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离子注入法与射频溅射法制备光波导的研究

贾传磊  
【摘要】:集成光学器件在实现高速短距离光通讯、宽带光网络、传感器与自动化装置,光学信号处理及光计算中有着重要作用。光波导则是组成集成光路的基本单元。迄今为止,人们已经探索多种方法来制备性能优良的光波导。离子注入技术作为一种成熟的材料表面改性技术已经成功地在多种光学材料上实现了光波导结构。 在离子注入形成的波导结构中,MeV的H和He离子经常被注入光学材料中以实现光波导结构。轻离子注入形成典型的光学位垒型光波导。最近,重离子注入光学晶体材料形成的波导结构受到广泛研究。重离子注入部分光学晶体材料(如铌酸锂(LiNbO_3)、掺钕的钒酸钇(Nd:YVO_4)、偏硼酸钡(BBO)、砷酸钛氧钾(KTA)等)可以引起表面层折射率增加,从而形成波导区折射率增加型波导结构。利用重离子注入形成光波导表现出独特的优点:与轻离子注入相比,注入剂量可以降低1~3个数量级,可以大大降低制造成本。因此,研究重离子注入光学材料形成的光波导具有潜在应用的重要意义。 氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,具有优良的物理及化学性能。ZnO薄膜结构在许多领域具有现实及潜在的应用,如表面声波器件、平面波导、透明电极、紫外光探测器、压电器件、气敏传感器、紫外/蓝紫/蓝光-LED(发光二极管)及激光二极管等。我们用射频磁控溅射法分别在x切及z切LiNbO_3衬底上生长了ZnO/MgZnO双层结构。研究了其结构、光学及导波特性。 在本论文主要包括两个方面的工作:(1)离子注入LiNbO_3、LiTaO_3、SrWO_4、BaWO_4、Yb:NaGd(WO_4)_2、KNSBN、Nd:GdVO_4及Nd:LuVO_4等光学晶体上实现平面光波导结构。基于实验结果,分析了离子注入光波导的波导模式及退火行为,优化了注入参数。用卢瑟福背散射/沟道技术研究了注入引起的损伤分布。对离子注入光学晶体材料折射率增加的形成机理进行了探讨;(2)利用射频磁控溅射技术在x切及z切LiNbO_3上制备了ZnO/MgZnO结构,利用X-射线衍射法、扫描电镜法研究了其生长及结构特性,研究了其结构、光学及导波特性。论文主要


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