条件相对宽松,可以通过自然相位匹配或者循环相位匹配实现非线性过程。实验上,我们在铌酸锂微盘腔中实现了效率约为2.36×10-6/mW的倍频输出,在钽酸锂微盘腔中得到了效率约为1.22×10-6/mW的倍频输出。不同结构、不同材料相互结合,各取所长发挥自身优势也是集成光学芯片的重要研究部分。非线性过程另一个重要的考虑因素是带宽。宽带的非线性过程在超短脉冲频率转换、波分复用系统甚至未来的量子通讯网络中都有重要的应用。在第五章,我们理论分析了实现宽带频率转换需要同时满足相位匹配和群速度匹配,通过将周期性极化的铌酸锂制作成亚微米结构的薄膜,引入波导色散调控,使其在满足相位匹配的同时可以满足群速度匹配,理论上给出了倍频中心波长和薄膜厚度的对应关系。实验上,我们制备了周期20μm,厚度700nm的周期性极化铌酸锂薄膜,利用五阶相位匹配和群速度匹配,在通讯波段得到了带宽15nm左右的倍频输出。
张云婕[10](2018)在《飞秒激光曝光PTR玻璃机理与应用研究》文中指出飞秒激光由于具备超短脉宽和超高峰值功率等极端物理条件,可诱导产生一系列不同于传统激光器与物质相互作用时的实验现象,这些新效应和新现象极大丰富了人们对光与物质相互作用的认知,并促进了激光领域的发展。同时,通过聚焦飞秒激光可以空间选择性地调制透明材料的局部折射率,从而实现复杂三维嵌入式光路的开发。光热敏折变(Photo-thermo refractive,PTR)玻璃是制备衍射光学器件、微流器件、微光机电系统等常用的多功能基底。本文基于光学与光子学领域的实际需求,利用飞秒激光选择性曝光材料,结合后续热处理工艺,制备了高性能高质量光学器件,为集成器件的设计与制造提供了新思路,同时也促进了PTR玻璃器件的应用拓展。主要研究内容与成果如下:研究了脉冲激光与PTR玻璃的相互作用特征,通过对光功率、脉冲宽度和热处理时间等参数的联合控制,实现了对激光诱导生成的纳米结晶颗粒密度分布与尺寸的有效调控。通过扫描电镜分析得出,曝光区域内生成的纳米结晶颗粒的密度分布与聚焦于PTR玻璃内部的飞秒激光能量密度分布密切相关,而纳米结晶颗粒的尺寸与写入激光参数无关。随着写入功率的增大,纳米颗粒分布由分散式转变为密集式,最后形成紧凑的纳米团簇;随着激光脉宽的增加,纳米结晶颗粒的分布先变窄、变致密,而后又变稀疏,直至无法被扫描电镜观察;随着热处理时间减半,纳米结晶颗粒的尺寸从175±50 nm减小到100±50 nm。因此,通过控制激光写入参数与热处理条件可以有效控制曝光区域内纳米结晶颗粒的密度分布和尺寸。通过波谱仪和拉曼光谱仪确定了该纳米结晶颗粒的组分主要为氟化钠。利用零阶贝塞尔飞秒激光在PTR玻璃中制备了周期为5μm的透射式体布拉格光栅,研究了光栅厚度和后期热处理对光栅衍射效率的影响,实验结果表明:利用无衍射零阶贝塞尔光束代替高斯光束可以有效增加光栅厚度,使光栅的最大衍射效率提高26.65%;通过后期热处理可以提高曝光区与非曝光区域间材料的折射率调制量,可使光栅的最大衍射效率增加90.00%。此外,通过研究激光写入光功率与光栅衍射效率的关系得出:当写入光功率过小时,聚焦飞秒激光诱导产生的折射率调制量过低,从而影响体布拉格光栅的衍射效率;当写入光功率过大时,聚焦零阶贝塞尔飞秒激光在光传输方向上会产生明显的自聚焦和自散焦现象,该现象会直接降低体布拉格光栅的衍射效率;当激光写入光功率为100 m W时,光栅的衍射效率最高可达94.73%。因此,激光写入参数及后期热处理对透射式体布拉格光栅的衍射效率起着至关重要的作用。该透射式体布拉格光栅具有优越的衍射特性,可作为空间滤波元件。利用飞秒激光横向刻写方式在PTR玻璃中制备双线型波导,测试了退火前后波导的端面结构和导光特性。研究结果表明双线间距、激光写入功率和热处理对双线型波导的导光特性有重要影响。当飞秒激光波长为800 nm、脉冲频率为50 KHz、脉冲宽度为200 fs、写入功率为50 m W、双线间距为30μm时,未进行热处理的双线波导具有最佳的单模导光特性。热处理可以消除波导刻写时残留的应力,但同时会破坏双线波导的端面结构,从而影响其导光特性。另外,通过控制激光脉冲频率和刻写速度,在PTR玻璃中制备了不同周期的逐点式布拉格光栅。定性研究了激光写入功率和脉冲宽度对逐点式布拉格光栅折射率调制量的影响,并且制备了双线型波导布拉格光栅。实验结果表明,当写入脉冲频率为100 Hz、刻写速度为156.04μm/s、激光脉宽为3 ps、写入光功率为150 m W时所制备的长度为6.5 mm的波导布拉格光栅的光谱调制量为3 dB。分别利用飞秒激光的横向和纵向刻写方式在PTR玻璃中制备了不同导光模式的压低包层管状光波导。研究结果表明波导直径、激光刻写功率和热处理对管状波导的导光特性有重要影响。纵向刻写的管状波导端面结构具有较好的圆对称性且导光性能良好。当管状波导直径小于30μm时,波导为单模导光。通过改变波导直径和提高刻写光功率可以获得高阶传输模式,且仿真结果与实验结果相一致。另外,热处理可以有效消除不均匀的应力分布,增加有效折射率调制量和波导归一化频率。这些参数可以用来判断波导质量以及控制波导内传输的模式分布。因此,PTR玻璃可以用来制备高质量的压低包层管状波导,并且通过设计优化波导结构可以使该类波导用于传输大模场激光和长波长激光。
二、Writing Waveguide in LN With fs Laser(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Writing Waveguide in LN With fs Laser(论文提纲范文)
(1)飞秒激光直写Nd:YAG晶体的折射率改性研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
绪论 |
1.1 飞秒激光直写技术 |
1.2 钇铝石榴石晶体的光波导结构 |
1.3 本论文的主要工作 |
参考文献 |
第二章 基本理论及实脸方法 |
2.1 飞秒激光直写技术制备光波导的种类 |
2.2 光波导性能表征技术 |
2.2.1 端面耦合技术 |
2.2.2 光波导损耗的计算 |
2.2.3 微荧光光谱技术与微拉曼光谱技术 |
2.2.4 其它表征方法 |
参考文献 |
第三章 飞秒激光直写Nd:YAGⅠ类波导 |
3.1 实验过程 |
3.2 实验结果与讨论 |
3.3 结论 |
参考文献 |
第四章 飞秒激光直写Nd:YAGⅡ类波导 |
4.1 实验过程与方法 |
4.2 实验结果与讨论 |
4.3 结论 |
参考文献 |
第五章 Nd:YAG光子晶体波导的制备 |
5.1 实验过程与结果分析 |
5.3 结论 |
参考文献 |
第六章 总结及展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 未来展望 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(2)飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 本文的主要研究内容 |
参考文献 |
第二章 基本理论和实验方法 |
2.1 光波导基本理论 |
2.2 飞秒激光直写晶体光波导 |
2.3 光波导技术 |
2.4 共聚焦微拉曼光谱测试技术 |
2.5 光波导中的二次谐波产生与自发参量下转换 |
2.6 波导阵列基本理论 |
参考文献 |
第三章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线波导及模式调控 |
3.1 实验过程 |
3.2 结果与讨论 |
3.3 小结 |
参考文献 |
第四章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线、垂直双线和包层波导中的二次谐波产生 |
4.1 实验过程 |
4.2 结果与讨论 |
4.3 小结 |
参考文献 |
第五章 飞秒激光直写PPLN晶体包层波导及二次谐波产生 |
5.1 实验过程 |
5.2 结果与讨论 |
5.3 小结 |
参考文献 |
第六章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体包层波导阵列及其特性研究 |
6.1 一维包层波导阵列及其特性研究 |
6.2 二维包层波导阵列及其特性研究 |
参考文献 |
第七章 基于飞秒激光直写LiNbO_3晶体波导的偏振光分束器及其特性研究 |
7.1 实验过程 |
7.2 结果与讨论 |
7.3 小结 |
参考文献 |
第八章 飞秒激光直写LBO晶体双线和包层波导中的二次谐波产生和自发参量下转换 |
8.1 实验过程 |
8.2 结果与讨论 |
8.3 小结 |
参考文献 |
第九章 飞秒激光直写6H-SiC晶体双线和包层波导及模式调控 |
9.1 实验过程 |
9.2 结果与讨论 |
9.3 小结 |
参考文献 |
第十章 总结与展望 |
10.1 总结 |
10.2 主要创新点 |
10.3 展望 |
致谢 |
攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励 |
学术论文 |
发明专利 |
参加的国内及国际会议 |
获得的荣誉、奖励 |
附三篇已发表论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)超快激光在透明介质中诱导自组织纳米光栅结构的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超快激光与透明介质相互作用原理与现象 |
1.2.1 超快激光与透明材料相互作用原理 |
1.2.2 超快激光诱导的折射率变化 |
1.2.3 超快激光诱导的双光子聚合 |
1.2.4 超快激光诱导的价态变化 |
1.2.5 超快激光诱导的离子迁移 |
1.2.6 超快激光诱导的晶体析出 |
1.3 超快激光在透明介质中诱导纳米光栅结构的研究进展 |
1.3.1 结构与光学性质 |
1.3.1.1 偏振依赖的各向异性 |
1.3.1.2 自组装和可重写特性 |
1.3.1.3 热稳定性 |
1.3.2 影响纳米光栅形成的重要因素 |
1.3.2.1 激光波长 |
1.3.2.2 脉冲参数 |
1.3.2.3 重复频率 |
1.3.2.4 扫描方向 |
1.3.3 解释纳米光栅产生机制的主流模型 |
1.3.3.1 入射光与等离子体波干涉 |
1.3.3.2 纳米等离子体各向异性生长 |
1.3.3.3 自俘获激子辅助的结构演化 |
1.3.3.4 其他机理 |
1.3.4 纳米光栅的应用 |
1.3.4.1 微纳光学元件 |
1.3.4.2 超高密度光存储 |
1.3.4.3 微流控通道 |
1.4 本文研究的内容 |
第二章 实验及表征方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料及来源 |
2.3 样品制备方法 |
2.3.1 玻璃样品制备方法 |
2.3.2 超快激光加工方法 |
2.4 主要表征方法 |
2.4.1 显微结构表征 |
2.4.2 材料性质表征 |
第三章 超快激光在非常规玻璃中诱导纳米光栅的基本特征 |
3.1 引言 |
3.2 纳米光栅形成的工艺参数 |
3.3 非常规玻璃体系中纳米光栅的特性 |
3.3.1 纳米光栅的形成条件 |
3.3.2 纳米光栅的结构特点 |
3.3.3 纳米光栅的光学响应 |
3.4 本章小结 |
第四章 超快激光诱导纳米光栅形成的光学机制 |
4.1 引言 |
4.2 纳米光栅的三维空间形貌 |
4.3 纳米光栅形成的光学机制研究 |
4.3.1 散射中心模型的提出 |
4.3.2 理论模型的实验验证 |
4.3.3 纳米光栅的结构操控 |
4.3.4 纳米光栅的性能操控 |
4.4 散射中心模型的普适性验证 |
4.5 本章小结 |
第五章 超快激光诱导纳米光栅形成的材料学机制 |
5.1 引言 |
5.2 纳米光栅形成的材料学机制研究 |
5.2.1 微晶种子的辅助效应 |
5.2.2 辅助效应的工作机制 |
5.2.3 辅助效应的产生原因 |
5.2.4 辅助效应的潜在应用 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论、创新点与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
个人简历 |
攻读博士期间所取得的科研成果 |
(4)飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
参考文献 |
第二章 理论基础和实验方法 |
2.1 低维纳米材料与介电晶体材料 |
2.2 飞秒激光与低维纳米材料的相互作用 |
2.3 飞秒激光与介电晶体的相互作用 |
2.4 基于光波导平台的紧凑型激光器 |
参考文献 |
第三章 二维材料的准粒子超快动力学研究及太赫兹能带调制器 |
3.1 二维层状二硒化钯材料的制备及基础表征 |
3.2 飞秒激光诱导能带重整化及太赫兹相干声子振荡 |
参考文献 |
第四章 嵌入式金属纳米颗粒的光学性质及在近红外光开关的应用 |
4.1 离子注入制备嵌入式金属纳米颗粒及光学特性研究 |
4.2 基于嵌入式纳米颗粒与飞秒直写光波导的波导激光器 |
参考文献 |
第五章 飞秒激光写入YVO_4包层光波导及超高重复频率激光性能研究 |
5.1 基于石墨烯、MoS_2、Bi_2Se_3饱和吸收体的6.5 GHz调Q锁模波导激光 |
5.2 基于WSe_2饱和吸收体的6.5 GHz调Q锁模波导激光 |
参考文献 |
第六章 新型二维材料的超快非线性光学特性及在波导激光中的应用 |
6.1 Graphene/WS_2二维异质结的非线性光学性质及其在调Q激光中的应用 |
6.2 Ag纳米颗粒修饰对Graphene的非线性光学响应增强及其应用 |
6.3 基于ReSe_2新型可饱和吸收体的连续锁模波导激光器 |
参考文献 |
第七章 飞秒激光写入Nd:YAG晶体光波导及在脉冲激光器中的应用 |
7.1 基于Nd:YAG包层波导与新型二维材料PtSe_2的8.8 GHz脉冲激光器 |
7.2 飞秒激光烧蚀制备Nd:YAG脊型光波导及在波导激光中的应用 |
参考文献 |
第八章 飞秒激光写入β-BBO晶体包层光波导的研究 |
8.1 实验过程 |
8.2 结果与讨论 |
8.3 小结 |
参考文献 |
第九章 总结与展望 |
9.1 总结 |
9.2 主要创新点 |
9.3 展望 |
致谢 |
攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励 |
学术论文 |
发明专利 |
参加的国内及国际会议 |
获得的荣誉、奖励: |
附三篇已发表论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)飞秒激光制备嵌入式金属微纳结构(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 飞秒激光加工简介 |
1.2 化学镀和连续流化学镀 |
1.3 增材制造微纳金属结构的典型方法 |
1.3.1 直接墨水书写(DIW) |
1.3.2 聚焦电子/离子束诱导沉积(FEBID/FIBID) |
1.3.3 电流体动力学打印(EHD) |
1.3.4 激光辅助电泳沉积(LAED) |
1.4 飞秒激光制造微纳金属结构的研究进展 |
1.4.1 飞秒激光诱导正向转移(LIFT) |
1.4.2 飞秒激光诱导光还原 |
1.4.3 飞秒激光烧蚀改性辅助化学镀 |
1.5 论文的主要内容 |
第二章 飞秒激光制备亚微米金属线的研究 |
2.1 亚微米金属银线的制备 |
2.1.1 实验过程 |
2.1.2 实验结果及讨论 |
2.2 亚微米金属铜线的制备 |
2.2.1 实验过程 |
2.2.2 实验结果及讨论 |
2.3 本章总结 |
第三章 飞秒激光制备金属微电极研究 |
3.1 飞秒激光与铌酸锂晶体的作用机理 |
3.2 实验过程 |
3.3 实验结果及讨论 |
3.4 本章总结 |
第四章 总结与展望 |
论文发表情况 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
(6)飞秒激光加工凹陷包层波导及其应用(论文提纲范文)
1 引言 |
2 飞秒激光直写光波导的类型 |
2.1 I型波导 |
2.2 II型波导 |
2.3 凹陷包层波导 |
3 用于凹陷包层波导制备的材料 |
3.1 玻璃材料 |
3.1.1 ZBLAN玻璃 |
3.1.2 碲酸盐玻璃 |
3.1.3 光热折变玻璃 |
3.2 晶体材料 |
3.2.1 Nd…YAG晶体 |
3.2.2 铌酸锂晶体 |
3.2.3 ZnS晶体 |
3.2.4 蓝宝石晶体 |
3.2.5 金刚石晶体 |
4 波导加工扫描方式 |
4.1 平移扫描 |
4.2 螺旋扫描 |
4.3 焦场整形快速扫描 |
5 包层结构 |
5.1 任意形状的单包层结构 |
5.2 多包层结构 |
5.3 光学晶格的包层结构 |
6 凹陷包层波导的应用 |
6.1 波导激光器 |
6.2 频率转换器件 |
6.3 温度传感器件 |
6.4 波导光栅滤波器 |
6.5 集成光子学器件 |
6.5.1 模场变换器 |
6.5.2 基于Y型分束器的器件 |
6.5.3 基于定向耦合器的器件 |
7 结束语 |
(7)离子束制备金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
符号说明 |
第一章 绪论 |
参考文献 |
第二章 理论基础和实验方法 |
2.1 金属纳米颗粒的基本理论 |
2.2 金属纳米颗粒的制备方法 |
2.3 金属纳米颗粒的实验表征 |
2.4 光波导技术 |
2.5 波导激光 |
参考文献 |
第三章 低能离子注入制备金属纳米颗粒及其光学性质研究 |
3.1 熔融石英中银纳米颗粒的制备及其性质 |
3.2 Nd:YAG晶体中银纳米颗粒的制备及其性质 |
3.3 BGO晶体中银纳米颗粒的制备及其性质 |
参考文献 |
第四章 快重离子辐照调控金属纳米颗粒光学性质 |
4.1 Xe离子辐照对银纳米颗粒光学性质的调控 |
4.2 C_(60)团簇辐照对金纳米颗粒光学特性的调控 |
参考文献 |
第五章 基于金属纳米颗粒的包层波导激光的制备 |
5.1 飞秒激光制备包层光波导及其性质研究 |
5.2 基于Ag:SiO_2可饱和吸收体的包层波导激光 |
参考文献 |
第六章 基于金属纳米颗粒的脊形波导激光的制备 |
6.1 离子注入制备脊形光波导及其性质研究 |
6.2 基于Ag:Nd:YAG晶体的脊形集成波导激光 |
参考文献 |
第七章 总结 |
7.1 总结 |
7.2 主要研究创新点 |
攻读博士学位期间发表的论文及获得的奖励 |
已发表论文 |
参加的国内及国际会议 |
获得的荣誉、奖励 |
致谢 |
附三篇已发表论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)光栅型少模光纤模式操控器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究的背景 |
1.2 模分复用技术 |
1.3 模分复用器件研究现状 |
1.3.1 模式转换器及发展现状 |
1.3.2 模式复用/解复用器及发展现状 |
1.4 少模光纤及其应用 |
1.4.1 少模光纤 |
1.4.2 少模光纤在通信领域的应用 |
1.4.3 少模光纤在传感领域的应用 |
1.5 飞秒激光在光纤器件加工方面的应用 |
1.6 课题研究的目的及意义 |
1.7 论文内容的组成及主要工作 |
第二章 光纤及光栅模式耦合理论基础 |
2.1 少模光纤的基本特性 |
2.2 光纤光栅模式耦合理论 |
2.2.1 长周期光纤光栅耦合模理论 |
2.2.2 布拉格光纤光栅耦合模理论 |
2.3 光纤数值模拟方法 |
2.3.1 光束传播法 |
2.3.2 有限元法 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于长周期光纤光栅的少模光纤滤模器件设计 |
3.1 引言 |
3.2 LP_(11)模的滤模研究 |
3.2.1 单个非对称长周期光纤光栅滤模研究 |
3.2.2 级联型非对称长周期光纤光栅滤模研究 |
3.3 LP_(21) 模的滤模研究 |
3.4 结论 |
第四章 基于局部纤芯长周期光纤光栅的模式转换器设计 |
4.1 引言 |
4.2 模式转换器结构与参数设置 |
4.2.1 模式转换器结构 |
4.2.2 模式转换器参数设置 |
4.3 模式转换器的带宽分析及优化 |
4.3.1 光栅位置 |
4.3.2 光栅直径 |
4.4 结论 |
第五章 少模光纤布拉格光栅及温度传感特性 |
5.1 引言 |
5.2 少模光纤及实验系统 |
5.2.1 梯度型少模光纤 |
5.2.2 少模光纤光栅单模工作方案与特性 |
5.3 少模光纤光栅弯曲特性 |
5.3.1 光纤弯曲光谱特性 |
5.3.2 光栅弯曲光谱特性 |
5.4 少模光纤光栅温度传感特性 |
5.4.1 直光栅的温度传感特性 |
5.4.2 弯曲光栅的温度传感特性 |
5.5 结论 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
(9)基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 铌酸锂晶体简介 |
1.2 铌酸锂薄膜的研究进展和应用 |
1.2.1 铌酸锂薄膜的结构和制备方法 |
1.2.2 基于铌酸锂薄膜的微纳器件 |
1.2.3 铌酸锂基的集成光学芯片 |
1.3 论文研究内容和创新点 |
第二章 飞秒激光直写铌酸锂波导和微腔 |
2.1 飞秒激光加工透明介质的原理 |
2.2 飞秒激光加工平台 |
2.3 飞秒激光直写光波导 |
2.4 飞秒激光直写铌酸锂微腔 |
2.5 飞秒激光直写钽酸锂微腔 |
2.6 本章小结 |
第三章 飞秒激光提高光学微腔品质因子 |
3.1 光学微腔简介 |
3.1.1 回音壁光学模式 |
3.1.2 回音壁微腔中的光学模式 |
3.1.3 回音壁微腔的基本参数 |
3.2 微腔光场耦合方案 |
3.2.1 倏逝波耦合理论 |
3.2.2 拉锥光纤的制备 |
3.3 飞秒激光提高微腔品质因子 |
3.3.1 提高微腔品质因子的方法 |
3.3.2 利用飞秒激光提高微腔品质因子 |
3.3.3 飞秒激光与微腔作用过程中的模式演化 |
3.4 本章小结 |
第四章 光学芯片中的非线性频率转换器件 |
4.1 频率转换和相位匹配 |
4.1.1 二阶非线性频率转换 |
4.1.2 相位匹配方式 |
4.2 光学芯片中的非线性器件 |
4.2.1 波导中的频率转换 |
4.2.2 微腔中的频率转换 |
4.3 铌酸锂和钽酸锂微腔中的频率转换 |
4.3.1 铌酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
4.3.2 钽酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频研究 |
5.1 宽带频率转换 |
5.1.1 群速度匹配 |
5.1.2 周期性极化铌酸锂中的宽带倍频 |
5.2 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频 |
5.2.1 周期性极化铌酸锂薄膜中宽带倍频的理论分析 |
5.2.2 周期性极化铌酸锂薄膜的制备 |
5.2.3 周期性极化铌酸锂薄膜中的宽带倍频实验 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术成果 |
(10)飞秒激光曝光PTR玻璃机理与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
论文的主要创新与贡献 |
第1章 绪论 |
1.1 光敏玻璃的研究背景 |
1.2 光热敏折变玻璃的应用发展 |
1.3 飞秒激光技术的发展现状 |
1.4 飞秒激光诱导材料微结构的进展 |
1.4.1 飞秒激光直写光学波导 |
1.4.2 飞秒激光诱导光栅结构 |
1.4.3 三维光存储 |
1.4.4 纳米颗粒制备 |
1.4.5 微流体器件 |
1.4.6 微光学元件 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
第2章 光热敏折变玻璃的特性 |
2.1 微晶玻璃 |
2.1.1 玻璃 |
2.1.2 玻璃的结构 |
2.1.3 微晶玻璃 |
2.1.4 微晶玻璃的成核与析晶 |
2.2 光热敏折变玻璃的成分选择 |
2.3 光热敏折变玻璃的光敏原理 |
第3章 飞秒激光与物质相互作用的基本理论 |
3.1 飞秒激光的线性传播 |
3.2 飞秒激光的非线性传播 |
3.2.1 非线性折射率 |
3.2.2 自聚焦效应 |
3.2.3 自相位调制 |
3.3 飞秒激光诱导的非线性电离 |
3.3.1 多光子电离和隧道电离 |
3.3.2 雪崩电离 |
3.3.3 等离子体的形成 |
3.4 飞秒激光诱导折射率改变的物理机制 |
第4章 飞秒激光诱导PTR玻璃的改性研究 |
4.1 引言 |
4.2 飞秒脉冲激光诱导PTR玻璃析晶的研究 |
4.2.1 实验装置 |
4.2.2 飞秒激光光功率密度对PTR玻璃中纳米颗粒的影响 |
4.2.3 激光脉冲宽度对PTR玻璃中纳米颗粒的影响 |
4.3 热处理时间对纳米颗粒的影响 |
4.4 纳米结晶颗粒的成分分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 飞秒激光制备PTR玻璃基体布拉格光栅研究 |
5.1 引言 |
5.2 体布拉格光栅理论分析 |
5.3 紫外双光束干涉 |
5.4 高斯光束直写光栅 |
5.4.1 实验装置 |
5.4.2 飞秒激光写入参数对光栅衍射效率的影响 |
5.5 零阶贝塞尔光束 |
5.5.1 无衍射贝塞尔光束 |
5.5.2 无衍射贝塞尔光束的解 |
5.5.3 轴棱锥产生零阶贝塞尔光束的理论分析 |
5.6 利用零阶贝塞尔飞秒激光制备透射式体布拉格光栅 |
5.6.1 实验装置 |
5.6.2 激光写入参数和热处理对体布拉格光栅衍射效率的影响 |
5.7 本章总结 |
第6章 飞秒激光刻写PTR玻璃基双线光波导的研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验装置 |
6.3 横向刻写双线型光波导 |
6.3.1 飞秒激光写入参数对双线型光波导的影响 |
6.3.2 热处理对双线型光波导的影响 |
6.4 飞秒激光逐点法工艺研究 |
6.4.1 激光重频 |
6.4.2 激光脉宽 |
6.4.3 激光能量 |
6.4.4 光栅周期 |
6.5 本章小结 |
第7章 飞秒激光刻写PTR玻璃基压低包层管状波导研究 |
7.1 引言 |
7.2 实验装置 |
7.3 横向刻写压低包层管状波导 |
7.3.1 横向刻写中轨迹横截面整形技术 |
7.3.2 激光写入参数与热处理对管状光波导性能的影响 |
7.4 纵向刻写压低包层管状光波导 |
7.4.1 热处理对管状光波导的影响 |
7.4.2 压低包层直径对管状光波导的影响 |
7.4.3 激光写入参数对压低包层管状光波导性能的影响 |
7.4.4 COMSOL仿真压低包层波导的近场模图 |
7.4.5 热处理对压低包层管状光波导的影响 |
7.5 本章小结 |
第8章 总结与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
四、Writing Waveguide in LN With fs Laser(论文参考文献)
- [1]飞秒激光直写Nd:YAG晶体的折射率改性研究[D]. 张玉莹. 山东大学, 2021
- [2]飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用[D]. 张彬. 山东大学, 2021
- [3]超快激光在透明介质中诱导自组织纳米光栅结构的研究[D]. 张博. 浙江大学, 2021
- [4]飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用[D]. 李子琦. 山东大学, 2020
- [5]飞秒激光制备嵌入式金属微纳结构[D]. 余浩锋. 华东师范大学, 2020(10)
- [6]飞秒激光加工凹陷包层波导及其应用[J]. 李萌,张茜,杨栋,龚旗煌,李焱. 激光与光电子学进展, 2020(11)
- [7]离子束制备金属纳米颗粒对介电材料光学特性的调控及应用[D]. 李让. 山东大学, 2020
- [8]光栅型少模光纤模式操控器件研究[D]. 龚道磊. 江苏大学, 2020(02)
- [9]基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究[D]. 葛励成. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]飞秒激光曝光PTR玻璃机理与应用研究[D]. 张云婕. 西北工业大学, 2018(02)