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

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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～1016ions／cm2，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(1014ions／cm2)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(1016ions／cm2)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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第一章绪论

第二章离子注入和卢瑟福背散射,沟道（RBS／C）实验方法和原理

2.1 离子注入技术

2.1.1 离子注入技术的发展及现状

2.1.2 离子子注入机和加速器工作原理简介

2.2 卢瑟福背散射／沟道分析技术

2.2.1 运动学因子K

2.2.2 散射截面σ

2.2.3 能量损失dE／dx和组织截面ε

2.2.4 能量歧离

第三章光波导理论及研究方法

3.1 波导的线光学理论

3.1.1 光线在介质表面的反射和折射

3.1.2 光线在平面波导中传播

3.1.3 平面介质波导中的导波

3.2 平面波导折射率分布拟合方法—反射计算法（RCM）

3.2.1 RCM的基本原理

3.2.2 波导的波动方程和边界条件

3.2.3 反射率的计算

3.2.4 折射率分布的确定

3.3 棱镜耦合法

3.3.1 棱镜耦合的原理

3.3.2 Metricon Model 2010棱镜耦合仪

3.4 端面耦合法

3.5 光波导中传输损耗的测量

3.5.1 光波导传输损耗的类型和机理

3.5.2 光波导传输损耗的测量

第四章离子注入铌酸锂晶体损伤诱导折射率改变的研究

4.1 离子注入铌酸锂损伤和折射率改变关系的研究

4.1.1 概述

4.1.2 损伤和折射率改变关系的讨论

4.1.3 小结

-离子注入LiNbO₃光波导的暗模特性及折射率改变的研究'>4.2 500keV Si^-离子注入LiNbO₃光波导的暗模特性及折射率改变的研究

4.2.1 试验过程

4.2.2 结果与讨论

4.2.3 小结

+离子注入LiNbO₃光波导的折射率改变机理的研究'>4.3 He⁺离子注入LiNbO₃光波导的折射率改变机理的研究

4.2.1 概述

4.2.2 实验模拟

4.3.3 小结

第五章低剂量离子注入砷酸钛氧钾平面波导的特性研究

+离子注入KTA光波导的暗模特性及近场光强分布'>5.1 MeV O⁺离子注入KTA光波导的暗模特性及近场光强分布

5.1.1 实验过程

5.1.2 结果与讨论

5.1.3 小结

+离子注入KTA光波导的暗模特性及近场光强分布'>5.2 MeV Si⁺离子注入KTA光波导的暗模特性及近场光强分布

5.2.1 实验过程

5.2.2 结果与讨论

5.2.3 小结

第六章离子注入钒酸镱平面波导的导模特性研究

+离子注入YbVO₄光波导的暗模特性及近场光强分布'>6.1 MeV O⁺离子注入YbVO₄光波导的暗模特性及近场光强分布

6.1.1 实验过程

6.1.2 结果与讨论

6.1.3 小结

+离子注入YbVO₄光波导的暗模特性及折射率分布研究'>6.2 MeV Cu⁺离子注入YbVO₄光波导的暗模特性及折射率分布研究

6.2.1 实验过程

6.2.2 结果与讨论

6.2.3 小结

第七章 MeV离子注入镱掺杂钨酸镥钾晶体平面波导的导模特性研究

+离子注入钨酸镥钾光波导的导模特性研究'>7.1 MeV O⁺离子注入钨酸镥钾光波导的导模特性研究

7.1.1 实验过程

7.1.2 结果与讨论

7.1.3 小结

+离子注入钨酸镥钾光波导的导模特性研究'>7.2 MeV Si⁺离子注入钨酸镥钾光波导的导模特性研究

7.2.1 实验过程

7.2.2 结果与讨论

7.2.3 小结

第八章 MeV离子注入三硼酸锂晶体平面波导的导模特性研究

+离子注入三硼酸锂光波导的导模特性研究'>8.1 MeV Cu⁺离子注入三硼酸锂光波导的导模特性研究

8.1.1 实验过程

8.1.2 结果与讨论

8.1.3 小结

+离子注入三硼酸锂光波导的导模特性研究'>8.2 MeV O⁺离子注入三硼酸锂光波导的导模特性研究

8.2.1 实验过程

8.2.2 结果与讨论

8.2.3 小结

第九章 keV Nd离子和MeV氧离子注入铌酸锂平面波导的损伤和波导特性研究

+离子注入LiNbO₃晶体的损伤和退火行为研究'>9.1 keV Nd⁺离子注入LiNbO₃晶体的损伤和退火行为研究

9.1.1 实验过程

9.1.2 结果与讨论

9.1.3 小结

+离子注入Nd⁺离子掺杂LiNbO₃晶体的波导模式和折射率分布研究'>9.2 MeV O⁺离子注入Nd⁺离子掺杂LiNbO₃晶体的波导模式和折射率分布研究

9.2.1 实验过程

9.2.2 结果与讨论

9.2.3 小结

第十章总结

10.1 主要结果

10.2 主要创新点

符号说明

致谢

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