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多模光纤与单模光纤相比具有芯径粗、数值孔径大、易于对准和较强的集光能力等优点,并且大芯径塑料光纤更是具有价格低廉、易加工、有很强的韧性和质量轻等优点,所以在多模损耗和色散的影响不重要的情况下多模光纤构筑的系统以其成本优势得到广泛应用,这就需要对构筑多模系统所必需的多模光波导与集成多模光波导器件进行研究,其中最具代表性的就是多模波导光功分器。 本文首先比较了多模功分器的种类和制作方法,介绍了离子交换的原理,然后对多模Y分支结构的多模光功分器进行设计,并对器件制作所用的Li+-Na+离子交换工艺进行实验研究。 波导型多模光功分器与光纤型多模功分器相比具有明显的优势。在多模功分器的各种制作方法中,玻璃离子交换法以其成本低、制作方法简单等优点适合制作多模波导器件。 多模Y分支器件的设计中存在一个共同的问题,即随着光入射条件的不同（包括入射光的模式不同和输入进波导端面位置不同等）,多模波导中所激励起的模的数目以及各个模之间的功率分配也各不相同,激励起的多个模式之间总是存在着不同程度上的相互干涉影响,从而最终影响功分器的分束均匀性。也就是说光入射条件的不同影响功分器的模场分布,模场分布的不同造成功分器的分束均匀性变差。本文采用二维光束传输法,利用Rsoft公司的Beamprop软件对Y分支结构功分器进行改进,对各种改进型Y分支设计比较分析,得到优化改进的Y分支波导多模光功分器。 在采用玻璃离子交换工艺制作多模波导功分器时,需要对交换设备、离子交换源、交换温度等因素进行考虑。Li+-Na+离子交换可以快速地制作多模波导器件,但是由于Li离子和Na离子的离子半径相差较大,交换过程中产生较大的应力,造成器件损耗较大。这就需要对LiNO3和Li2SO4等熔盐作为交换源时采用合适的浓度配比及较高的交换温度,交换温度较高就要求对交换设备进行制作,同时较高的温度对离子交换所采用的掩膜也有要求,本文对这些问题进行了实验和分析,为将来多模光功分器的研制提供了依据。