摘 要

当今基于导波光学的光电子器件越来越成为人们研究的焦点。本文是提出并研究了一种新型的光波导结构，即衬底为复折射率的光波导结构。光波导是由覆盖层、导波层和衬底组成的。我们采用matlab对镀单层金属膜、镀多层非周期性金属膜以及多层周期性介质膜这三种情况进行仿真并比较，所得的结果对以后光电子器件的深入研究具有重要的意义。

论文主要研究了衬底为镀较厚单层金属膜的光波导、镀亚微米级尺度的单层金属膜光波导、镀周期性介质膜的光波导以及非周期性金属膜光波导四种情况。

研究结果表明：在光滑玻璃上镀制较厚的Ag、Au膜形成新的衬底时，s光p光都可以满足光波导的要求。在光滑玻璃表面镀制较厚的Al、Cu膜形成新的衬底时，只有s光可以满足光波导的条件。在玻璃表面镀亚微米级金属膜是无法满足形成光波导的条件。镀多层非周期性金属膜时，只有当金属膜为铝膜时，s光才可以满足实现光波导的条件。

关键词：导波光学；薄膜光学；波导膜 ；金属膜；介质膜

Abstract

Today optical waveguide-based optoelectronic devices increasingly become the focus of research. This article is proposed and studied a new type of optical waveguide structure in which the substrate is the complex refractive index of the optical waveguide structure. The optical waveguide by the cover layer, waveguide layer and the substrate composition. We use matlab of a single layer of a metal film, a metal film coated multilayer aperiodic and periodic dielectric multilayer film of these three cases were simulated and compared with the results obtained have important implications for future in-depth study of optoelectronic devices。

Thesis, the substrate is a metal plating thick monolayer film optical waveguide, sub-millimeter scale plated metal monolayer film optical waveguide, periodic dielectric film coated optical waveguide and four cases of non-periodic metal film waveguide .

The results show that: when on a smooth thick glass plating Ag, Au film to form a new substrate, s p light is light meet the requirements of the optical waveguide. When a smooth glass surface plating thick Al, Cu film to form a new substrate, only s light to meet the conditions of the optical waveguide. In the glass-plated metal sub-millimeter film it is unable to meet the conditions for forming an optical waveguide. Aperiodic multilayer plated metal film, only when the metal film is an aluminum film, s optical waveguide to achieve in order to meet the conditions.

Keywords：Waveguide optics; optical films; waveguide film; a metal film; a dielectric film

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题研究内容 3

1.4 预期目标 3

第2章 平板介质光波导 4

2.1 光波导的原理及结构 4

2.2 非对称平板导波的模式分析 4

2.3 平板光波导的线性光学模型 5

2.4 平板波导的导模 8

2.5 导模的场分布以及模式本征方程 9

2.5.1 TE模的场分布和模式本征方程 9

2.5.2 TM模的场分布和模式本征方程 11

第3章 薄膜的技术基础 12

3.1 薄膜制备技术 12

3.2金属薄膜 13

3.2.1 银膜(Ag) 13

3.2.2 铝膜(Al) 14

3.2.3 金膜(Au) 15

3.2.4 铜膜(Cu) 15

第4章 衬底为单层金属膜的光波导 17

4.1 衬底材料为银 17

4.2 衬底材料为铝 20

4.3 衬底材料为金 22

4.4 衬底材料为铜 23

第5章 镀多层膜的介质平面光波导 25

5.1 亚微米尺度的金属膜 25

5.1.1 镀银膜 25

5.1.2 镀铝膜 27

5.1.3 镀金膜 28

5.1.4 镀铜膜 30

5.2 多层周期性介质膜 31

5.3 多层非周期性金属膜 33

第6章 总结与展望 37

6.1总结 37

6.2 前景展望 38

参考文献 39

附 录 41

致 谢 46

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景目的及意义 

上世纪六十年代末光通信与光信息处理方面还处于不成熟的阶段，为了进一步发展光电子器件，使光电子器件在其领域蓬勃发展，我们基于微波、激光、半导体、薄膜光学和集成电路的理论和技术的基础提出的一门新兴学科^[8].，即集成光学。由于集成光学在光通信和光信息处理方面有着很大的潜力，同时它的经济效益也不容小觑，因此美国、日本以及西欧等国家开始重点关注该行业的发展，随后，许多国家，当然也包括中国在内，逐渐开展了有关集成光学方面的研究工作。集成光学存在着巨大的潜力，经过几十年的发展，集成光学的理论体系更加成熟，实验方法和工艺手段也趋于完整和成熟^[19].。尤其是最近这十多年来，这门学科取得的成果令人惊叹，在波导的制作技术上有了前所未有的突破，在器件性能技术指标上有了惊人的进步，集成光学方面的研究成果在光通信和信息处理等方面得到了广泛的应用。

集成光学器件主要应用于光计算机技术、光信息处理技术和光纤通信技术领域^[8]。我们现在我使用的集成光学技术是可以把光源、光波导、电子器件、电光器件和接收器等集中在同一片子上，制成高速、低功率的各种运算器件和各种开关逻辑器件^[20]。在集成光学器件中，信号是以光的传播速速进行传播的，有时候随着光传播的同时运算操作也在进行，而集成光学器件可以与光纤耦合，在输入输出方面都很方便。集成光学的迅速发展使人们看到了现代光电子学的大好前景，同时也对其它学科比如半导体技术材料科学和物理学的发展产生了积极的影响同时也起到了推动作用。