新方法确定离子交换玻璃波导折射率分布及其应用

本文主要探讨了离子交换玻璃波导的折射率分布测定方法，特别是在平面光波导设计中的应用。作者提出了一种新的方法，即通过模折射率来确定波导表面的折射率，这种方法简化了White原有的公式，并适用于各种折射率分布情况，具有普适性。这项工作的重要性在于它解决了制作实用化光波导器件时对波导传输特性的理解需求，因为这些特性直接取决于折射率分布。 首先，文章指出近年来离子交换玻璃因其简单制作工艺和低成本而成为光波导器件的重要候选材料。为了实现低损耗光波导，作者选择K9玻璃作为衬底，并通过精细抛光和离子交换工艺在表面形成渐变折射率的光波导。在这个过程中，通过控制扩散条件，可以得到不同折射率分布的波导样品，如二次多项式分布。 实验部分，作者测量了在632.8纳米激光波长下的TE模模折射率，观察到随着模阶数的增加，低阶模的线条间距呈现出从大到小的变化，而高阶模则基本保持不变。这些数据对比了文献中搅拌和不搅拌扩散过程形成的折射率分布差异，前者通常近似为指数分布或线性分布，导致线条间距随模阶数增加而减小；后者则是高斯分布或抛物线分布，线条间距相对稳定。 文章的制备方法和测量技术对理解和优化光波导的设计至关重要，因为它直接影响到光波在波导内的传播模式、色散特性以及单模或多模操作的可能性。此外，通过理论计算与实验数据的吻合，验证了新方法的有效性和实用性，这对于推动离子交换玻璃波导的实际应用和发展具有重要意义。 这篇论文提供了一种有效的方法来确定离子交换玻璃波导的折射率分布，这对设计和制造高性能光波导器件具有重要的科学和技术价值。通过深入理解折射率分布如何影响光波导的性能，研究人员能够更好地优化器件的性能参数，满足不同应用场景的需求。