基于微结构电极的铌酸锂电光调制的实验研究

发布时间：2020-04-02 06:58

【摘要】：本文对基于铌酸锂和微结构电极的电光调制实验进行了研究。首先,我们介绍了电光调制器件的国内外发展与应用动态。其次,对配置了微结构锯齿电极的退火质子交换(APE:Annealed proton-exchanged)铌酸锂波导进行了光强度调制研究。但由于波导模式比较大,通常需要10 V以上的电压才能得到较大的调制深度。为了降低调制的电压以及降低能耗,我们采用了铌酸锂上电极微结构同时对光场局域(通过表面等离子体激元共振SPR效应)和电场局域来实现电光调制。本论文结合铌酸锂材料的电光效应与电极微结构的SPR现象,设计了一种基于Kretschmann结构与微结构电极的铌酸锂电光调制器件。该结构对研制新型的电光调制器件具有一定的参考意义。首先,我们采用数值理论分析并验证微电极结构对电场的局域能力。仿真采用商业仿真软件COMSOL Multiphysics(有限元法)分别对具有微结构锯齿电极的APE铌酸锂波导和具有微结构薄膜电极的铌酸锂的静电场分布进行仿真计算。仿真得到的电场分布结果验证了电极微结构对静电场具有很强的局域能力。该仿真结果为调制实验提供了参考,也为理论上解析实验现象提供了支撑。在实验上,首先对配置了微结构锯齿电极的APE铌酸锂波导进行电光幅度调制实验。当其被施加以5 V为梯度、从-25 V到25 V的电压时,其传输光强度随电压值增大呈梯度规律增大,整体改变量约为6.5 dB;随后,当电压从25 V呈同样梯度回复到-25 V时,传输光强度也随电压的减小而减小,整体得到的最大改变量同样约为6.5 dB。因此实验具有良好的重复性。其次,我们结合了铌酸锂的电光效应与薄膜电极微结构的电场局域效应,设计了具有薄膜电极微结构的铌酸锂器件,并对其进行了电光调制实验。实验中采用基于棱镜耦合的Kretschmann结构装置来激发SPR,研究了具有薄膜电极微结构的铌酸锂的电光调制效应。实验中,首先以超连续谱激光为入射光,对配置了薄膜电极微结构的铌酸锂施加不同电压(0 V-1.2 V)。实验中观察到取波长为482 nm时,其强度随电压的增大而线性增大,在1.2V驱动电压下,对应于该波长下的光强度相对于0 V时增大了约90%。取波长为656 nm,施加1.2 V电压时,对应于该谷值波长的光强度相对于0 V时减小了约为18%。另外,我们以中心波长为640 nm的激光作为入射光,研究了其电光幅度调制特性。最后,将不同调制电压下的光谱与0 V时的光谱做比较,得到与各调制电压对应的光谱强度变化的结果,研究其电光幅度调制特性。实验结果表明,通过利用铌酸锂上微结构的SPR光场局域效应和电极的电场聚焦效应的优势,我们能实现相对低的电压调制。
【图文】：

原理图,法布里-珀罗腔,光子晶体,原理图

基于光子晶体法布里-珀罗腔调制器的原理图

原理图,等离子体激元,团队,相位调制器

-2 Melikyan 团队制作的等离子体激元相位调制器原理硅或聚合物为材料基于泡克尔斯效应的等离子速度，且其工作功耗仅为 25 fJ /bit[12, 18]。结合14 年，Melikyan 团队展示了一个基于非线性聚调制器[11]，，其长度约 29 μm。图 1-2 展示了这
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN761

【参考文献】