棱镜耦合仪测量各种铌酸锂表面折射率和组份的应用研究

论文摘要

铌酸锂（LN）的组份直接影响波导器件的设计及性能,因而准确地测量铌酸锂晶体表面的折射率与组份（Li2O含量）非常重要。利用棱镜耦合技术可以简单、准确地测量铌酸锂晶体表面的折射率,进而可以准确得到晶体表面的组份。本文利用了棱镜耦合技术,开展了对各种铌酸锂表面折射率和组份的表征工作。主要包括以下三个方面:1,研究了X切和Z切LN晶体在富锂/缺锂气相输运平衡（VTE）过程中表面组份变化与VTE处理时间的关系。结果表明VTE过程引起的表面组份变化与VTE处理时间的平方根成正比,并且Z切变化更显著。X切和Z切晶片表面组份达到近化学计量比所需富锂VTE处理时间分别约为20.0 h和15.6 h,达到缺锂的晶相边界所需缺锂VTE处理时间分别约为400 h和323 h。2,研究了表面局部掺杂铒引起的LN折射率和组份的改变。采用三组X切和Z切的同成份铌酸锂（CLN）晶片,表面局部镀制不同厚度的Er金属膜,在不同的条件下进行高温扩散。测量并对比了镀铒表面和未镀铒表面寻常光及异常光折射率。结果表明Er3+掺杂对寻常光折射率的影响较小,在误差范围内（误差范围为±1×10?3）;异常光折射率轻微超过了误差范围（超过部分为±7×10?4）。3,研究了镁掺杂对LN晶体中Li的扩散系数的影响。利用缺锂VTE的方法在1100℃和1130℃下各处理一片体掺镁（6 mol%）的LN晶体;对这两片样品进行了逐层抛光,对每一层的双折射进行了测量,由此得到组份随深度分布,并利用余误差函数的积分对该分布进行了拟合。采用Boltzmann-Matano方法,得到了Li的扩散系数与组份的关系。与未掺杂LN晶体内Li的扩散系数相比,镁掺杂对LN晶体中Li的扩散系数只存在轻微的影响。与未掺杂LN类似,Li的扩散系数随温度的升高而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光波导材料-铌酸锂晶体
• 1.2 铌酸锂晶体的国内外研究进展
• 1.3 本论文的工作及意义
• 第二章 铌酸锂晶体的基本性质
• 2.1 铌酸锂晶体的本征缺陷结构
• 2.2 铌酸锂晶体的非本征缺陷结构
• 2.3 铌酸锂晶体的掺杂
• 2.3.1 晶体学中的扩散
• 2.3.2 Fick 定律
• 2.3.3 Boltzmann-Matano 方法
• 2.4 掺镁铌酸锂晶体
• 2.4.1 镁或其氧化物在铌酸锂晶体中的扩散
• 2.4.2 掺镁的铌酸锂晶体中氧化锂的含量计算
• 2.5 掺铒的铌酸锂晶体
• 2.5.1 铒在铌酸锂晶体中的占位
• 2.5.2 铒在铌酸锂中的扩散模型
• 第三章 气相输运平衡（VTE）
• 3.1 同成份铌酸锂晶体
• 3.2 近化学计量比铌酸锂晶体
• 3.2.1 近化学计量比铌酸锂晶体的优点
• 3.2.2 近化学计量比铌酸锂晶体的生长
• 3.3 铌酸锂晶体的气相输运平衡（VTE）处理
• 3.4 棱镜耦合仪测量VTE 处理后晶片表面双折射
• 2O 组份的关系'>3.5 由Sellmeier 方程得到表面双折射与表面Li₂O 组份的关系
• 3.5.1 纯铌酸锂晶体
• 3.5.2 掺镁的铌酸锂晶体
• 第四章 各种铌酸锂表面折射率和组份的表征
• 4.1 VTE 处理后铌酸锂晶体表面的折射率与组份
• 4.1.1 晶体表面的折射率与组份
• 4.1.2 晶体组份与VTE 处理时间的关系
• 4.1.3 VTE 过程的数学模型
• 4.2 表面局域掺杂铒的铌酸锂晶体表面的折射率和组份
• 4.2.1 晶体表面的折射率和组份
• 4.2.2 晶体表面双折射的变化情况
• 4.2.3 晶体表面组份的变化情况
• 4.3 体掺镁铌酸锂晶体表面的折射率与组份
• 4.3.1 缺锂VTE 处理后晶体表面折射率与组份
• 4.3.2 晶体组份沿深度方向的分布
• 4.3.3 Li 的扩散系数
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢