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离子注入光电晶体损伤诱导折射率改变及波导导模特性研究

姜毅  
【摘要】:波导就是折射率高的区域由折射率低的区域包裹的结构。它可以把光限制在较小的区域传播以提高光密度,从而更好的利用非线性晶体的非线性性质或者降低激光材料的泵浦阈值。波导是集成光学的基本单元,在各种光器件的制造中起着重要的作用。由于光波导的重要应用价值,人们一直在探索有效的方法来制备具有优良性能的光波导。离子注入作为一种有效制备光波导的技术,引起了人们广泛的关注,迄今为止,人们已经利用离子注入技术在包括光学晶体、玻璃、半导体以及有机聚合物在内的大量光学材料中形成了光波导结构,取得了许多进展。 现在国际上多采用能量为几兆电子伏特(MeV)的轻离子(如He,H)注入到光学材料内,在表面下几微米的范围内形成波导结构。这种方法主要是利用在注入离子的射程末端形成一个折射率降低的光学位垒,在光学位垒和空气之间所夹的区域形成波导结构。然而轻离子注入的一个主要问题是形成波导的注入剂量较高,一般在~10~(16)ions/cm~2,从而大大的增加了成本。而且,有些晶体在相当高的剂量下仍难形成波导结构。在用低剂量(10~(14)ions/cm~2)重离子注入铌酸锂、钒酸镱等晶体制备波导时发现不仅在射程末端有折射率降低,在某一双折射方向上还存在波导区域折射率增加的现象。用这种方法形成的波导与高剂量(10~(16)ions/cm~2)轻离子(He,H等)相比有着注入时间短、成本低等优点。而且这种方法形成的波导没有位垒型波导的隧道效应,可以大大降低波导的损耗,从而提高波导性能。因此研究离子注入光学材料波导区折射率增加现象不仅有重要的理论意义,而且具有潜在的应用前景。 keV离子注入是一种已经广泛在半导体掺杂中广泛应用了的技术,它与MeV离子注入相比有着注入束流大、价格便宜等优点,而且其形成的波导结构与MeV离子注入相比,有着较小的尺寸。用keV的离子注入来形成光波导可以降低成本,更有利于离子注入光波导的大规模工业化生产。而且这种方法形成的波导结构较浅可以用RBS技术进行分析其损伤结构,对于折射率改变机理的研究具有


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