铜离子交换光波导可调谐蓝绿激光及其高分辨光传感特性研究

Copper ion-exchange is a new glass waveguide fabrication technology, which is worthy of being studied. Comparing with the traditional Ag-Na and K-Na ion-exchange technique, by the copper ion-exchange process, not only refractive index of the glass was changed and the waveguide was made as well, but also the wide band blue-green luminescence property is realized on the same waveguide layer. It is possible to realize blue-green tunabe waveguide lasers. In this research work, the ganeral principle and methods of the waveguide fabricating by copper ion-exchange technology will be studied. The physical properties of the waveguide forming and blue-green luminescence of the copper doped glasses will be revealed. Controllable fabrication of high quality and low loss copper ion-exchange channel waveguides will be realized. Copper ion-exchange ring waveguide tunable laser with thermal-optical effect was made. And the reractive index sensing based on the laser will be realized and their application prospect in sensor of chemistry and biology will be discussed.

铜离子交换是一种崭新的、极具研究价值的玻璃波导制备技术，与传统的K-Na、Ag-Na等离子交换技术相比，铜离子交换过程不仅改变了被交换玻璃层的折射率而形成波导外，还使该波导层具有了宽带蓝绿发光特性，有望实现蓝绿波段可调谐波导激光器，具有非常良好的应用前景。 本项目将研究铜离子交换制备玻璃波导的一般原理和方法，揭示波导产生和掺铜玻璃蓝绿发光的物理机制，可控地制备高质量低传输损耗的铜离子交换条形光波导。采用环形谐振腔结构、结合热光效应实现铜离子交换波导的可调谐激光特性，并利用该结构波导激光器的发射波长受外部环境折射率变化影响的原理，实现高分辨折射率传感功能，并探讨其在化学和生物传感领域可能的应用前景。

铜离子交换是一种新的玻璃波导制备技术，与传统的钾-钠、银-钠等离子交换技术相比，铜离子交换过程不仅改变了被交换玻璃层的折射率而形成波导外，还使该波导层具有了宽带蓝绿发光特性，有望实现蓝绿波段可调谐波导激光器，具有非常良好的应用前景。.本项目研究了铜离子交换制备玻璃波导的一般原理和方法。在BK7玻璃和Soda-lime玻璃衬底上完成了铜离子交换平面波导的制备，并对波导的折射率分布、表面折射率和传输损耗等波导参数进行了表征，确定了波导的单模条件，为设计和制备条形沟道波导器件打下了基础。对铜离子交换波导产生的机理进行了探讨，并在平面波导的基础上，通过氧化铝掩膜，制备了4-8微米宽的直条形沟道波导，在可见波段传输损耗为4-6dB/cm，使可控制备铜离子交换沟道光波导成为可能。.揭示了波导产生和掺铜玻璃蓝绿发光的物理机制，对所制备铜离子交换波导，进行了发射光谱和激发光谱的测试，完成了其蓝绿发光特性的测试和表征工作。理论模拟了铜离子交换波导折射率传感特性。通过改变波导层折射率分布，在理论上研究波导外部消逝场的强弱，从而提高折射率的敏感特性，为进一步研究折射率传感打下理论基础。对铜离子交换波导环形腔结构激光器进行了数值模拟仿真，模拟仿真优化平台的建立工作基本完成。制备出了纯圆环型环形波导器件，波导耦合通光完成的较好，但是波导损耗很大。对环形波导器件的蓝绿发光特性进行了测试，但因波导损耗较大，未看到激光发射。