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研究生： 倪勢凱
Shih-Kai Ni
論文名稱： 在Y-cut鈮酸鋰摻雜氧化鎂晶體上質子交換波導之尋常與非尋常折射係數分佈之量測與分析
Measuring and modeling of the ordinary and extraordinary refractive index profiles for the proton exchanged planar waveguide on Y-cut Mgo doped Lithium Niobate
指導教授： 趙 煦
Shiuh Chao
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年： 2001
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 110
中文關鍵詞： 鈮酸鋰摻雜氧化鎂 、質子交換波導 、尋常與非尋常折射係數 、準相位匹配 、二倍頻 、藍光
外文關鍵詞： MgO deped LiNbO3, proton exchange, ordinary refractive index, extraordinary refractive index, quasi-phase-match, second-harmonic-generation, blue light
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    • 本篇論文研究目的，主要是分析在摻雜氧化鎂鈮酸鋰晶體製作波導，量測波導光學特性，以及分析波導製程參數，最後製作一最佳化波導提高非線性藍光雷射之轉換效率。
    首先由光譜儀直接量測穿透率以及反射率，並分別分析得到摻雜氧化鎂鈮酸鋰晶體之尋常以及非尋常折射係數，以及對應之消光係數。

    針對質子交換製作波導方式研究，分別對苯甲酸以及焦磷酸進行質子交換形成波導，以及退火之相關實驗，作一系列探討。

    對於稜鏡耦合波導量測與IWKB反推折射係數分佈關係，針對不同的IWKB方式，討論其中差異，並分析各IWKB方法對於各折射係數模型之優劣，也嘗試自創改良之IWKB方法，與各方法間之比較。

    另外使用多層薄膜模擬質子交換折射係數分佈以擬合穿透光譜的方式，分別分析試片經質子交換後，尋常以及非尋常折射係數變化，以及其分佈情形。並得到質子交換和時間之關係。

    分析質子交換後，經由退火處理之漸變式折射係數分佈，應用擴散原理，以建立波導之折射係數分佈特性分析，並推廣到2D通道波導之二維折射係數分佈。

    並應用此波導二維折射係數分佈於BPM_CAD波導模擬軟體中模擬波導之模態。最後模擬QPM-SHG產生倍頻藍光各模態之效率以及準相位匹配以及準相位匹配條件，找出各質子交換與退火條件之波導中倍頻效率因子FOM，建立模擬方法，以設計最佳化倍頻藍光雷射之波導結構。

    第一章 導論 1-1 簡介 1-1 1-2 實驗動機、目的 1-2 第二章 質子交換波導的原理與製作 2-1 質子交換原理 2-1 2-2 質子交換波導的製作 2-1 2-2-1 以苯甲酸作為質子源 2-1 2-2-2 以焦磷酸作為質子源 2-2 2-3 結論 2-6 第三章 稜鏡耦合波導量測原理及方法 3-1 稜鏡耦合之量測原理 3-1 3-1-1儀器架設與量測方式 3-3 3-2 折射係數分佈重建原理及特性(IWKB) 3-5 3-2-1 White & Heidrich 之IWKB方法 3-7 3-2-2 Chiang之IWKB方法 3-10 3-2-3 spline_n0之IWKB方法 3-13 3-2-4 誤差分析及其結果 3-16 3-2-4-1 不同模型之折射係數分佈(不加誤差) 3-17 3-2-4-2 不同模型之折射係數分佈(加0.1 之隨機誤差) 3-26 3-2-4-3 結果分析 3-33 第四章 光譜量測與計算 4-1 光譜儀之量測原理與方法 4-1 4-1-1光譜儀量測原理 4-2 4-1-2 光譜儀量測方法 4-3 4-2 光譜儀量測空白試片 4-4 4-2-1 測量結果 4-4 4-2-2 理論應用 4-5 4-2-2-1 色散模型 4-7 4-2-3 計算結果 4-10 4-3 光譜儀量測質子交換試片 4-15 4-3-1 測量結果 4-15 4-3-2 模型建立 4-15 4-3-2-1 非尋常光之光學係數分佈模型 4-16 4-3-2-2 尋常光之光學係數分佈模型 4-17 4-3-2-3 費米-狄拉克模型 4-18 4-3-3 理論說明 4-19 4-3-3-1薄膜分析矩陣理論 4-19 4-3-3-2 以多層薄膜模擬質子交換波導試片 4-21 4-3-4 光譜特性分析 4-23 4-3-5 討論數值上的模型使用原因 4-24 4-3-5-1為何a係數是波長的函數 4-24 4-3-5-2為何Cn必須為波長之函數 4-26 4-3-5-3 為何Ck為零 4-26 4-3-6 分析過程 4-27 4-3-6-1 非尋常光部份 4-28 4-3-6-2 尋常光部份 4-30 4-3-7 分析結果 4-33 4-3-7-1 非尋常光部份 4-33 4-3-7-2 尋常光部份 4-34 4-3-8 比較穿透光譜量測結果 4-35 4-3-8-1 質子交換之折射率變化 4-35 4-3-8-2 質子交換之折射率變化與氫離子濃度的關係 4-37 第五章 質子交換退火波導分析結果 5-1 質子交換波導 5-1 5-1-1 質子交換之擴散係數 5-1 5-2 質子交換退火波導 5-3 5-2-1 擴散模型 5-3 5-2-2 退火之擴散係數 5-6 5-3 結論 5-8 第六章 APE光波導中之二維模擬與二倍頻相位匹配 6-1質子交換波導二維模擬 6-1 6-1-1 折射係數模型 6-1 6-1-2準相位匹配二次諧波產生在波導之效率因子 6-2 6-2 摻雜氧化鎂之鈮酸鋰二倍頻相位匹配 6-4 6-2-1二維通道波導之模擬與分析 6-4 6-2-2 鉭酸鋰波導之二倍頻(SHG)模擬 6-6 6-3 不同質子交換時間與退火時間對波導二倍頻轉換分析 6-9 6-3-1 不同質子交換時間比較 6-9 6-3-2 不同退火時間比較 6-14 6-3-3 結論 6-16 第七章 結論與未來展望 參考文獻 R1 附錄0 鉭酸鋰二倍頻相位匹配 A0-1 附錄1 光譜特性分析 A1-1 附錄2 IWKB程式 A2-1 W&H A2-1 A2-2 Chiang A2-4 A2-3 Spline_n0 A2-7

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