有机/无机复合材料热光性质研究及波导型可变光衰减器的研制

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可变光衰减器作为光功率管理的核心器件，在密集波分复用系统中有着重要的作用。波导型可变光衰减器能实现灵活的波导结构设计，并能高密度集成，因而成为人们研究热点，研制器件所用的材料以二氧化硅和聚合物居多。但是聚合物器件有明显的弱点，热稳定性差是突出的问题；二氧化硅光波导是应用最普遍的光波导，但由于二氧化硅材料的热光系数较小，用以制备的热光可变光衰减器往往有功耗大的缺点。有机／无机复合材料由于其结构是有机物和无机物在纳米尺度上的分散，因此既有聚合物大热光系数的特点，又有二氧化硅热稳定性好的特点，作为一种新的热光材料已受到人们的重视。对有机／无机复合材料材料的热光性质研究和热光器件研制逐渐开展起来。本论文的工作就是研究有机／SE机复合材料的热光性质并制作了波导型热光可变光衰减器。本论文的主要结果包括以下两个方面： 1)用溶胶凝胶方法制备了MAPTMS／ZPO和PMMA／rEOS两类有机／无机复合材料薄膜，测量了复合材料薄膜的力学性质和热光性质。结果表明无机成分使复合材料的微硬度提高，力学性能加强；无机成分对复合材料的折射率和热光系数起到调节作用。复合材料具有和聚合物材料相比拟的或更高的热光系数，其大小为一1×10-4量级。两类复合材料的热光系数随无机成分含量的变化规律不完全相同，MAPTMS／ZPO复合材料的热光系数随无机成分增多而增大；PMMA／TEOS复合材料的热光系数随无机成分的增多先增大后下降，我们分析可能是有机／无机复合材料的微观结构影响了热光系数的变化。 2)我们用两种不同配比(20％molZPO和24．5％molZPO)的MAPTMS／ZPO有机／无机复合材料分别作为覆盖层和波导层，设计制作了MZI波导型热光可变光衰减器，并对器件的一些重要参数进行了测量，结果表明器件主要性能指标，基本达到实用要求。器件在1310nm的插入损耗小于3dB，1550nm处插入损耗为6-8dB。1550nm有较大插入损耗主要原因是因为材料中残留较多的羟基。器件在1550nm波长下，TE偏振能实现31dB的衰减范围，功耗约为13．2mW；TM偏振能实现25dB的衰减范围，功耗约为12．7mW；这样的功耗比二氧化硅波导器件的功耗低一个数量级以上。1550nm波长下，器件在不同光功率衰减度下的偏振依赖损耗为0．04dB@0dB和2dB@10dB。器件在1480nm-1630nm衰减范围都大于20dB，在C波段(1530-1570nm)，器件的波长依赖损耗为O．5dB@0dB和+2dB@10dB。器件的响应时间，上升时间为3．2ms，下降时间为4．7ms。器件的PDL较大，主要原因是波导和基底热膨胀系数不匹配引起的。

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作者
李冬晓;
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作者单位

复旦大学;

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授予单位复旦大学;
学科光学
授予学位硕士
导师姓名刘丽英;
年度 2005
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类应用光学;
关键词
热光效应; 热光系数; 有机复合材料; 无机复合材料; 可变光衰减器;

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