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波导光栅是集成光学领域中最重要也是研究最多的器件之一。自集成光学诞生以来,人们从未停止过对波导光栅的研究工作。而随着光技术向通讯领域的迈进,波导光栅作为一种重要的滤波元件也将发挥越来越重要的作用。本文开展了基于有机聚合物波导光栅的研究,重点研究了波导光栅的设计和制作工艺,并提出了新的制作方法。
聚合物材料的光敏特性对于波导光栅的制作至关重要,本文首先测试了多种聚合物材料的光学性能,并选择了聚甲基丙烯酸甲酯掺分散红1(DR1/PMMA)材料体系作为波导光栅的材料。实验上对其热性能及光学性能等分别进行了详细的表征,重点研究了光致折射率变化特性;其次,根据波导的有效折射率方法,设计了单模聚合物波导,并用时域有限差分算法(FDTD)进行了模拟验证。再次,采用传输矩阵法,设计并模拟了基于以上材料波导的均匀和余弦切趾光栅,其半高全宽(FWHM)小于1nm,反射率接近100%;之后,我们在工艺上制作了DR1/PMMA聚合物波导,并采用掩模法在DR1/PMMA薄膜上制作出了光栅,并测量了光栅周期。最后,提出了基于fourier分解法制备复杂结构光栅的新方法。这种方法将任意结构的波导光栅分解成多个正弦光栅,通过多次刻写来制作复杂结构的波导光栅。
通过对制作聚合物波导的材料,设计方法以及波导光栅制作工艺的研究,在理论和实验上都取得了较好的结果。这些工作为进一步制作聚合物波导光栅打下了良好的基础。